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51单片机的花卉、农田自动浇水灌溉系统开发，Proteus仿真，原理图和C代码

2022-04-23 14:13:00 【蒋宇智】

设计要求
1.设计一种基于51单片机的花卉、农田自动浇水灌溉系统；

2.能够检测土壤湿度，当低于设定的下限值时，启动水泵进行浇水灌溉，并提供相应的声光报警指示；

3.能够通过按键设定湿度上下限值；

4.土壤湿度数据和湿度上下限值通过LCD1602显示屏显示；

5.完成系统元器件选型、电路绘制与C程序编写；

系统概述
自动浇水灌溉系统设计方案，以AT89C51单片机为控制核心，采用模块化的设计方法。

组成部分为：5V供电模块、土壤湿度传感器模块、ADC0832模数转换模块、水泵控制模块、按键输入模块、LCD显示模块和声光报警模块，结构如下。
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工作原理为：土壤湿度传感器测出土壤湿度模拟信号，经AD转换器将模拟信号转换成数字信号后传输到51单片机，单片机将土壤湿度数据与设定的上下限值进行比较。

当土壤湿度低于下限时，驱动水泵工作进行灌溉浇水，并提供声光报警。当土壤湿度增加至超过下限时，声光报警关闭，但水泵会继续工作，直到土壤湿度继续增加并超过设定的上限值为止。

用户可通过按键设定湿度上下限值，土壤湿度数据和上下限值数据均通过LCD显示屏实时显示。
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原理图

仿真分析
打开Proteus仿真文件，其后缀名为.DSN。双击单片机，加载AutoWater.hex文件（位于Keil C程序文件夹内），运行仿真，结果如下。

由图可知，LCD显示当前测量的土壤湿度（Humidity）为53%，系统预设的湿度上限（H：High的缩写）为60%，下限（L：Low的缩写）为30%，土壤湿度正常，在上下限范围之内。

此时，湿度低报警灯和蜂鸣器处于关闭状态，继电器RL1开关打至下方，水泵处于断电状态。

通过调节滑动变阻器RV2（鼠标点击上下两个红色箭头），改变输入到ADC0832采样通道0的电压大小来模拟土壤湿度的变化。

点击RV2向下的红色箭头，模拟土壤湿度的降低。例如，当土壤湿度从53%降低至23%，低于下限值30%时，红色LED报警灯点亮，蜂鸣器发声，继电器RL1开关打至上方，水泵通电，开始自动浇水，绿色的水泵工作指示灯也被点亮。
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点击RV2向上的红色箭头，模拟土壤湿度的增加。

当土壤湿度从23%增加至37%，超过下限时，声光报警停止工作，但水泵会继续工作，直到土壤湿度继续增加到高于上限值为止，过程如下所示。
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需要说明的是，水泵停止工作（即：土壤湿度超过上限）后，调节RV2模拟土壤湿度的下降，在下降到上下限范围内时，水泵不会启动，只有土壤湿度继续下降至低于下限时才会启动。

通过按键可以预设湿度的上下限值。

点击“设定”键，进入上下限设置模式，首先是H上限值光标闪烁，此时可以点击加/减键，改变上限值大小。
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上限值设置完成后，点击“设定”键，L下限值光标闪烁，同理，点击加/减键，改变下限值大小。

上下限值都设置完成后，再次点击“设定”键，退出上下限设置模式。例如，我们设置湿度上限值H为75%，下限值L为25%，结果如下图所示。
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综上所述，仿真运行效果满足设计要求。

部分代码

void main()				//主函数
{
    
	Init1602();						 //初始化液晶函数
	init();							 //初始化定时器
	init_eeprom();  //开始初始化保存的数据
	while(1)						 //进入循环
	{
    
		for(m=0;m<50;m++)			//读50次AD值
			sum = adc0832(0)+sum;	//读到的AD值，将读到的数据累加到sum
		temp=sum/50;				//跳出上面的for循环后，将累加的总数除以50得到平均值temp
		sum=0; 						//平均值计算完成后，将总数清零
		temp = temp*0.390625;		//ADC0832存储数据为1个字节，湿度显示范围为0~100，因此1单位湿度=100/256=0.390625 
// if(temp<=full_range)
// temp=(temp*100)/full_range;
// else
// temp=100;
		if(set==0)					 //set为0，说明现在不是设置状态
			Display_1602(temp,MH,ML);//显示AD数值和报警值
		if(temp<ML&&set==0)	         //湿度值小于报警值
		{
    
			flag=1;					 //打开报警
			Relay=0;					 //继电器触点闭合，水泵工作
			LED_R=0;					  //红灯点亮
		}
		else if(temp>MH&&set==0)     //湿度值大于报警值
		{
    
			flag=0;					 //关闭报警
			Relay=1;					 //继电器触点打开，水泵停止
			LED_R=1;					  //红灯熄灭
		}
		else
		{
    
			flag=0;
			LED_R=1;			      //红灯熄灭
		}
		Key();						 //调用按键函数
	}
}