一种自动浇灌系统的单片机控制电路系统

1.本发明涉及自动浇灌的控制领域。


背景技术：

2.环境建设是当前社会上的重要任务，建设一个良好的生活环境，能有效提高人们的居住体验；其中对于绿化的建设尤为重要，在进行绿化建设时，需要种植大量花草树木，这些绿植需要定期定时定量的进行自动浇灌，传统的浇灌装置内的单片机，由于结构单一，难以准确掌握不同区域内的环境，因此在控制浇水装置时，无法准确的控制浇水的时间和浇水量，因此需要对现有浇灌装置内单片机的控制电路进行优化，增强功能，以提高单片机控制的准确性。


技术实现要素：

3.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种自动浇灌系统的单片机控制电路系统，通过单片机最小系统电路对各个模块的电路进行调用和整合控制，从而实现准确的自动浇水功能。
4.技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
5.一种自动浇灌系统的单片机控制电路系统，包括单片机最小系统电路，电路连接步骤为：
6.1)将开关电路连接至单片机最小系统电路的p1.4i/0端口，再将独立按键电路连接在单片机最小系统电路的p3i/o端口，并且蜂鸣器电路与单片机最小系统电路的p1.6i/0端口连接；
7.2)湿度传感器电路中，湿度传感器检测模拟信号并经过比较器模块转换成湿度数字信号，并且湿度数字信号通过比较器模块输出至单片机最小系统电路的p1.7i/o端口；
8.3)温度传感器电路中，温度传感器检测的温度数字信号输出至单片机最小系统电路的p1.5i/o端口；
9.4)显示电路与单片机最小系统电路的p2i/o端口连接；
10.5)电源电路与单片机最小系统电路、湿度传感器电路、温度传感器电路和显示电路连接；
11.6)负载电路与单片机最小系统电路的p1.3i/o端口连接。
12.进一步的，所述单片机最小系统电路的工作条件包括电源、时钟和复位信号；电源的引脚20与单片机最小系统电路的gnd连接，电源的引脚40与单片机最小系统电路的vcc连接；
13.单片机最小系统电路的引脚xtal1和xtal2之间接入晶振和电容，构成内部的时钟振荡输入方式；
14.复位电路与单片机最小系统电路的引脚rst连接，且复位电路中的复位信号输出至单片机最小系统电路中。
15.进一步的，通过单片机最小系统电路的主函数来对人机交互函数进行控制；所述单片机最小系统电路的主函数先进行初始化处理，然后再依次调用时钟函数、温度函数和浇水控制函数，以便对负载电路进行控制；所述浇水控制函数负反馈时钟函数。
16.进一步的，所述人机交互函数通过外部0中断处理函数和外部1中断处理函数来对主函数进行调用与控制。
17.进一步的，所述时钟函数先启动单片机最小系统电路中的单片机上集成的定时/计数器t0，然后通过显示电路中的显示模块显示数据。
18.进一步的，所述时钟函数包括t0中断处理函数，所述t0中断处理函数先关闭t0，然后再重置t0定时初值，当初值到1秒时，则更新计时数值，并且打开t0，进行中断后返回重置t0定时初值。
19.进一步的，所述温度函数中，当测温到1秒时，更新温度数据，并且做温度数据处理。
20.进一步的，所述浇水函数中预设浇水的时间和温度，当到达预设时间和温度时，开始执行浇水或暂停。
21.进一步的，自动浇水模式包括定时浇水模式；当mode＝1时，选择定时浇水模式，并且当t1＝t时，t为预设时间，t1为当前时间；单片机最小系统电路传输数字信号至负载电路，负载浇水量为w，浇水t2后停止，t2为浇水时长；在t2浇水开始时，湿度传感器检测形成的数字信号传输给单片机最小系统电路处理，处理后的数字信号传输给负载电路，当检测的湿度h1＞h，h预设湿度，则增加浇水量为δw＝0，当h1＝h，则δw＝c，当h1＜h，则δw＝c+s，c为常数，且s为整数；在预设时间t2内进行浇水时，随着湿度h1的变化，总的浇水量w1＝w+δw呈梯度形式变化。
