智能浇花系统

智能浇花系统 目录 第一章 系统功能与特色 ................................................................................................... 3 1.1、系统功能特色简介............................................................................................. 3 1.2功能指标 ............................................................................................................. 6 第二章 系统硬件 ...................................................................................................... 6 2.1、硬件框架图 ....................................................................................................... 6 2.2、STC12C5A60S2主芯片控制模块 .......................................................................... 7 2.3、温湿度采集模块 ................................................................................................ 9 2.4、语音模块......................................................................................................... 11 2.5、液晶显示模块.................................................................................................. 13 2.6、光照强度采集模块........................................................................................... 14 2.7无线编码发射与无线接收译码模块 ..................................................................... 15 第三章 系统软件设计 .................................................................................................... 18 3.1 系统软件流程图 ................................................................................................ 18 3.2 温度湿度检测模块 ............................................................................................ 19 3.3 光照强度与土壤湿度检测模块 ........................................................................... 20 3.4 浇水模块 .......................................................................................................... 20 3.5 人体感应模块 ................................................................................................... 20 第四章 系统实物 ........................................................................................................... 21 ...................................................................................................................................... 21 参考文献........................................................................................................................ 22 摘要 花草养殖是人们日常生活的重要组成部分，如何更加方便，合理的进行植物养殖成为了智能家居设计的一个焦点。 本系统为基于STC12C5A60S2单片机的智能浇花系统。主要由温、湿度采集、土壤湿度采集、光照强度采集、人体红外感应模块、语音提示、浇水六大模块组成。实现全天周期性的对植物周围环境的温度、湿度、光照强度信息进行抽样提取，并结合植物土壤的湿度判断天气情况、浇水时间及浇水量，最后控制电机定量浇水。该系统能根据实际情况，合理的浇水，既节约了水资源，又能让植物更好生长。 关键字:温、湿度采集 光照强度采集 人体红外感应 语音提示 水量控制 第一章 系统功能与特色 1.1、系统功能特色简介 (1)确定浇水时间 系统不断对光照强度进行判断，确定出早晨、傍晚浇花时间进行浇水。