肖歡

摘要：隨著人們生活水平的不斷提高，在家養(yǎng)魚、種花已經(jīng)成為習(xí)慣，但是由于生活忙碌，往往又疏于管理，所以設(shè)計(jì)一種能自動(dòng)完成這些操作的系統(tǒng)很有必要，且市場前景也相當(dāng)可觀。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);溫度傳感器;澆水系統(tǒng);控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP368.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.15913/j .cnki.kj ycx.2019.11.003

1 引言

在日常生活中，有時(shí)候需要在特定的溫度和特定的時(shí)間來處理一些事情，比如澆水、空調(diào)自動(dòng)開關(guān)、自動(dòng)換氣、換水等。同時(shí)可以加入更多的約束條件，比如濕度、風(fēng)力、亮度等條件來達(dá)到更人性化、更精確的控制。而完成這些操作也只需要用普通5 1單片機(jī)對相應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集計(jì)算，然后做相應(yīng)的處理。本文提出的是一種基于AT89S52和DS18820的智能化澆水系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的智能性，采用由單片機(jī)、晶振和復(fù)位電路，輸入控制電路，輸出顯示電路以及外圍功能器件組成的一組電路。通過本系統(tǒng)不僅能了解數(shù)據(jù)采集處理的一般過程，還能對DS18820有更深入的了解，充分理解單線協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)原理框圖

智能澆水系統(tǒng)原理如圖1所示，本系統(tǒng)要求的變量條件有時(shí)間和溫度兩個(gè)，兩個(gè)條件必須同時(shí)成立才能執(zhí)行某個(gè)動(dòng)作，還需要配以人機(jī)交互的設(shè)備，這樣才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的智能性。

2.2 電路設(shè)計(jì)

2.2.1 DS18820電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路如圖2所示。DS18820有寄生電源接法和VDD供電接法，寄生電源接法有如下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①進(jìn)行遠(yuǎn)距離測溫時(shí)無需本地電源;②可以在沒有常規(guī)電源的時(shí)候讀ROM。但是當(dāng)溫度高于100℃的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)很大的漏電流。

2.2.2 數(shù)碼顯示電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示信息，為提高驅(qū)動(dòng)電流，采用共陽數(shù)碼管，用PNP三極管驅(qū)動(dòng)。PO.O - P0.7給數(shù)碼管送段碼，也就是送出要顯示的信息，P2.4 - P2.7送位碼，決定哪一位要顯示單片機(jī)送出來的信息。

數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示利用人眼視覺暫停的特點(diǎn)，在短時(shí)間內(nèi)（ 20 ms）分別把要顯示的信息送到不同位上。其本質(zhì)還是靜態(tài)的顯示，只不過延時(shí)減小，給人造成錯(cuò)覺，達(dá)到“同時(shí)”顯示多位信息的目的。

2.2.3 繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

繼電器在本系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，它是系統(tǒng)控制硬件的主要元件，通過系統(tǒng)程序讓繼電器閉合，這樣便可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與被控設(shè)備的隔離，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)低壓控制不同電壓的設(shè)備工作。

2.2.4 按鍵電路設(shè)計(jì)

按鍵在本系統(tǒng)中起著人機(jī)交互的作用，按鍵有AD鍵盤、矩陣鍵盤、掃描鍵盤等多種，AD鍵盤和矩陣鍵盤能節(jié)約很多1/0口，但是程序設(shè)計(jì)比較煩瑣，由于本系統(tǒng)剩余I/O比較多，因此采用掃描式，這樣設(shè)計(jì)程序就會(huì)相當(dāng)簡單。

3 軟件設(shè)計(jì)

由于采用了單線協(xié)議技術(shù)的溫度傳感器，單片機(jī)讀寫溫度傳感器必須要寫驅(qū)動(dòng)，也就是用單片機(jī)來模擬DS18820的時(shí)序，這樣才能成功讀出溫度傳感器檢測的溫度。

DS18820溫度傳感器讀寫時(shí)序如圖3所示。

按照時(shí)序?qū)懗鲵?qū)動(dòng)程序，然后進(jìn)行功能程序的設(shè)計(jì)。主要功能如下：①溫度檢測;②計(jì)時(shí)器;③鍵盤;④數(shù)碼顯示。

3.1 程序流程圖

程序流程如圖4所示。

3.2 溫度檢測程序設(shè)計(jì)

