智能澆花系統(tǒng)

目錄第一章系統(tǒng)功能與特色 41.1、系統(tǒng)功能特色簡介 41.2功能指標(biāo) 7第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 82.1、硬件框架圖 82.2、STC12C5A60S2主芯片控制模塊 82.3、溫濕度采集模塊 102.4、語音模塊 122.5、液晶顯示模塊 132.6、光照強(qiáng)度采集模塊 142.7無線編碼發(fā)射與無線接收譯碼模塊 15第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 183.1系統(tǒng)軟件流程圖 183.2溫度濕度檢測模塊 193.3光照強(qiáng)度與土壤濕度檢測模塊 193.4澆水模塊 193.5人體感應(yīng)模塊 19第四章系統(tǒng)實(shí)物 20 20參考文獻(xiàn) 21摘要花草養(yǎng)殖是人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾M成部分，如何更加方便，合理的進(jìn)行植物養(yǎng)殖成為了智能家居設(shè)計(jì)的一個(gè)焦點(diǎn)。本系統(tǒng)為基于STC12C5A60S2單片機(jī)的智能澆花系統(tǒng)。主要由溫、濕度采集、土壤濕度采集、光照強(qiáng)度采集、人體紅外感應(yīng)模塊、語音提示、澆水六大模塊組成。實(shí)現(xiàn)全天周期性的對植物周圍環(huán)境的溫度、濕度、光照強(qiáng)度信息進(jìn)行抽樣提取，并結(jié)合植物土壤的濕度判斷天氣情況、澆水時(shí)間及澆水量，最后控制電機(jī)定量澆水。該系統(tǒng)能根據(jù)實(shí)際情況，合理的澆水，既節(jié)約了水資源，又能讓植物更好生長。關(guān)鍵字：溫、濕度采集光照強(qiáng)度采集人體紅外感應(yīng)語音提示水量控制第一章系統(tǒng)功能與特色1.1、系統(tǒng)功能特色簡介（1）確定澆水時(shí)間系統(tǒng)不斷對光照強(qiáng)度進(jìn)行判斷，確定出早晨、傍晚澆花時(shí)間進(jìn)行澆水。每天早晨與傍晚系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行一次澆水。如圖1-1：圖1-1（2）水量調(diào)整系統(tǒng)全天性的抽取溫濕度、光照強(qiáng)度以及土壤濕度信息，在澆水時(shí)候?qū)⑶懊娴奶崛〉男畔⑦M(jìn)行處理，求均值，然后代進(jìn)一下公式，對基本澆水量進(jìn)行調(diào)整res=bm-100*(tem-25)/hum+(Lx-70)/5-(ts-45)（其中res表示調(diào)整量bm表示基準(zhǔn)水量tem表示溫度hum表示空氣濕度lx表示光照強(qiáng)度ts表示土壤濕度）這樣系統(tǒng)就能根據(jù)不同的季節(jié)氣候調(diào)整水量。如圖1-2：圖1-2（3）選擇性澆水在每次澆水前，系統(tǒng)會(huì)對植物土壤濕度進(jìn)行檢測，如果超過一定值，就不進(jìn)行澆水操作，防止過度澆水、浪費(fèi)水資料。土壤濕度傳感器如圖1-3：圖1-3（4）加水提示水箱裝有水位器，水位過低時(shí)，水位器被促發(fā)，系統(tǒng)記錄下標(biāo)志，當(dāng)人走進(jìn)被人體感應(yīng)器感應(yīng)到是，體統(tǒng)會(huì)立刻提示用戶加水。具體如圖1-4：圖1-4（5）智能電燈當(dāng)光感模塊傳回的光照強(qiáng)度小于一定值時(shí)，系統(tǒng)判定此時(shí)為夜晚，此時(shí)當(dāng)人靠近，體統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟電燈，之后，體統(tǒng)不斷檢測用戶的存在，在用戶離開2分鐘后，燈自動(dòng)熄滅。具體如圖1-5所示：圖1-5（6）語音提示系統(tǒng)設(shè)有按鈕，按下會(huì)以語音方式提示當(dāng)前室外溫度、濕度以及光照強(qiáng)度。（7）無線控制系統(tǒng)配有無線遙控，通過遙控可控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)語音提示當(dāng)前相關(guān)信息，此外還可控制自動(dòng)加水、及電燈。1.2功能指標(biāo)（1）溫度測量精確到1C，濕度測量精確到1%RH，土壤濕度測量精確到1%RH，光照強(qiáng)度測量精確到1lx；（2）LCD顯示溫濕度、土壤濕度、光照強(qiáng)度以及澆水量;（3）語音提示；（4）無線遙控距離L>200m；第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1、硬件框架圖本方案以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心，溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤濕度傳感器全天周期性的采集相應(yīng)的信息并送回控制器。鍵盤輸入可進(jìn)行基準(zhǔn)水量的控制；人體紅外傳感器可實(shí)現(xiàn)人體存在感應(yīng)，發(fā)現(xiàn)人存在，送回標(biāo)志信號，讓主機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。利用ISD4002語音提示用戶相關(guān)信息。電燈實(shí)現(xiàn)夜間照明，水位器監(jiān)測水箱水位，12864液晶顯示現(xiàn)在的溫濕度、土壤濕度、光照強(qiáng)度，方便司機(jī)隨時(shí)讀取。整個(gè)硬件電路方框圖如圖4。MUCMUCSTC12C5A60S2溫，濕度采集模塊ISD4002語音提示12864液晶顯示按鍵輸入土壤濕度采集模塊澆水模塊光照強(qiáng)度采集模塊電燈水位器人體紅外感應(yīng)無線收、發(fā)模塊2.2、STC12C5A60S2主芯片控制模塊STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。1.增強(qiáng)型8051CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)80512.工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓：5.5V-3.3V（5V單片機(jī)）STC12LE5A60S2系列工作電壓：3.6V-2.2V（3V單片機(jī)）3.工作頻率范圍：0-35MHz，相當(dāng)于普通8051的0～420MHz4.用戶應(yīng)用程序空間8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字節(jié)5.片上集成1280字節(jié)RAM6.通用I/O口（36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過55mA7.ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無內(nèi)部EEPROM)9.看門狗10.內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）11.外部掉電檢測電路:在P4.6口有一個(gè)低壓門檻比較器5V單片機(jī)為1.32V，誤差為+/-5%,3.3V單片機(jī)為1.30V，誤差為+/-3%12.時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為+/-5%到+/-10%以內(nèi))用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時(shí)鐘常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片機(jī)為：11MHz～15.5MHz3.3V單片機(jī)為：8MHz～12MHz精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測試為準(zhǔn)13.共4個(gè)16位定時(shí)器兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,16位定時(shí)器T0和T1，沒有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器再加上2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器14.2個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時(shí)鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時(shí)鐘15.外部中斷I/O口7路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，PowerDown模式可由外部中斷喚醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通過寄存器設(shè)置到P4.2),CCP1/P1.4(也可通過寄存器設(shè)置到P4.3)16.PWM(2路）/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列,2路）也可用來當(dāng)2路D/A使用也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持)17.A/D轉(zhuǎn)換,10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S(每秒鐘25萬次)18.通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時(shí)器或PCA軟件實(shí)現(xiàn)多串口19.STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標(biāo)志的才有雙串口，RxD2/P1.2(可通過寄存器設(shè)置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通過寄存器設(shè)置到P4.3)20.工作溫度范圍：-40-+85℃(工業(yè)級)/0-75℃(商業(yè)級)21.封裝：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48I/O口不夠時(shí)，可用2到3根普通I/O口線外接74HC164/165/595（均可級聯(lián)）來擴(kuò)展I/O口,還可用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU,三線通信，還多了串口。STC12C5A60S2系列單片機(jī)典型應(yīng)用電路2.3、溫濕度采集模塊DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。參數(shù)條件MinTypMax單位濕度分辨率111%RH8Bit重復(fù)性±1%RH精度25℃±4%RH0－50℃±5%RH互換性可完全互換量程范圍0℃3090%RH25℃2090%RH50℃2080%RH響應(yīng)時(shí)間1/e(63%)25℃，1m/s空氣61015S遲滯±1%RH長期穩(wěn)定性典型值±1%RH/yr溫度分辨率111℃888Bit重復(fù)性±1℃精度±1±2℃量程范圍050℃響應(yīng)時(shí)間1/e(63%)630S接口說明建議連接線長度短于20米時(shí)用5K上拉電阻,大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻2.4、語音模塊ISD4002屬于美國ISD公司4000系列產(chǎn)品，2.7~3.3V單電源單片語音錄放電路，同時(shí)提供相應(yīng)的28引線DIP/SOIC、TSOP硬封。ISD4002采用直接模擬量存貯技術(shù)，音質(zhì)好，信息存放在芯片內(nèi)部FLASHRAM中，抗斷電，無需專用語音開發(fā)工具，能隨意更改內(nèi)容和耗電省等優(yōu)點(diǎn)。該系列最大特點(diǎn)是錄放時(shí)間長，并設(shè)計(jì)成和微處理器或微控制器配合使用實(shí)現(xiàn)尋址和控制，使本器件引出端數(shù)減到最少，而使用更加靈活，且該芯片可設(shè)定進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，功耗接近為零。其指令由五位地址碼和10地址碼組成。具體操作指令如下表5-1：表5-1指令表模塊電路圖如下圖5-1：圖5-1如圖5-1語音模塊的接口解釋:AT89S52的P3^4、P3^5、P3^6分別對應(yīng)接語音芯片的SCLK、SS、MOSI引腳。通過SPI總線實(shí)現(xiàn)信息傳輸。在錄音模式下，分段錄好要播放的語音，并分配固定地址。當(dāng)進(jìn)入語音模式時(shí)，單片機(jī)發(fā)送發(fā)音指令取出指定地址的語音信息進(jìn)行播放，從而達(dá)到語音報(bào)時(shí)的目的。2.5、液晶顯示模塊如圖6-1，為液晶顯示電路，STC12C5A60S2單片機(jī)的PC5、PC6、PC7做LCD12864的控制線，PA0~PA7做數(shù)據(jù)傳輸線2.6、光照強(qiáng)度采集模塊光電二極管（也稱光敏二極管）是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時(shí)，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.1微安），稱為暗電流。當(dāng)有光照時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子空穴對，稱為光生載流子。