每天早晨与傍晚系统自动进行一次浇水。如图1-1: 图1-1 (2)水量调整 系统全天性的抽取温湿度、光照强度以及土壤湿度信息，在浇水时候将前面的提取的信息进行处理，求均值，然后代进一下公式，对基本浇水量进行调整res=bm-100*(tem-25)/hum+(Lx-70)/5-(ts-45) (其中res表示调整量 bm表示基准水量 tem表示温度 hum表示空气湿度 lx表示光照强度 ts表示土壤湿度)这样系统就能根据不同的季节气候调整水量。如图1-2: 图1-2 (3)选择性浇水 在每次浇水前，系统会对植物土壤湿度进行检测，如果超过一定值，就不进行浇水操作，防止过度浇水、浪费水资料。土壤湿度传感器如图1-3: 图1-3 (4)加水提示 水箱装有水位器，水位过低时，水位器被促发，系统下标志，当人走进被人体感应器感应到是，体统会立刻提示用户加水。具体如图1-4: 图1-4 (5)智能电灯 当光感模块传回的光照强度小于一定值时，系统判定此时为夜晚，此时当人靠近，体统会自动开启电灯，之后，体统不断检测用户的存在，在用户离开2分钟后，灯自动熄灭。具体如图1-5所示: 图1-5 (6)语音提示 系统设有按钮，按下会以语音方式提示当前室外温度、湿度以及光照强度。 (7)无线控制 系统配有无线遥控，通过遥控可控制系统实现语音提示当前相关信息，此外还可控制自动加水、及电灯。 1.2功能指标 (1) 温度测量精确到1C，湿度测量精确到1%RH，土壤湿度测量精确到1%RH，光照强度测量精确到1lx; (2)LCD显示温湿度、土壤湿度、光照强度以及浇水量; (3)语音提示; (4)无线遥控距离L>200m; 第二章 系统硬件设计 2.1、硬件框架图 本方案以STC12C5A60S2单片机为核心，温湿度、光照强度、土壤湿度传感器全天周期性的采集相应的信息并送回控制器。键盘输入可进行基准水量的控制;人体红外传感器可实现人体存在感应，发现人存在，送回标志信号，让主机进行相应的处理。利用ISD4002语音提示用户相关信息。电灯实现夜间照明，水位器监测水箱水位，12864液晶显示现在的温湿度、土壤湿度、光照强度，方便司机随时读取。整个硬件电路方框图如图4。 温，湿度采集模块 ISD4002语音提示 按键输入 土壤湿度采集模 块 MUC 浇水模块 STC12C5 A60S2 光照强度采集模12864液晶显示 块 电灯 水位器 无线收、发模块 人体红外感应 2.2、STC12C5A60S2主芯片控制模块 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/ 机器周期(1T)的单片机，是高速/ 低功耗/超强抗干扰的新一代8051 单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12 倍。内部集成MAX810 专用复位电路,2 路PWM,8 路高速10 位A/D 转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。 1. 增强型 8051 CPU，1T，单时钟/ 机器周期，指令代码完全兼容传统8051 2. 工作电压: STC12C5A60S2 系列工作电压: 5.5V - 3.3V(5V 单片机) STC12LE5A60S2 系列工作电压:3.6V - 2.2V(3V 单片机) 3. 工作频率范围:0 - 35MHz，相当于普通8051 的 0,420MHz 4. 用户应用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节...... 5. 片上集成 1280 字节 RAM 6. 通用I/O 口(36/40/44 个)，复位后为: 准双向口/ 弱上拉(普通8051 传统I/O 口) 可设置成四种模式:准双向口/ 弱上拉，推挽/ 强上拉，仅为输入/ 高阻，开漏 每个I/O 口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA 7. ISP (在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真器 可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片 8. 有EEPROM 功能(STC12C5A62S2/AD/PWM 无内部EEPROM) 9. 看门狗 10.内部集成MAX810 专用复位电路(外部晶体12M 以下时，复位脚可直接1K 电阻到地) 在P4.6 口有一个低压门槛比较器 11. 外部掉电检测电路: 5V 单片机为1.32V，误差为+/-5%,3.3V 单片机为1.30V，误差为+/-3% 12. 时钟源:外部高精度晶体/ 时钟，内部R/C 振荡器(温漂为+/-5% 到+/-10% 以内) 用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C 振荡器还是外部晶体/ 时钟 常温下内部R/C 振荡器频率为:5.0V 单片机为: 11MHz , 15.5MHz 3.3V 单片机为: 8MHz , 12MHz 精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准 13. 共4 个16 位定时器 两个与传统8051 兼容的定时器/ 计数器,16 位定时器T0 和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器 做串行通讯的波特率发生器 再加上2 路PCA 模块可再实现2 个16 位定时器 14. 2 个时钟输出口，可由T0 的溢出在P3.4/T0 输出时钟，可由T1 的溢出在P3.5/T1 输出时钟 15. 