22.进一步的，所述自动浇水模式还包括温度浇水模式，当mode≠1时，选择温度浇水模式，并且当检测的温度y1＞预设温度y时，则浇水量w2＝0；当y1＜y时，则浇水量w2＝s，此时，当h1≥h，则δw＝0，当h1＜h，则总的浇水量w1＝w2+0.5。
23.有益效果：本发明的stc89c52rd+单片机基于51内核，采用c51语言编程、模块化程序设计方式，将总体功能程序分为主函数、电子时钟函数、人机交互函数、lcd显示函数、测温函数、浇水控制函数6个模块，并通过主函数对各个模块进行调用、整合、实现自动浇水功能；主函数是整个程序的唯一入口，掌控着自动浇水装置实现预期功能的主逻辑；主函数中的初始化函数主要实现：端口初始化、中断初始化、lcd显示初始化；其中，外部0中断处理函数对应了电子时钟设置功能，外部1中断处理函数对应了自动浇水时间、浇水时长设定功能。
附图说明
24.附图1为整机电路原理图；
25.附图2为单片机最小系统电路原理图；
26.附图3为传感器电路原理图；
27.附图4为lcd显示电路原理图；
28.附图5为人机交互电路原理图；
29.附图6为输出驱动接口电路原理图；
30.附图7为电源电路原理图；
31.附图8为主函数流程图；
32.附图9为时钟函数流程图；
33.附图10为t0中断函数流程图；
34.附图11为外部0中断处理函数流程图；
35.附图12为外部1中断处理函数流程图；
36.附图13为lcd显示函数流程图；
37.附图14为测温函数流程图；
38.附图15为浇水控制函数流程图。
具体实施方式
39.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
40.如附图1-15：一种自动浇灌系统的单片机控制电路系统，包括单片机最小系统电路，电路连接步骤为：
41.1)将开关电路连接至单片机最小系统电路的p1.4i/0端口，再将独立按键电路连接在单片机最小系统电路的p3i/o端口，并且蜂鸣器电路与单片机最小系统电路的p1.6i/0端口连接；人机交互电路原理图如图5；
42.2)湿度传感器电路中，湿度传感器检测模拟信号并经过比较器模块转换成湿度数字信号，并且湿度数字信号通过比较器模块输出至单片机最小系统电路的p1.7i/o端口；土壤湿度传感器选用yl—69，yl69为专测土壤湿度传感探头，输出是模拟量，不能与单片机i/o端口直连，采用lm393运放构成比较器电路，对yl69传感器探头输出信号进行处理并实现阀值数字量输出。相比于ad转换处理，运放处理电路结构简单、成本低、编程难度小，缺点是不能显示湿度，在此处，阀值输出已能满足控制要求；
43.3)温度传感器电路中，温度传感器检测的温度数字信号输出至单片机最小系统电路的p1.5i/o端口；湿度传感器电路和温度传感器电路原理图如图3；温度传感器选用ds18b20，ds18b20为可编程集成器件，分辨率默认为0.0625，单总线方式，数字量输出，与单片机i/o直连即可；
44.4)显示电路与单片机最小系统电路的p2i/o端口连接；显示电路原理图如图4；
45.5)电源电路与单片机最小系统电路、湿度传感器电路、温度传感器电路和显示电路连接；电源是插电式，电源模块仅预留一个带开关的usb供电接口，用于外接电源。外电源可以用手机充电器或充电宝进行供电，这样不仅节约设计成本，实用也极为方便，电源电路原理图如图7；
46.6)负载电路与单片机最小系统电路的p1.3i/o端口连接；负载电路(即输出驱动接口电路)原理图如图6，负载一般为水泵和电磁阀，但单片机属于弱电处理器，i/o引脚输出的电压电流都小，无法直接驱动水泵和电磁阀：另一方面，还要考虑到电气隔离，因此必须设计驱动接口电路，。
