劉子璇

中北大學朔州校區(qū)

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基于Keil的盆花自動澆水系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

劉子璇

中北大學朔州校區(qū)

在人們生活質(zhì)量的提高的情況下，家庭盆栽則成為多數(shù)人的喜好，然而又因生活節(jié)奏太過于快，人們的外出時間增多，有的時候幾個月甚至半年不不能回家，無法照顧家中盆花，以至于精心栽培的花種枯死。本研究就是針對這一缺點設(shè)計了一款自動澆花器。本文中對此測量系統(tǒng)進行了詳細的描述，主要是圍繞硬、軟件和控制流程等核心問題展開描述，對整個系統(tǒng)的相關(guān)信息進行了詳細闡述。

自動澆花系統(tǒng) 單片機 Keil軟件 系統(tǒng)設(shè)計

1　泥土水分傳感器設(shè)計原理

1.1理論基礎(chǔ)

泥土在現(xiàn)代物理學上被定義為一種有固液氣三項定義的復雜多孔電解質(zhì)。發(fā)表在物理學權(quán)威期刊《science》上的文章有論文認為“All metals， and even some of the metal， all belong to the dielectric.”，因此，泥土也被認為是其中電解質(zhì)的一種。在100MHz 的電磁頻率下，水的介電常數(shù)約為八十，固體的介電常數(shù)約為四，而空氣的介電常數(shù)約為一?？梢姡嗤恋慕殡姵?shù)主要應(yīng)由水來決定，通過測量泥土的介電常數(shù)即可達到測量泥土體積含水率的目的。

1.2傳感器的測量原理

首先100MHz 信號源產(chǎn)生無線電波，此波沿著傳輸線傳送到探針，由于探針的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配，一部分的信號將反射回來。因此，傳輸線上電壓的變化在一定程度上與泥土中水分的變化是有一致性的。

傳輸線理論是本例中重要的基礎(chǔ)理論，我們在忽略其損耗的情況下，可以將位于電路兩端（A/B）的峰值電壓分別進行數(shù)學描述：即UB=A（1+?）和UA=A（1+?）。

2　盆花自動澆水系統(tǒng)的設(shè)計

為了得到泥土含水量的測定同時便于信號的檢測，該系統(tǒng)設(shè)計了簡易式泥土水分傳感器，對檢測到的電壓信號進行了放大處理。為了達到本設(shè)計自動澆水的目的，設(shè)置了上下限電壓比較器，利用單片機來控制繼電器的通斷，同時使電磁閥開關(guān)來自動澆水。

總的設(shè)計方案如下圖1，根據(jù)設(shè)計目的本設(shè)計系統(tǒng)設(shè)置了以下功能模塊：泥土濕度信號采集、信號放大電路、電壓比較電路、單片機89s52控制、繼電器控制電路、電磁閥模塊、水箱水位檢測、超低水位報警器八大功能模塊。

圖1　總設(shè)計方案

在本系統(tǒng)中，本設(shè)計采用AT89S52單片機，它是一個低功耗高性能CMOS 8位單片機，單片機負責去判斷和負責泥土含水率的響應(yīng)。在濕度信號處于＜1的條件下，單片機得到命令，可以在P1.0引腳出得到高電平，而當濕度信號＞3的條件下，單片機之前的三極管受到截止，對應(yīng)的P1.0引腳輸出低電平，閥關(guān)閉停止?jié)菜?。當濕度信號處?＜S ＜3條件下時，單片機對應(yīng)的邏輯語句是0，繼電器對應(yīng)常態(tài)觸點斷開，電磁閥電路不導通，從而實現(xiàn)了電磁閥的自動開關(guān)。還有專門負責水位傳感器的水位監(jiān)測模塊，當水位過低時，通過單片機P1.2輸出高電平控制蜂鳴器發(fā)出聲音報警。

硬件電路中單片機起控制作用，它相當于人的大腦；泥土濕度傳感器進行濕度采集，把采集到的濕度信號送到單片機中，單片機負責去判斷和負責泥土含水率的邏輯響應(yīng)，并對應(yīng)輸出高低電平去控制三極管的工作狀態(tài)，電磁閥打開或關(guān)閉的目的；電磁繼電器實現(xiàn)單片機和閥體的轉(zhuǎn)接；蜂鳴器主要是對低水位的預警功能的實現(xiàn)；下載線接口用來實現(xiàn)在線編程。

學習一種編程語言，最重要的是建立一個練習環(huán)境，邊學邊練才能學好。Keil 軟件是目前最流行開發(fā)80C51系列單片機的軟件，Keil 提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（μVision）將這些部份組合在一起。庫函數(shù)與用戶函數(shù)的區(qū)別在于，使用KeilC 語言編寫的任何程序，都可以直接調(diào)用C的庫函數(shù)。KeilC 提供了一百多個庫函數(shù)在原庫中供用戶直接使用。

程序設(shè)計偽代碼為：

將濕度信號給P2.0、P2.1；

水位檢測信號給P3.2；

由P1.0輸出信號控制繼電器；

P1.2控制蜂鳴器報警。

通過對此傳感器的進一步實驗驗證，可以發(fā)現(xiàn)，此傳感器的優(yōu)點主要有：穩(wěn)定、精度高等特點，并由于此有點顯著，其可以對很多類型的泥土進行可靠地測量。

［1］汪磊，韓宇光，郭鵬，張光忠，侯志鵬.盆花自動澆水系統(tǒng)的設(shè)計［J］. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，11：23.

［2］紀秀，吳聯(lián)梓，司遠，王偉，殷曉飛.基于AT89C52智能花盆控制系統(tǒng)研究［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2014，22：169.