它們在反向電壓作用下參加漂移運(yùn)動(dòng)，使反向電流明顯變大，光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導(dǎo)”。光電二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上就獲得了電信號，而且這個(gè)電信號隨著光的變化而相應(yīng)變化。

由短路電流與照度特性可知短路電路與光照強(qiáng)度大小成正比。

再根據(jù)三級管放大特性，基極電流與集電極輸出電壓成正比，再用AD轉(zhuǎn)換正好可用來做光照強(qiáng)度檢測。電路如下：模塊電路圖2.7無線編碼發(fā)射與無線接收譯碼模塊

PT2262/PT2272一種CMOS工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼電路，最多可有12位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531441地址碼,PT2262最多可有6位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。從而實(shí)現(xiàn)解碼。

PT2262/2272同時(shí)具有低功耗，外部元器件少，RC振蕩電阻，工作電壓范圍寬：2.6～15v等特點(diǎn)。圖8-1表8-1PT2262對應(yīng)管腳功能表表7-2PT2272對應(yīng)管腳功能表TWH630/TWH631是一對專用的無線發(fā)與無線接收模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號的傳送，添加頻率調(diào)制器與解調(diào)器也可傳送音頻信號。TWH630以315MHz正弦波為載波，自動(dòng)生成調(diào)制信號；TWH631接收到信號后自動(dòng)解調(diào)，輸出源信號。TWH630/TWH631具有外接電路簡單，功耗小，穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。無線編碼發(fā)射模塊硬件電路圖如下圖8-3所示：圖7-2無線接收與譯碼硬件電路圖如下圖所示：圖7-3第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)軟件流程圖開始開始初始化液晶顯示器初始化語音提示模塊中斷初始化模塊時(shí)間判斷溫度濕度檢測模塊光照強(qiáng)度檢測模塊土壤濕度檢測模塊人體檢測顯示溫度顯示濕度顯示光照顯示土壤濕度顯示澆水量燈亮語音提示加水澆水模塊循環(huán)前面程序3.2溫度濕度檢測模塊DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時(shí)間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明,當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展,現(xiàn)讀出為零.操作流程如下:一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)該模塊程序主要檢測當(dāng)時(shí)的溫度以及空氣濕度。調(diào)用函數(shù)為voidRH(U8*S);3.3光照強(qiáng)度與土壤濕度檢測模塊該模塊程序負(fù)責(zé)檢測光照強(qiáng)度有土壤濕度。須將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，所以采用adc模塊進(jìn)行采樣~！調(diào)用函數(shù)為U16get_AD_result(U8channel);3.4澆水模塊根據(jù)溫濕度檢測模塊與光照強(qiáng)度，土壤濕度檢測模塊采集到的數(shù)據(jù)計(jì)算出澆水量公式：res=bm-100*(tem-25)/hum+(Lx-70)/10-(ts-60)/2;然后再判斷什么時(shí)候澆水，一般情況下每天澆兩次水，一次在早上，一次在傍晚快入夜的時(shí)候3.5人體感應(yīng)模塊該模塊程序負(fù)責(zé)檢測是否有人存在，若有人存在并且水箱水位過低時(shí)，語音提示進(jìn)行加水，如果當(dāng)時(shí)是晚上的話還會(huì)自動(dòng)亮燈給人照明。語音程序函數(shù)：voidplay(unsignedcharisdh,unsignedch