我做过的硬件项目：家庭智能圆丁系统

作者: 月牙眼的楼下小黑 | 来源:发表于2018-11-21 13:22 被阅读75次

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作者： 月牙眼的楼下小黑
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一、背景

随着生活条件的改善，越来越多的人们在家中种植了各种花卉植物用以美化环境。但由于生活节奏加快，人们常常忙于工作而忘记定期、及时地为花卉补充水分，或者因为外出花卉因为无人管理而枯死。花卉的生长需要适宜的土壤湿度，但一般来讲，家庭种植花卉植物的浇水工作主要凭借主人的主观判断来决定浇水量的大小，浇与不浇非常随意，经常会是浇得过量或者过少。

目前市场上有一些自动浇水的装置，例如一些双层的花盆，利用虹吸或者微渗原理，保持花盆的湿润。但是这样的装置不能根据不同植物不同季节的不同需求进行精确调节。当然目前也有能够精确调节浇灌量的浇水系统，但是主要针对温室、露天农作物，森林等大面积植物喷灌，而对于家庭小面积喷灌系统设备几乎没有，也少有达到自动化的水平。另外，花卉的生长条件还需合适的温度，对自动灌溉系统的自动测控的功能有更高的要求。鉴于以上情况，市场上急需提供一种能够测控花卉生长环境温度、湿度并实现自动调控环境因子，适于家用，成本低廉且实用的花卉智能管理系统。

二、任务

1）利用单总线数字温度传感器 DS18B20 采样温度值

2）利用湿敏电阻和 ADC0832 实现湿度测量

3）利用 1602 液晶显示所测温湿度（工作界面）和所设温湿度阈值（设置界面）

4）利用按键实现温湿度上下限值的人为可设，以适应不同季节，不同花卉的生长需求

5）利用蜂鸣器，发光二极管达到声光指示的效果

6）当温度超过上限，继电器一吸合，排风扇工作

7）当湿度低于阈值，继电器二吸合，水泵工作。

三、统原理框图

在控制技术方面，有诸如开环、闭环反馈控制，模糊控制，自适应控制，神经网络控制等现代控制技术。本系统采用传统的闭环控制技术，系统控制原理逻辑框图如下图 3.1 所示：

图3-1 系统控制原理图

四、硬件电路设计

系统硬件设计方案：如图 5.1，硬件电路以 STC89C52 单片机为核心，系统输入由温度传感器，湿度传感器以及键盘电路组成，输出控制由放大驱动电路、电磁阀、蜂鸣器构成。

图4.1系统硬件架构方案

下面对主要电路模块进行详细讲述，每个模块包含电路原理说明，元件型号选择三部分讲述.

5.1 晶振电路

1) 电路原理说明： 如图5.2，在 XTAL1 和 XTAL2 引脚两端跨接石英晶体振荡器和两个电容构成并联谐振回路。震荡周期 P=1/12us，时钟周期 S=2P ，机器周期 T=6S。

图5.2 时钟振荡电路

2) 元件型号选择： C1,C2:直插式瓷片电容；Y1:12MHZ HC-49S 无源晶振。

5.2 复位电路

1) 电路原理说明：如图 5.3，采用上电自动复位电路, REST 接单片机复位引脚 RST, RST 信号高电平有效。上电瞬间，电容近似短路，RST 电位与 VCC 相同，随着电容充电电流的减小，RST 电位逐渐下降直至为零。当振荡运行时，RST 引脚保持2` 个机器周期的高电平就可以使单片机完成复位操作。

图5.3 上电复位电路

2）元件型号选择：R1: 1/4W 金属膜电阻，精度 1%；C3:电解电容，10uf，25V。

5.3液晶显示电路

1）电路原理说明：图 5.4 为 1602 液晶电路原理图。表 5.1 是 LCD1602 液晶模块引脚说明，图5.5 是技术手册提供的参考电路。重点说明以下引脚以及与参考电路中不同的地方：