47.整机电路图如图1所示；人机交互设置—按键set time、set timing、hour+、min+、set water连接单片机p3 i/o端口；按键音—vioe连接单片机p1.6 i/o端口；盆栽浇水模式开关—mode连接单片机p1.4 i/o端口。(低电平启动)；湿度传感器ly—69检测模拟信号经
过比较器模块lm393转换成数字信号后由lm393的
①
脚wdo输出至单片机p1.7 i/o端口；温度传感器sd18b20检测的温度数字信号由
②
脚do输出至单片机p1.5 i/o端口；输出驱动——moter连接单片机p1.3 i/o端口；lcd1602显示模块——连接单片机p2i/o端口；lcd1602的re、rw、e端连接单片机p1.0、p1.1、p1.2端口为lcd1602的读写端；电源采用外插式通过usb插口和手机充电器连接或充电宝连接，输出vcc 5v给单片机和各控制电路供电。
48.单片机是整个装置的控制核心，型号为stc89c58rd+的单片机，该单片机具有四组32个双向i/o端口，内部集成8位cpu、32k的flashrom、3个定时器/计数器、6个中断源等丰富资源，并支持isp程序在线下载，
49.建立单片机基本工作条件的电路，称为单片机最小系统。stc89c58rd+单片机的工作条件有三个：电源(+5v)、时钟(设计采用12mhz)、复位信号(持续2个机器周期以上的高电平)具体最小系统电路设计如图2所示。
50.所述单片机最小系统电路的工作条件包括电源、时钟和复位信号；电源的引脚20与单片机最小系统电路的gnd连接，电源的引脚40与单片机最小系统电路的vcc连接；单片机最小系统电路的引脚xtal1和xtal2之间接入晶振和电容，构成内部的时钟振荡输入方式，时钟振荡频率为12mhz；复位电路与单片机最小系统电路的引脚rst连接，且复位电路中的复位信号输出至单片机最小系统电路中。
51.通过单片机最小系统电路的主函数来对人机交互函数进行控制；所述单片机最小系统电路的主函数先进行初始化处理，然后再依次调用时钟函数、温度函数和浇水控制函数，以便对负载电路进行控制；所述浇水控制函数负反馈时钟函数。因stc89c52rd+单片机基于51内核，采用c51语言编程、模块化程序设计方式，将总体功能程序分为主函数、电子时钟函数、人机交互函数、lcd显示函数、测温函数、浇水控制函数6个模块，并通过主函数对各个模块进行调用、整合、实现自动浇水功能。主函数是整个程序的唯一入口，掌控着自动浇水装置实现预期功能的主逻辑。主函数中的初始化函数主要实现：端口初始化、中断初始化、lcd显示初始化。主函数程序流程图如图8所示。
52.人机交互函数主要实现用户对自动浇水相关参数的设定，程序对应的物理器件为开关按键，编程的思路是把按键量作为单片机外部中断源，触发中断后在中断处理函数中实现相关的人机交互功能。此处由单片机外部0中断处理函数、外部1中断处理函数组成，其中，外部0中断处理函数对应了电子时钟设置功能，外部1中断处理函数对应了自动浇水时间、浇水时长设定功能。程序流程图如图11和图12所示。
53.所述时钟函数先启动单片机最小系统电路中的单片机上集成的定时/计数器t0，然后通过显示电路中的显示模块显示数据。为了实现自动定时浇水功能，装置必须具备电子时钟以建立自动浇水时间基点。自动浇水装置利用单片机内部集成的定时/计数器t0，结合编程实现电子时钟，编程包括时钟函数，t0中断处理函数，程序流程图如图9和图10所示。所述时钟函数包括t0中断处理函数，所述t0中断处理函数先关闭t0，然后再重置t0定时初值，当初值到1秒时，则更新计时数值，并且打开t0，进行中断后返回重置t0定时初值。