DS18820系統(tǒng)是單線溫度傳感器，要讀取傳感器檢測的溫度就要模擬時(shí)序，完成時(shí)序的模擬只要讀取溫度傳感器內(nèi)存里的數(shù)據(jù)，然后送數(shù)碼顯示程序處理輸出到數(shù)碼管即可。

3.3 按鍵程序和顯示程序設(shè)計(jì)

數(shù)碼管作為顯示器件，顯示信息相對比較單一，但是價(jià)格便宜。本系統(tǒng)要顯示四位信息，那么就要采用動(dòng)態(tài)掃描的方式。要達(dá)到動(dòng)態(tài)掃描，只要做好延時(shí)，保證在20 ms內(nèi)把相應(yīng)信息送到相應(yīng)位就可以。

本系統(tǒng)中采用的是掃描式按鍵，寫程序相對簡單，只要在需要的時(shí)候檢測按鍵I/O口電平就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，如果電平為0，則執(zhí)行相應(yīng)子程序完成信息的輸入和輸出。完成程序的設(shè)計(jì)和硬件的設(shè)計(jì)就要進(jìn)行這個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試和改進(jìn)。

4 系統(tǒng)測試及效果

做好硬件、設(shè)計(jì)好軟件，需要對系統(tǒng)軟、硬件進(jìn)行調(diào)試。主要測試點(diǎn)有：①單片機(jī)（附帶測試程序）上電是否開始運(yùn)行;②檢查數(shù)碼管是否顯示正常;③檢查按鍵能否被識(shí)別，能否正確輸入相關(guān)信息;④檢查繼電器能否被成功驅(qū)動(dòng)。

測試系統(tǒng)直至達(dá)到以下效果，系統(tǒng)基本就做成功了：①能準(zhǔn)確讀取環(huán)境溫度并送數(shù)碼管顯示;②能比較準(zhǔn)確地計(jì)時(shí);③各按鈕功能正常;④當(dāng)計(jì)時(shí)條件和溫度條件滿足設(shè)置值時(shí)準(zhǔn)確驅(qū)動(dòng)繼電器。

5 使用說明書

5.1 實(shí)物布局及簡介

實(shí)物布局如圖5所示。

5.2 操作說明

首先接人負(fù)載和負(fù)載電源，注意極性（交流除外），然后給單片機(jī)上電，上電開機(jī)顯示OPEN后進(jìn)人工作模式，顯示溫度。系統(tǒng)已經(jīng)默認(rèn)設(shè)置了工作參數(shù)，如需修改請按l-4鍵進(jìn)入修改參數(shù)模式，此模式下顯示當(dāng)前修改參數(shù)，可以按+、一鍵進(jìn)行參數(shù)修改，1-4按鍵相互獨(dú)立，比如按下1那么2、3、4將被屏蔽。1-4每個(gè)按鍵可以修改4個(gè)參數(shù)，請按當(dāng)前健進(jìn)入下一參數(shù)設(shè)置。設(shè)置好或者取消設(shè)置按下OK/ESC退出到工作模式。

5.3 顯示說明

數(shù)碼管顯示四位，工作模式下第1-3位顯示溫度值在0.00 - 99.9之間，4位C表示溫度的單位。在修改模式下，修改溫度時(shí)第1位為標(biāo)志位，H和L表示高溫和低溫，第2，3位為參數(shù)值，第4位為單位C，修改時(shí)間時(shí)，第1，2，3位為參數(shù)值，第4位為單位，用H和S代表小時(shí)和秒。

6 結(jié)束語

本文介紹了基于單片機(jī)的智能澆水系統(tǒng)，進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)與程序分析，已經(jīng)做成實(shí)物，并且使用效果好。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處在于實(shí)現(xiàn)以不同方式自動(dòng)澆花，加入電阻和電容加以緩沖。在此系統(tǒng)中選用的電容為耐壓，適應(yīng)負(fù)載能力強(qiáng)，可適應(yīng)交直流不同電壓范圍IOA電流內(nèi)的負(fù)載正常工作。單片機(jī)智能澆水系統(tǒng)用處較廣，改變程序還可作為可定時(shí)開關(guān)、宿舍燈光系統(tǒng)、溫控塑料大棚等。此家庭智能澆水系統(tǒng)，也可以用在智能澆灌草坪、蔬菜等，把水箱去掉，直接接水龍頭即可。伴隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化建設(shè)步調(diào)加快，節(jié)水灌溉技術(shù)在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)、園林綠化、運(yùn)動(dòng)場地、環(huán)境保護(hù)（降塵除塵）等行業(yè)和領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用，并將取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

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