3 脚：VL（原理图中标的是 VO）液晶显示偏压信号，用于调整 LCD1602 的显示对比度，一般会外接电位器用以调整偏压信号,我这里直接接了 2.2K 的电阻，此脚电压为 0 时可以得到最强的对比度。

5 脚：R/W，读写选择端。当此脚为高电平可对 LCD1602 进行读数据操作，反之进行写数据操作。我这里直接接地，因为我只需对液晶进行写操作。

7~14 脚：8 位并行数据口，接 P0 口（P0口接10K排阻）。

图5.4液晶显示电路

表5.1 LCD1602液晶引脚说明

图5.5 液晶显示参考电路

2）元件型号选择：LCD1602：蓝屏带背光 LCD 显示屏，1602A-5V 蓝底白字，图 5.6 液晶实物图和封装尺寸。

图5.6 LCD1602液晶实物以及封装尺寸

5.4温度检测电路

1）电路原理说明：单总线数字温度传感器 DS18B20，它集温度测量、A／D 转换于一体，其测量范围宽( -55℃～+125℃)，精度高( 0.0625℃ )，DS18B20 是一款具有单总线结构的器件。

DS18B20温度传感器的应用电路有寄生电源供电方式，寄生电源强上拉供电方式，外部电源供电方式，我选择最后一种电路形式（见图 5.6 ），因为外部电源供电方式是 DS18B20 温度传感器最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单。以下为引脚说明：

VDD外部供电电源输入端；
GND为电源地；
DQ 为单片机控制信号输入/所测温度信号输出端（原理图中标为 I/O），均为数字信号。

图5.6 温度检测电路

2）元件型号选择：DALLAS 原装进口 DS18B20 T0-92A ，实物图和封装形式见图 5.7。

5.5湿度检测电路

1）电路原理说明：土壤湿度传感器接口电路见图 5.8，双头排针 Head2 接湿度传感器两个引脚（不分正负），湿度传感器的本质是湿敏电阻。它与上拉电阻 R4 构成分压电路，湿度发生变化时，引脚 1，2间的阻值发生变化，AC 端的电位随之发生变化，显然该电位信号为连续变化的模拟信号，必须送入模数转化芯片转化为可被单片机处理的数字信号。

2）元件型号选择： FC-28 土壤湿度传感器（镰刀型），引脚不分正负，实物图见图 5.9.

5.6 AD转化电路

1）电路原理说明： AD 转化电路如图 5.10。ADC0832 是一种 8 位分辨率，双通道 A/D 转化串行芯片,引脚说明见表 5.2.因为本电路只对一路模拟量（湿度）做 AD 转化，所以只用到通带 1；由于 DO,DI 在通信时并未同时有效且单片机 I/O 口是双向口，所以将 D0,DI 并联在一根数据线上使用。

图5.10 AD转化电路

表5.2 ADC0832引脚说明

2）元件型号选择： ADC0832CCN ADC0832 DIP-8 模数转化器。

5.7按键电路

1）电路原理说明：如图 5.11，采用独立式键盘电路，每个按键独占一个 IO 口。

图5.11 键盘电路

2）元件型号选择：轻触按键实物图、封装尺寸、内部结构如图 5.12 所示，电路连接时只要连对角线上的两个引脚即可, 一个引脚接地，另一个一个引脚接 IO 口

图5.12 轻触按键实物图、封装尺寸、内部结构

5.8电源接口电路

1）电路原理说明：电源接口电路如图 5.13 所示，分为控制电源和外设电源两部分，之所以用两个电源主要有两点原因：一方面，体现弱电控制强电的思想；另一方面，若只用一个控制电源，外设工作时对电源索取的大电流时电源电压下降，系统工作失常。又因为考虑到时间，成本和安全的问题，外设电源没有采用220v 交流源，仍采用 5V 电源模拟。