54.所述温度函数中，当测温到1秒时，更新温度数据，并且做温度数据处理。单片机对测温函数的协议是：复位sd18b20、执行rom命令、执行ds18b20功能指令三个步骤。测温函数流程图如图14所示。显示函数关键是其工作方式的设置、是否处于空闲状态的检测，lcd显示函数流程图如图13所示。
55.所述浇水函数中预设浇水的时间和温度，当到达预设时间和温度时，开始执行浇水或暂停。浇水函数主要是根据浇水模式开关的状态进行浇水模式的判断，然后根据对应的浇水条件判断是否需要浇水、浇多少水、其程序流程图如图15所示。
56.自动浇水模式包括定时浇水模式；当mode＝1时，选择定时浇水模式，并且当t1＝t时，t为预设时间，t1为当前时间；单片机最小系统电路传输数字信号至负载电路，负载浇水量为w，浇水t2后停止，t2为浇水时长；在t2浇水开始时，湿度传感器检测形成的数字信号传输给单片机最小系统电路处理，处理后的数字信号传输给负载电路，当检测的湿度h1＞h，h预设湿度，则增加浇水量为δw＝0，当h1＝h，则δw＝c，当h1＜h，则δw＝c+s，c为常数，且s为整数；在预设时间t2内进行浇水时，随着湿度h1的变化，总的浇水量w1＝w+δw呈梯度形式变化。当到达预设时间t时，开始浇水t2，并且根据湿度来调节总的浇水量w1，当h1高于h时，不增加浇水量，当h1等于h时，增加固定的浇水量c；当h1低于h时，总的浇水量w1＝w+δw＝w+c+s，从而满足当前区域内植物的需水量，而检测的湿度越低，s值越大，总的浇水量越多，整个浇水过程自动进行，总的浇水量根据预设时间以及当前湿度情况自动进行调节控制。
57.所述自动浇水模式还包括温度浇水模式，当mode≠1时，选择温度浇水模式，并且当检测的温度y1＞预设温度y时，则浇水量w2＝0；当y1＜y时，则浇水量w2＝s，此时，当h1≥h，则δw＝0，当h1＜h，则总的浇水量w1＝w2+0.5。在非预设时间段内，能根据温度和湿度进行补偿浇水，检测的温度y1大于预设温度y，则不浇水，低于预设温度则浇水，温度越低浇水量越大为s，s＝1、2、3和4；同时，在进行浇水时，根据湿度情况，控制浇水量，当湿度h1≥h，则不增加浇水量，当h1＜h，总的浇水量w1＝w2+0.5；从而在非预设时间段内能进行补偿式的自动浇水。
58.以上仅为本发明的优选实施方案，并不用以限制本发明，相对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明上述原理的情况下，还能做出若干改进和改变，这些改进和改变也同样视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种自动浇灌系统的单片机控制电路系统，其特征在于：包括单片机最小系统电路，电路连接步骤为：1)将开关电路连接至单片机最小系统电路的p1.4i/0端口，再将独立按键电路连接在单片机最小系统电路的p3i/o端口，并且蜂鸣器电路与单片机最小系统电路的p1.6i/0端口连接；2)湿度传感器电路中，湿度传感器检测模拟信号并经过比较器模块转换成湿度数字信号，并且湿度数字信号通过比较器模块输出至单片机最小系统电路的p1.7i/o端口；3)温度传感器电路中，温度传感器检测的温度数字信号输出至单片机最小系统电路的p1.5i/o端口；4)显示电路与单片机最小系统电路的p2i/o端口连接；5)电源电路与单片机最小系统电路、湿度传感器电路、温度传感器电路和显示电路连接；6)负载电路与单片机最小系统电路的p1.3i/o端口连接。2.