程序员经验分享-hwhale

基于51单片机的温室大棚土壤湿度检测智能语音灌溉通风系统proteus仿真原理图PCB

2023-05-16

功能介绍：
0.本系统采用STC89C52作为单片机
1.系统实时监测当前的土壤湿度和空气温湿度，并上传WIFI
2.支持手动/自动两种模式
3.自动模式下，当温湿度超过阈值上限时，打开通风机，直至降低到下限值，停止通风机，当土壤湿度超过阈值下限时，启动灌溉，直至达到阈值上限，停止灌溉
4.按键可设定阈值，手动控制灌溉和通风机
5.可通过语音控制灌溉和通风机
6.手动模式下，可设置定时灌溉时间
7.WIFI可切换工作模式。
*M# 手动模式 *A# 自动模式
8.采用DC002作为电源接口可直接输入5V给整个系统供电

原理图：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

PCB：
在这里插入图片描述

主程序：

#include "main.h"

/*******************变量定义*********************/
enum _MODE_DF_ dispMode;
bit modeFlag = AUTO; //模式标记
uchar setIndex = 0;
uint humidity; //湿度
uint temperature; //温度
uint soilhm; //土壤湿度

uint hmMin= 25;
uint hmMax= 50;

uint tempMin = 25;
uint tempMax = 40;

uint soilhmMin = 30;
uint soilhmMax = 60;

bit dispFlag = 0;
bit sendFlag = 0;

uchar waterTime[2] = {18, 0}; //灌溉时间18:00
bit waterTimeSwitch = OFF;

bit fanFlag1 = OFF;
bit waterFlag1 = OFF;
bit waterFlag2 = OFF;

bit savePinState1;
bit nowPinState1;

bit savePinState2;
bit nowPinState2;

bit buzzerFlag1 = OFF;
bit buzzerFlag2 = OFF;

xdata char dis[32];

/********************************************************
函数名称:void mian()
函数作用:主函数
参数说明:
********************************************************/
void main()
{
    modeFlag = MANUAL;

    Timer0_Init(); //初始化定时器0
    UART_Init(); //初始化串口
    DS1302_Init(); //初始化DS1302

    LCD_Init();   //初始化液晶
    DelayMs(200); //延时有助于稳定
    LCD_DispStr(4, 0, "Welcome!");
    UART_SendStr("AT+CIPMUX=1\r\n", 13); //打开多连接
	DelayS(1);
	UART_SendStr("AT+CIPSERVER=1,8080\r\n", 21); //建立服务 端口号为8080
	DelayS(1);
    LCD_Clear();  //清屏


    while (1) //死循环
    {
        if (dispFlag == 1)
        {
            dispFlag = 0;

            if (dispMode == NORMAL)
            {
                DispNormal();
            }
        }

        if (sendFlag == 1)
        {
            sendFlag = 0;
            SendData();
        }

        if (modeFlag == AUTO) //自动控制模式
        {
            if (temperature > tempMax && humidity > hmMax) //温度过高且湿度过高，开启通风机
            {
                fanFlag1 = ON;
            }
            else if (temperature < tempMin && humidity < hmMin) //直到温度和湿度下降到下限值，停止通风机
            {
                fanFlag1 = OFF; //关闭通风机
            }

            if (soilhm < soilhmMin) //土壤湿度低于设定阈值，启动灌溉
            {
                waterFlag1 = ON;
            }
            else if (soilhm > soilhmMax) //直到土壤湿度达到设定阈值上限，停止灌溉
            {
                waterFlag1 = OFF;
            }
            waterFlag2 = OFF;
        }
        else
        {
            if (waterTimeSwitch == ON)
            {
                if (timeBufDec[4] == waterTime[0] && timeBufDec[5] == waterTime[1]) //到达喂食时间
                {
                    waterFlag2 = ON;
                }
                else
                {
                    waterFlag2 = OFF;
                }
            }
        }



         //语音控制
        nowPinState1 = VOICE_CTRL_WATER;
        if (( savePinState1 == 1 ) && ( nowPinState1 == 0 ))
        {
            waterFlag1 = ON;
            modeFlag = MANUAL;
        }

        if (( savePinState1 == 0 ) && ( nowPinState1 == 1 ))
        {
            waterFlag1 = OFF;
            modeFlag = MANUAL;
        }
        savePinState1 = nowPinState1;
        
        nowPinState2 = VOICE_CTRL_FAN;
        if (( savePinState2 == 1 ) && ( nowPinState2 == 0 ))
        {
            fanFlag1 = ON;
            modeFlag = MANUAL;
        }

        if (( savePinState2 == 0 ) && ( nowPinState2 == 1 ))
        {
            fanFlag1 = OFF;
            modeFlag = MANUAL;
        }
        
        savePinState2 = nowPinState2;

        if (fanFlag1 == ON) //启动风机标志
        {
            RELAY_FAN = ON;
        }
        else
        {
            RELAY_FAN = OFF;
        }

        if (waterFlag1 == ON || waterFlag2 == ON) //启动灌溉标志
        {
            RELAY_WATER = ON;
        }
        else
        {
            RELAY_WATER = OFF;
        }