外部中断I/O 口7 路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA 模块， Power Down 模式可由外部中断唤醒， INT0/P3.2, INT1/P3.3, T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0, CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通过寄存器设置到P4.3) 16. PWM(2 路)/PCA(可编程计数器阵列,2 路) --- 也可用来当2 路D/A 使用 --- 也可用来再实现2 个定时器 --- 也可用来再实现2 个外部中断(上升沿中断/ 下降沿中断均可分别或同时支持) 17. A/D 转换, 10 位精度ADC，共8 路，转换速度可达250K/S(每秒钟25 万次) 18. 通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12 系列是高速的8051，可再用定时器或PCA 软件实现多串口 19. STC12C5A60S2 系列有双串口，后缀有S2 标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)， TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3) 20. 工作温度范围: -40 - +85?(工业级) / 0 - 75?(商业级) 21. 封装:PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48 I/O 口不够时，可用2 到3 根普通I/O 口线外接 74HC164/165/595(均可级联)来扩展I/O 口, 还可用A/D 做按键扫描来节省I/O 口，或用双CPU,三线通信，还多了串口。 STC12C5A60S2 系列单片机典型应用电路 2.3、温湿度采集模块 DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传 感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。 参数 条件 Min Typ Max 单位 湿度 分辨率 1 1 1 %RH 8 Bit 重复性 ?1 %RH 精度 25? ?4 %RH 0,50? ?5 %RH 互换性 可完全互换 量程范围 0? 30 90 %RH 25? 20 90 %RH 50? 20 80 %RH 1/e(63%)25?，响应时间 6 10 15 S 1m/s 空气 迟滞 ?1 %RH 长期稳定性 典型值 ?1 %RH/yr 温度 ? 分辨率 1 1 1 8 8 8 Bit ? 重复性 ?1 ? 精度 ?1 ?2 ? 量程范围 0 50 响应时间 1/e(63%) 6 30 S 2、 接口说明 建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使 用合适的上拉电阻 2.4、语音模块 ISD4002属于美国ISD公司4000系列产品，2.7~3.3V单电源单片语音录放电路，同时提供相应的28引线DIP/SOIC、 TSOP硬封。 ISD4002采用直接模拟量存贮技术，音质好，信息存放在芯片内部FLASHRAM中，抗断 电，无需专用语音开发工具，能随意更改内容和耗电省等优点。 该系列最大特点是录放时间长，并设计成和微处理器或微控制器配合使用实现 寻址和控制，使本器件引出端数减到最少，而使用更加灵活，且该芯片可设定进入待机状态，功耗接近为零。其指令由五位地址码和10地址码组成。 具体操作指令如下表5-1: 表5-1指令表 模块电路图如下图5-1: 图5-1 如图5-1语音模块的接口解释: AT89S52的P3^4、P3^5、P3^6分别对应接语音芯片的SCLK、SS、MOSI引脚。通过SPI总线实现信息传输。在录音模式下，分段录好要播放的语音，并分配固定地址。当进入语音模式时，单片机发送发音指令取出指定地址的语音信息进行播放，从而达到语音报时的目的。 2.5、液晶显示模块 如图6-1，为液晶显示电路，STC12C5A60S2单片机的PC5、PC6、PC7做LCD12864的控制线，PA0~PA7做数据传输线 2.6、光照强度采集模块 光电二极管(也称光敏二极管)是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小(一般小于0.1微安)，称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。 它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 由短路电流与照度特性可知短路电路与光照强度大小成正比。 再根据三级管放大特性，基极电流与集电极输出电压成正比，再用AD转换正好可用来做光照强度检测。电路如下: 模块电路图 2.7无线编码发射与无线接收译码模块 PT2262/PT2272一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT2262发出的编码信号由:地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。从而实现解码。 PT2262/2272同时具有低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽:2.6,15v 等特点。 图8-1 表8-1 PT2262对应管脚功能表 表7-2 PT2272对应管脚功能表 TWH630/TWH631是一对专用的无线发与无线接收模块，能够实现数字信号的传送，添加频率调制器与解调器也可传送音频信号。TWH630以315MHz正弦波为载波，自动生成调制信号;TWH631接收到信号后自动解调，输出源信号。TWH630/TWH631具有外接电路简单，功耗小，稳定性高等特点。 