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1、学位论文独创性声明本人郑重声明：1、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。2、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 果。3、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。4、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经 发表或撰写过的研究成果。5、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。作者签名：日 期：2014-05摘要本设计是基于 MSP430G2553 单片机设计的小型自动浇花控制系统。它的工作 原理是通过土壤湿度传感器检测到土壤的相对湿度，传输到单片机进行信息处理， 将所测湿度值与设定湿度值对比，当大于设定湿度时，单片机输
2、出控制信号，控 制继电器开关吸合，继而启动水泵，实现自动浇花，当低于设定的湿度值，则停 止浇花。本系统浇灌方式智能，合理，能够在无人照看的情况下科学的对植物进 行浇灌，避免植物因无人照料而枯死。关键字：MSP430G2553单片机；土壤湿度传感器；自动浇花AbstractThis design is a small automatic watering control system,which is based on MSP430G2553 microcintroller . The operating principle of this system is to detect the rel
3、ative humidity of thr soil by soil moisture sensor,and then sent to the microcontroller for information processing , then comparing moisture measurement value with the given humidity, the microcontroller outputs a control signal for controlling the relay switch , when measurement value is greater th
4、an the set value , then start the pump to water the flower automatically.When the humidity is below the set value ,then stop watering.The way of this watering system is intelligent and reasonable.It can watering plants scientifically in case of possible unattended to avoid plants due to unattended d
5、ead.Key words: MSP430G2553 microcontroller ; soil moisture sensor ; Automatic watering目录绪 论 11 系统设计 11.1 系统分析 11.2 系统框图 12 硬件电路设计 22.1 系统硬件原理图设计 22.2 主要模块 32.2.1 MSP430G2553 单片机32.2.2 MSP430G2553的时钟设置和模数（A/D）转换模块32.2.2 电源模块电路设计 42.2.3 土壤湿度检测电路设计 52.2.4 液晶显示电路设计 52.2.5 水泵控制电路设计 63 软件设计 73.1 软件设计思路 73
6、.2 主要模块流程图 73.2.1 初始化程序 83.2.2 LCD1602 显示程序83.2.3 AD采样程序83.2.4 继电器控制程序 93.2.5 延时程序 94 设计总结 9参考 文献 9致谢 错误!未定义书签。绪论目前，国内外均有自动浇花系统的应用，而大多数自动浇花系统是利用虹吸原理，即利用渗透 的方式浇花，这种方式浇花过程是连续的、不间断的，采用这种方式只能保证花不会干旱而死，不 是花需要浇水时才进行浇灌。还有一些自动浇水系统，可以设定何时进行浇灌及浇灌时间，与上一 种方式相同，不是花需要浇水时才进行浇灌。另外还有一些自动浇水系统，是采用单片机控制，利 用湿度传感器采集湿度信息，
7、需要浇水时自动浇灌，但是需要用在外部有水龙头的情况下，而家庭 花草种植一般都放在阳台上，阳台上一般均没有水龙头，使用起来非常不方便。而基于单片机的智 能浇花系统则可以在阳台上使用，能够按需自动浇花。1系统设计1.1系统分析本系统设计以MSP430单片机为中心，由电源、继电器、土壤传感器、液晶显示五个模块组成。 用FC_28 土壤湿度传感器检测盆景土壤湿度，将“湿度值”传送到单片机中，由液晶屏显示；另外, 单片机根据湿度值控制系统判断“湿度过高”或“湿度过低”，当土壤湿度值大于阈值，“湿度过低”， 需要浇水，则单片机控制输出信号，使继电器线圈通电，常开触点闭合，驱动水泵，实现土壤湿度 自动控制浇
8、水。当设定浇水时间到，检测到的土壤湿度未低于阈值值，则继续浇水；当达到阈值时 由单片机发出信号，使继电器线圈断电，对应常开触点断开，水泵不工作，停止浇水。在自动控制 浇花系统工作时，由1602液晶屏上显示已设定土壤湿度阈值和当前土壤湿度值。1.2系统框图本系统以MSP430G2553单片机为中心，由电源、继电器、土壤传感器、液晶显示五个模块组成。自动浇花控制系统结构框图如图1-2所示，图1-2自动控制浇花系统结构图2硬件电路设计2.1系统硬件原理图设计本系统硬件电路由单片机、土壤湿度传感器、继电器、液晶屏、二极管、三极管、水泵、电源等组成。自动控制浇花系统原理图如图2-1所示:-1X4 I：T
