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基于51单片机自动智能浇花系统设计

news 2025/8/26 5:46:42

1 系统功能介绍

本设计为 基于 51 单片机的自动智能浇花系统，利用 STC89C52 单片机、数码管显示电路、ADC0832 模数转换芯片、水泵驱动电路、土壤湿度传感器、按键电路以及电源电路 实现对土壤湿度的实时监测和自动浇水。该系统能够通过传感器采集湿度数据，并根据用户设定的上下限阈值，智能开启或关闭水泵，实现自动灌溉。同时，系统支持手动操作，便于用户在特殊情况下干预浇水过程。

功能总结如下：

湿度显示功能：数码管实时显示土壤湿度值。
按键设定功能：通过设置键、加键、减键，实现湿度上下限阈值的设置，并具有掉电保存功能。
自动浇水控制：当湿度低于下限值时，自动开启水泵；当湿度超过上限值时，自动关闭水泵。
手动控制功能：通过按键可手动控制水泵开启和关闭，提供用户自主操作的便利性。
掉电保存功能：利用 STC89C52 内部 EEPROM 或 Flash 存储器保存阈值，上电后无需重新设置。

该系统具有操作简便、功能完善、实用性强等特点，非常适合应用于家庭花卉养护、实验室植物实验以及小型农业自动化场景。

2 系统电路设计

2.1 单片机最小系统电路

本设计的核心是 STC89C52 单片机，其内部集成了丰富的 IO 口资源和存储空间。最小系统包括：

电源电路：提供稳定的 5V 电压，确保单片机与外设稳定运行；
时钟电路：采用 12MHz 晶振电路提供时钟信号；
复位电路：包括上电自动复位与手动复位按钮，确保系统初始化正常。

2.2 ADC0832 采样电路

土壤湿度传感器输出模拟电压信号，范围通常在 0~5V；
ADC0832 模数转换芯片 将该信号转换为数字量供单片机处理；
通信方式为串行接口，占用单片机少量 IO 口；
转换精度满足湿度检测的基本需求。

2.3 土壤湿度传感器电路

通过探针插入土壤内部，传感器输出与湿度值成正比的电压信号；
信号经过 ADC0832 转换后送至单片机，用于判断土壤干湿情况；
传感器电路需具备抗干扰设计，以保证采样结果稳定。

2.4 数码管显示电路

系统采用 4 位共阳数码管，用于实时显示湿度值；
通过动态扫描方式实现数据的快速刷新；
显示内容包括当前湿度值以及设置的上下限参数。

2.5 水泵驱动电路

水泵工作电压通常高于单片机 IO 电平，故采用 继电器或三极管驱动电路；
单片机输出高低电平信号控制水泵启停；
电路中增加续流二极管，防止继电器反向电动势损坏器件。

2.6 按键电路

系统包含三个功能按键：
1. 减键：设置模式下减少阈值；手动模式下打开水泵；
2. 加键：设置模式下增加阈值；手动模式下关闭水泵；
3. 设置键：进入参数设置模式或确认操作；
按键均采用上拉电阻及软件去抖处理，保证输入稳定性。

2.7 电源电路

系统采用 5V 直流供电；
稳压芯片（如 7805）保证单片机与外设供电稳定；
电源滤波电容减少电压波动，提升系统稳定性。

3 程序设计

3.1 主程序结构

主程序负责整体逻辑控制，包括湿度采集、数码管显示、阈值比较、水泵控制和按键处理。

#include <reg52.h>
#include "adc0832.h"
#include "display.h"
#include "key.h"
#include "pump.h"
#include "eeprom.h"unsigned char humidity = 0;
unsigned char low_limit = 30;
unsigned char high_limit = 70;void main()
{Display_Init();ADC0832_Init();KEY_Init();Pump_Init();EEPROM_Read(&low_limit, &high_limit);  // 读取掉电保存的参数while(1){humidity = ADC0832_Read();  // 读取湿度值Display_Show(humidity, low_limit, high_limit);if(humidity < low_limit)  // 低于下限{Pump_On();}else if(humidity > high_limit)  // 高于上限{Pump_Off();}KEY_Scan(&low_limit, &high_limit);  // 按键处理}
}

3.2 ADC0832 模数转换程序

unsigned char ADC0832_Read()
{unsigned char dat = 0;// 模拟 ADC0832 通信时序，读取湿度电压值// 此处为简化示例dat = (P1 & 0xFF);  return dat;
}

3.3 数码管显示程序

void Display_Show(unsigned char hum, unsigned char low, unsigned char high)
{// 显示湿度值DIG_ShowNum(0, hum);// 显示上下限值DIG_ShowNum(1, low);DIG_ShowNum(2, high);
}

3.4 按键处理程序

void KEY_Scan(unsigned char *low, unsigned char *high)
{if(KEY_SET_Pressed())  // 进入设置模式{// 根据状态机切换设置项}if(KEY_ADD_Pressed())  // 加键{(*high)++;EEPROM_Write(*low, *high);  // 保存至EEPROM}if(KEY_SUB_Pressed())  // 减键{(*low)--;EEPROM_Write(*low, *high);  // 保存至EEPROM}
}

3.5 水泵控制程序

void Pump_On(void)
{P2 |= 0x01;  // 打开水泵
}
void Pump_Off(void)
{P2 &= ~0x01;  // 关闭水泵
}

3.6 掉电保存程序

void EEPROM_Write(unsigned char low, unsigned char high)
{// 模拟保存阈值到单片机内部存储器
}
void EEPROM_Read(unsigned char *low, unsigned char *high)
{// 模拟读取保存的参数*low = 30;*high = 70;
}