基于51单片机自动智能浇花系统设计

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，通过对土壤湿度的实时监测，实现自动控制水泵对植物进行浇灌，确保土壤湿度保持在合理范围。该系统具有自动模式和手动模式两种工作方式，用户可通过按键进行设置和操作，既保证了植物的科学养护，又减少了人为操作的繁琐性，适合家庭园艺与农业生产的智能化需求。

本系统的主要功能如下：

实时湿度显示：通过土壤湿度传感器采集土壤含水量，转换为电信号，经 ADC0832 模数转换后送入 STC89C52 单片机处理，最终通过 4 位共阳数码管实时显示湿度值。
上下限值设定：通过设置键配合加、减键，可以灵活设定湿度上下限，系统在掉电后仍能保存设定值，避免每次上电后重新设置的麻烦。
自动浇灌：当土壤湿度低于下限值时，系统自动启动水泵进行浇水；当土壤湿度高于上限值时，系统关闭水泵，避免过度灌溉。
手动控制：用户可通过按键实现对水泵的直接控制，按减键可强制开启水泵，按加键可强制关闭水泵，方便在特殊情况下进行手动干预。

2 系统电路设计

2.1 单片机最小系统设计

系统采用 STC89C52 单片机 作为控制核心，其具有价格低廉、性能稳定、存储容量较大等特点。

电源部分：通过稳压电路提供 +5V 电源，保证单片机和外围电路的稳定工作。
时钟电路：采用 12MHz 晶振，保证单片机的运行速度。
复位电路：使用按键和上电复位电路，确保单片机在启动时进入正常工作状态。

STC89C52 内部带有 EEPROM 功能，可用于保存湿度上下限设定值，从而实现掉电保存功能。

2.2 土壤湿度传感器与 ADC0832 转换电路

土壤湿度传感器：通过检测土壤的电导率或电阻变化，输出一个与湿度成比例的模拟电压信号。
ADC0832 模数转换芯片：将传感器的模拟电压信号转换为数字信号，传输给单片机。
- 采用串行接口与单片机通信，占用 I/O 口少。
- 转换精度为 8 位，足以满足土壤湿度的检测需求。

2.3 数码管显示电路

采用 4 位共阳数码管，用于显示湿度值（0-100 范围内的百分比数值）。
通过段选线与位选线的动态扫描方式驱动数码管，节省单片机 I/O 资源。

2.4 水泵控制电路

核心器件：使用三极管或 MOSFET 驱动水泵，并配合继电器进行隔离控制。
功能：
- 当单片机输出高电平时，驱动电路导通，水泵启动；
- 当单片机输出低电平时，驱动电路断开，水泵停止。
保护措施：在继电器线圈两端并联二极管，防止反向电动势对单片机产生干扰。

2.5 按键输入电路

设计：三个独立按键，分别为减键、加键、设置键。
功能说明：
- 减键：用于手动模式下开启水泵，也可在设置状态下调整湿度上下限。
- 加键：用于手动模式下关闭水泵，也可在设置状态下调整湿度上下限。
- 设置键：进入或退出上下限值设置模式。
去抖处理：通过软硬件结合方式避免按键抖动导致的误触发。

2.6 电源电路

提供稳定的 +5V 电压，采用常用的 7805 稳压芯片或 DC-DC 模块。
单片机、ADC0832、数码管和传感器均使用 +5V 供电。
水泵电机部分可能需要更高电压（如 12V），通过电源分级设计实现。

3 程序设计

系统程序主要分为以下几个部分：主控程序、湿度检测程序、数码管显示程序、按键处理程序、水泵控制程序和掉电保存程序。

3.1 主程序框架

c 复制代码

#include <REGX52.H>
#include "LCD.h"
#include "ADC0832.h"
#include "EEPROM.h"
#include "Key.h"
#include "Delay.h"

unsigned char humidity;
unsigned char lowerLimit = 40;  // 默认下限
unsigned char upperLimit = 70;  // 默认上限
bit pumpStatus = 0;

void main()
{
    EEPROM_ReadLimits(&lowerLimit, &upperLimit);
    while(1)
    {
        humidity = ADC0832_Read();   // 读取湿度
        Display_Humidity(humidity);  // 数码管显示
        Key_Scan();                  // 按键检测
        Pump_Control();              // 自动或手动控制水泵
        Delay(200);
    }
}

3.2 湿度检测程序

c 复制代码

unsigned char ADC0832_Read()
{
    unsigned char value;
    // ADC0832 模拟采样
    ADC_CS = 0;
    // 串行通信获取 8 位数据
    value = Get_ADC0832_Value();
    ADC_CS = 1;
    return (value * 100) / 255;  // 转换为百分比湿度
}

3.3 数码管显示程序

c 复制代码

void Display_Humidity(unsigned char hum)
{
    unsigned char bai, shi, ge;
    bai = hum / 100;
    shi = (hum % 100) / 10;
    ge  = hum % 10;
    
    DisplayDigit(0, bai);
    DisplayDigit(1, shi);
    DisplayDigit(2, ge);
    DisplayDigit(3, 0x0A); // 表示%
}

3.4 按键处理程序

c 复制代码

void Key_Scan()
{
    unsigned char key = GetKey();
    switch(key)
    {
        case 1: // 设置键
            Enter_SetMode();
            break;
        case 2: // 减键
            if(SetMode) LowerLimit--;
            else pumpStatus = 1;  // 手动开泵
            break;
        case 3: // 加键
            if(SetMode) UpperLimit++;
            else pumpStatus = 0;  // 手动关泵
            break;
    }
}

3.5 水泵控制程序

c 复制代码

void Pump_Control()
{
    if(!SetMode)
    {
        if(humidity < lowerLimit) pumpStatus = 1;
        if(humidity > upperLimit) pumpStatus = 0;
    }
    if(pumpStatus) P2_0 = 1; // 打开水泵
    else P2_0 = 0;           // 关闭水泵
}

3.6 掉电保存程序

c 复制代码

void EEPROM_ReadLimits(unsigned char *low, unsigned char *high)
{
    *low  = EEPROM_Read(0x00);
    *high = EEPROM_Read(0x01);
    if(*low > *high || *low == 0xFF || *high == 0xFF)
    {
        *low = 40;
        *high = 70;
    }
}

void EEPROM_WriteLimits(unsigned char low, unsigned char high)
{
    EEPROM_Write(0x00, low);
    EEPROM_Write(0x01, high);
}

4 总结

本设计通过 STC89C52 单片机 、ADC0832 模数转换芯片 、土壤湿度传感器 、4 位数码管显示电路 、水泵控制电路 和 按键设置电路 的有机结合，成功实现了一个功能完善的 自动智能浇花系统。

系统特点总结如下：

智能化：可根据设定的上下限湿度值自动浇水，保证植物生长环境稳定。
可控性：具备手动模式，用户可以灵活操作水泵。
人性化：通过数码管实时显示湿度，按键可调节上下限值，掉电后自动保存。
实用性：结构简单、成本低，适合家庭园艺、阳台种植和小型农业应用。

本设计不仅体现了 51 单片机在智能控制领域的灵活性和实用性，还为农业智能化发展提供了一种切实可行的解决方案。