根据权利要求1所述的一种自动浇灌系统的单片机控制电路系统，其特征在于：所述单片机最小系统电路的工作条件包括电源、时钟和复位信号；电源的引脚20与单片机最小系统电路的gnd连接，电源的引脚40与单片机最小系统电路的vcc连接；单片机最小系统电路的引脚xtal1和xtal2之间接入晶振和电容，构成内部的时钟振荡输入方式；复位电路与单片机最小系统电路的引脚rst连接，且复位电路中的复位信号输出至单片机最小系统电路中。3.根据权利要求2所述的一种自动浇灌系统的单片机控制电路系统，其特征在于：通过单片机最小系统电路的主函数来对人机交互函数进行控制；所述单片机最小系统电路的主函数先进行初始化处理，然后再依次调用时钟函数、温度函数和浇水控制函数，以便对负载电路进行控制；所述浇水控制函数负反馈时钟函数。4.根据权利要求3所述的一种自动浇灌系统的单片机控制电路系统，其特征在于：所述人机交互函数通过外部0中断处理函数和外部1中断处理函数来对主函数进行调用与控制。5.根据权利要求4所述的一种自动浇灌系统的单片机控制电路系统，其特征在于：所述时钟函数先启动单片机最小系统电路中的单片机上集成的定时/计数器t0，然后通过显示电路中的显示模块显示数据。6.根据权利要求5所述的一种自动浇灌系统的单片机控制电路系统，其特征在于：所述时钟函数包括t0中断处理函数，所述t0中断处理函数先关闭t0，然后再重置t0定时初值，当初值到1秒时，则更新计时数值，并且打开t0，进行中断后返回重置t0定时初值。7.根据权利要求6所述的一种自动浇灌系统的单片机控制电路系统，其特征在于：所述温度函数中，当测温到1秒时，更新温度数据，并且做温度数据处理。8.根据权利要求7所述的一种自动浇灌系统的单片机控制电路系统，其特征在于：所述浇水函数中预设浇水的时间和温度，当到达预设时间和温度时，开始执行浇水或暂停。9.根据权利要求8所述的一种自动浇灌系统的单片机控制电路系统，其特征在于：自动浇水模式包括定时浇水模式；当mode＝1时，选择定时浇水模式，并且当t1＝t时，t为预设时间，t1为当前时间；单片机最小系统电路传输数字信号至负载电路，负载浇水量为w，浇水t2
后停止，t2为浇水时长；在t2浇水开始时，湿度传感器检测形成的数字信号传输给单片机最小系统电路处理，处理后的数字信号传输给负载电路，当检测的湿度h1＞h，h预设湿度，则增加浇水量为δw＝0，当h1＝h，则δw＝c，当h1＜h，则δw＝c+s，c为常数，且s为整数；在预设时间t2内进行浇水时，随着湿度h1的变化，总的浇水量w1＝w+δw呈梯度形式变化。10.根据权利要求9所述的一种自动浇灌系统的单片机控制电路系统，其特征在于：所述自动浇水模式还包括温度浇水模式，当mode≠1时，选择温度浇水模式，并且当检测的温度y1＞预设温度y时，则浇水量w2＝0；当y1＜y时，则浇水量w2＝s，此时，当h1≥h，则δw＝0，当h1＜h，则总的浇水量w1＝w2+0.5。

技术总结
本发明公开了一种自动浇灌系统的单片机控制电路系统，电路连接步骤为：将开关电路连接至单片机最小系统电路的端口，再将独立按键电路连接在单片机最小系统电路的端口，并且蜂鸣器电路与单片机最小系统电路的端口连接；湿度传感器检测模拟信号并经过比较器模块转换成湿度数字信号，并且湿度数字信号通过比较器模块输出至单片机最小系统电路的端口；温度传感器检测的温度数字信号输出至单片机最小系统电路的端口；显示电路与单片机最小系统电路的端口连接；负载电路与单片机最小系统电路的端口连接。本发明提供一种自动浇灌系统的单片机控制电路系统，通过单片机最小系统电路对各个模块的电路进行调用和整合控制，从而实现自动浇水功能。动浇水功能。动浇水功能。


技术研发人员：陆华 李王蔚 彭传欣 李硕
受保护的技术使用者：南通理工学院
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/7/21