9、I時CU 9V图2-1自动控制浇花系统原理图2.2主要模块本系统采用的是MSP430G2553单片机；土壤湿度采集用的是FC-28 土壤湿度传感器，能够较准 确的测出半径为3cm圆内土壤湿度值；显示部分是LCD1602显示器，能够显示多种数据和符号；控 制部分采用继电器电路，控制水泵的浇水工作。2.2.1 MSP430G2553 单片机本设计采用MSP430G2553单片机作为核心部件。MSP430G2553 的特点：* 低电压（1.8V-3.6V）*超低功耗运行模式：230uA（lMHz频率，2.2V电压）待机模式：0.5uA关闭模式（RAM保持）：O.luA* 0.5k-16kB 系统内可
10、编程（ISP） Flash*使用中断请求将CPU从低功耗模式下唤醒时间：6us*快速的指令执行时间。MSP430G2553为16位精简指令集（RISC）架构，指令周期为62.5ns。*具有灵活的时钟设计。具有四种校准频率并高达16MHz的内部频率。内部超低功耗低频（LF） 振荡器。32kHz晶振。外部数字时钟源。*两个16位Timer_A，分别具有三个捕获/比较寄存器*多达24个支持触摸感测的I/O引脚*通用串行通信接口（USCI）。UART,IrDA编码器和解码器，同步SPI，I2C。 *用于模拟信号比较功能或者斜率模数转换的片载比较器。*片内有10位200-ksps模数（A/D）转换器，带
11、有内部基准。其A/D转换器具有采样保持和自动 扫描的特点。*串行板上编程，无需外部编程电压，利用安全熔丝实现可编程代码保护。 *具有两线制接口的片上仿真逻辑电路。方便的调试功能。2.2.2 MSP430G2553的时钟设置和模数（A/D）转换模块1.时钟设置MSP430G2553单片机中有四种校准频率并高达16MHz的内部频率，分别是内部超低功耗低频（LF） 振荡器，32kHz晶振，外部数字时钟源。本系统选择数字控制振荡器（DCO），设置DOC为8MHz，即BCSCTL1 = CALBC1_8MHZ;DCOCTL = CALDCO_8MHZ;2模数（A/D ）转换模块MSP430G5553中A
12、D有10位转换精度。其特点包括有多种时钟源可供选择，内带时钟发生器。它配 有6个外部通道和2个内部通道，内置参考电源，并且参考电压Vref有8种组合。采样速度快，最 快200Ks/s，具有中断能力。它有四种工作模式：单通道单次转换模式、单通道多次转换模式、序 列通道单次转换模式、序列通道多次转换模式。A/D转换工作原理ADC10采样和转换所需要的各种时钟信号有ADC10CLK转换时钟、SAMPCON采样及转换信号、SHT控制的采样周期、SHS控制的采样触发来源选择、ADC12SSEL选择的内核时钟源及ADC12DIV选择的分频系数等。只有在这些时序控制电路的指挥下，ADC10各部件才能协调工作
13、！ADC10是一个10位的模数转换器，具有采样和保持功能的的10位转换器内核，在这个内核中 有两个可编程的参考电压（VR+和VR-）定义转换的最大值和最小值。当输入模拟电压等于或高于VR+ 时，ADC10输出满量程值03FFH，当输入电压等于或小于VR-时，ADC10输出0。输入模拟电压的最终结果满足公式：NVinVradc = 1023 x IN RVr+Vr 在经过合理设置后，ADC10硬件会自动将转换结果存放到相应的ADC10MEM存储寄存器中。2.2.2电源模块电路设计在本设计系统中，土壤湿度传感器、单片机、继电器、液晶屏都需要电源供电。因而选用电源 电压必须稳定而且减少消耗。因此，本
14、系统采用的是独立供电的方式。系统中使用LM2596电源管理 芯片提供稳定直流电源。LM2596的稳压电路图如图2-2-2所示。其中土壤湿度传感器、单片机的工作电压为+3.3V，继电器、液晶屏的工作电压为+5V，水泵的 工作电压为+6V。图2-2-2 LM2596稳压电路图2.2.3 土壤湿度检测电路设计本系统选用的土壤湿度传感器为FC-28 土壤湿度传感器，其工作原理丁是：将FC-28探头插入土壤中充当电阻，与电路中的电阻分压，将采集到的g湿度模拟量通过“一线式总线”串行传输到单片机中，由AD转换模块将所打测外部模拟特性参数量化成数字特性参数，经过一定算法处理，将所得土壤I湿度值显示在1602
15、液晶屏上。其土壤湿度检测电路如图2-2-3所示。图2-2-3 土壤湿度检测电路2.2.4 液晶显示电路设计本设计采用LCD1602液晶显示模块，该液晶显示器画质高且不会闪烁。1602液晶显示器都是数 字式的，能够显示多种数据和符号；它和单片机系统的接口更加简单可靠，操作方便1。开机显示 设置：“Hello World!”，之后显示土壤湿度阈值和当前土壤湿度值。LCD1602显示电路如图2-2-4所示。图2-2-4(1)为开机界面，图2-2-4 (2)为工作界面。图2-2-4 LCD1602液晶显示电路图2-2-4 (1)开机界面图2-2-4 (2)系统工作界面2.2.5水泵控制电路设计水泵控制电路如图2-2-5所示，三极管Q1的基极B连接到单片机的P1.2引脚，三极管的发射 极E接到继电器线圈的一端,线圈的另一端接到电源+5V上;继电器线圈两端并联一个二极管IN4148, 用于吸收释放继电器线圈断电时产生的反向电动势，防止反向电势击穿三极管及干扰其他电路；R1 与红色发光二极管组成继电器状态指示电路，便于直观的看到继电器的工作状态，即当继电器常开 触点吸合时，LED