无线编码发射模块硬件电路图如下图8-3所示: 图7-2 无线接收与译码硬件电路图如下图所示: 图7-3 第三章 系统软件设计 3.1 系统软件流程图 开始 初始化液晶初始化语音中断初始化 显示器 提示模块 模块 时间判断 人体检测 温度湿度检测模块 光照强度检测模块 土壤湿度检测模块 语音提示加 灯亮 水 浇水模块 显示温度 显示湿度 显示光照 显示土壤湿 度 显示浇水量 循环前面程序 3.2 温度湿度检测模块 DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一 次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小 数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下: 一次完整的数据传输为40bit,高位先出。 数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据 +8bi温度整数数据+8bit温度小数数据 +8bit校验和 数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据 该模块程序主要检测当时的温度以及空气湿度。 调用函数为 void RH(U8 *S); 3.3 光照强度与土壤湿度检测模块 该模块程序负责检测光照强度有土壤湿度。须将模拟量转换成数字量，所以采用adc模块进行采样~～ 调用函数为 U16 get_AD_result(U8 channel); 3.4 浇水模块 根据温湿度检测模块与光照强度，土壤湿度检测模块采集到的数据计算出浇水量 公式:res=bm-100*(tem-25)/hum+(Lx-70)/10-(ts-60)/2; 然后再判断什么时候浇水，一般情况下每天浇两次水，一次在早上，一次在傍晚快入夜的时候 3.5 人体感应模块 该模块程序负责检测是否有人存在，若有人存在并且水箱水位过低时，语音提示进行加水，如果当时是晚上的话还会自动亮灯给人照明。 语音程序函数:void play(unsigned char isdh,unsigned char isdl); 第四章 系统实物 图4-1 图4-2 图4-3 参考文献 1、C程序设计教程学习辅导,谭浩强编著，清华大学出版社，2007 2、单片机接口技术与应用[专著] / 朱善君,孙新亚,吉吟东编著. - 北京: 清华大学出版社, 2005 3、单片机C语言轻松入门 / 周坚编著. - 北京: 北京航空航天大学出版社, 2006 4、增强型80C51单片机速成与实战[专著] / 周立功...等编著. - 北京: 北京航空航天大学出版社, 2003 1、C程序设计教程学习辅导,谭浩强编著，清华大学出版社，2007 2、单片机接口技术与应用[专著] / 朱善君,孙新亚,吉吟东编著. - 北京: 清华大学出版社, 2005 3、单片机C语言轻松入门 / 周坚编著. - 北京: 北京航空航天大学出版社, 2006 4、增强型80C51单片机速成与实战[专著] / 周立功...等编著. - 北京: 北京航空航天大学出版社, 2003 第十三章:干燥 通过本章的学习，应熟练掌握表示湿空气性质的参数，正确应用空气的H–I图确定空气的状态点及其性质参数;熟练应用物料衡算及热量衡算解决干燥过程中的计算问题;了解干燥过程的平衡关系和速率特征及干燥时间的计算;了解干燥器的类型及强化干燥操作的基本方法。 二、本章思考题 1、工业上常用的去湿方法有哪几种, 态参数, 11、当湿空气的总压变化时，湿空气H–I图上的各线将如何变化? 在t、H相同的条件下，提高压力对干燥操作是否有利? 为什么? 12、作为干燥介质的湿空气为什么要先经预热后再送入干燥器, 13、采用一定湿度的热空气干燥湿物料，被除去的水分是结合水还是非结合水,为什么, 14、干燥过程分哪几种阶段,它们有什么特征, 15、什么叫临界含水量和平衡含水量, 16、干燥时间包括几个部分,怎样计算, 17、干燥哪一类物料用部分废气循环,废气的作用是什么, 18、影响干燥操作的主要因素是什么,调节、控制时应注意哪些问题, 三、例题 2o例题13-1:已知湿空气的总压为101.3kN/m ,相对湿度为50%，干球温度为20 C。试用I-H图求解: (a)水蒸汽分压p; (b)湿度,; (c)热焓，; (d)露点t ; d (e)湿球温度tw ; o(f)如将含500kg/h干空气的湿空气预热至117C，求所需热量,。 解 : 2o由已知条件:,,101.3kN/m，Ψ,50%，t=20 C在I-H图上定出湿空气00 的状态点,点。 (a)水蒸汽分压p 过预热器气所获得的热量为 每小时含500kg干空气的湿空气通过预热所获得的热量为 例题13-2:在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为1000kg，经 干燥后物料的含水量由40%减至5%(均为湿基)，以热空气为干燥介质，初始 -1-1湿度H为0.009kg水•kg绝干气，离开干燥器时湿度H为0.039kg水•kg绝干12气，假定干燥过程中无物料损失，试求: -1(1) 水分蒸发是q (kg水•h); m,W -1(2) 空气消耗q(kg绝干气•h); m,L -1原湿空气消耗量q(kg原空气•h); m,L’ -1(3)干燥产品量q(kg•h)。 m,G2 解: q=1000kg/h, w=40?, w=5% mG112 H=0.009, H=0.039 12 q=q(1-w)=1000(1-0.4)=600kg/h mGCmG11 x=0.4/0.6=0.67, x=5/95=0.053 12 ?q=q(x-x)=600(0.67-0.053)=368.6kg/h mwmGC12 ?q(H-H)=q mL21mw q368.6mwq,,,12286.7 mLH,H0.039,0.00921 q=q(1+H)=12286.7(1+0.009)=12397.3kg/h mL’mL1 ?q=q(1-w) mGCmG22 q600mGCq,,,631.6kg/h? mG21,w1,0.052 精品文档