        KeyProcess();
    }   
}

/*------------------------------------------------
                    定时器初始化子程序
------------------------------------------------*/
void Timer0_Init(void)
{
    TMOD |= 0x01; //使用模式1，16位定时器，使用"|"符号可以在使用多个定时器时不受影响
    TH0 = (65536 - 9216) / 256; //重新赋值 10ms
    TL0 = (65536 - 9216) % 256;
    EA = 1;  //总中断打开
    ET0 = 1; //定时器中断打开
    TR0 = 1; //定时器开关打开
}
/*------------------------------------------------
                定时器中断子程序
------------------------------------------------*/
void Timer0_Interrupt(void) interrupt 1
{
    static unsigned int time10ms  = 0;
    TH0 = (65536 - 9216) / 256; //重新赋值 10ms
    TL0 = (65536 - 9216) % 256;
    time10ms++;

    if (time10ms % 50 == 0)
    {
        dispFlag = 1; //显示标志
    }

    if (time10ms > 500)
    {
        time10ms = 0;
        sendFlag = 1; //WIFI发送信息标志
    }
}

void SendData(void)
{
    bit buzzerFlag1 = 0;
    bit buzzerFlag2 = 0;
    bit buzzerFlag3 = 0;
    
    UART_SendStr("AT+CIPSEND=0,29\r\n", 17); //发送数据
    DelayMs(100);
    sprintf(dis, "Hm:%2d%% Temp:%3d'C SiolH:%2d%%\r\n", humidity, temperature, soilhm); //串口发送
    UART_SendStr(dis, 29); //发送数据
    DelayMs(100);
    if (temperature > tempMax || temperature < tempMin) //温度值超过阈值报警
    {
        UART_SendStr("AT+CIPSEND=0,12\r\n", 17); //发送数据
        DelayMs(100);
        UART_SendStr("Temp:Error\r\n", 12); //发送数据
        DelayMs(100);
        buzzerFlag1 = 1;
    }
    else
    {
        buzzerFlag1 = 0;
    }
    
    if (humidity > hmMax || humidity < hmMin) //湿度超过阈值报警
    {
        UART_SendStr("AT+CIPSEND=0,10\r\n", 17); //发送数据
        DelayMs(100);
        UART_SendStr("Hm:Error\r\n", 10); //发送数据
        DelayMs(100);
        buzzerFlag2 = 1;
    }
    else
    {
        buzzerFlag2 = 0;
    }
    
    if (soilhm > soilhmMax || soilhm < soilhmMin) //土壤湿度超过阈值报警
    {
        UART_SendStr("AT+CIPSEND=0,13\r\n", 17); //发送数据
        DelayMs(100);
        UART_SendStr("SoilHm:Error\r\n", 13); //发送数据
        DelayMs(100);
        buzzerFlag3 = 1;
    }
    else
    {
        buzzerFlag3 = 0;
    }
    
    if (buzzerFlag1 || buzzerFlag2 || buzzerFlag3)
    {
        BUZZER = 0; //蜂鸣器报警
    }
    else
    {
        BUZZER = 1; //关闭蜂鸣器
    }
    
    DelayMs(100);
}

void DispNormal(void)
{

    DHT11_0_ReadData();
    temperature = U8T_data_H; //读取空气温度
    humidity = U8RH_data_H; //读取空气湿度
    sprintf(dis, "Hm:%2d%% T:%3d", humidity, temperature);
    LCD_DispStr(0, 0, dis);
    LCD_DispOneChar(12, 0, 0xdf);
    LCD_DispOneChar(13, 0, 'C');
    LCD_DispOneChar(14, 0, ' ');
    LCD_DispOneChar(15, 0, ' ');

    soilhm = 100 * (255-ReadADC(AIN0_GND)) / 195; //读取土壤湿度
    sprintf(dis, "S:%2d%% ", soilhm);
    LCD_DispStr(0, 1, dis);

    if (modeFlag == AUTO)
    {
        LCD_DispStr(6, 1, "Md:A ");
    }
    else
    {
        LCD_DispStr(6, 1, "Md:M ");
    }
    
    DS1302_ReadTime(); //读取时间

    sprintf(dis, "%02d:%02d", (int)timeBufDec[4], (int)timeBufDec[5]);
    LCD_DispStr(11, 1, dis); //显示时间

}

void DispSetRealTime(unsigned char setIndex)
{
    sprintf(dis, "%02d/%02d/%02d", (int)timeBufDec[1], (int)timeBufDec[2], (int)timeBufDec[3]);
    LCD_DispStr(0, 0, dis);
    switch (timeBufDec[7])
    {
        case 0: LCD_DispStr(10, 0, " Sun."); break;
        case 1: LCD_DispStr(10, 0, " Sun."); break;
        case 2: LCD_DispStr(10, 0, " Mon."); break;
        case 3: LCD_DispStr(10, 0, " Tue."); break;
        case 4: LCD_DispStr(10, 0, " Wed."); break;
        case 5: LCD_DispStr(10, 0, "Thur."); break;
        case 6: LCD_DispStr(10, 0, " Fri."); break;
        case 7: LCD_DispStr(10, 0, " Sat."); break;
        default: break;
    }
    sprintf(dis, "    %02d:%02d:%02d    ", (int)timeBufDec[4], (int)timeBufDec[5], (int)timeBufDec[6]);
    LCD_DispStr(0, 1, dis);

    switch (setIndex)
    {
        case 1: LCD_SetCursor(1, 0, 1); break;
        case 2: LCD_SetCursor(4, 0, 1); break;
        case 3: LCD_SetCursor(7, 0, 1); break;
        case 4: LCD_SetCursor(14, 0, 1); break;
        case 5: LCD_SetCursor(5, 1, 1); break;
        case 6: LCD_SetCursor(8, 1, 1); break;
        case 7: LCD_SetCursor(11, 1, 1); break;
        default:break;
    }
}

void DispSetHm(unsigned char setIndex)
{

    LCD_DispStr(0, 0, "  Set Humidity  ");
    sprintf(dis, "   H:%2d%% L:%2d%%  ", hmMax, hmMin);
    LCD_DispStr(0, 1, dis);
    
    switch (setIndex)
    {
        case 1: LCD_SetCursor(6, 1, 1); break;
        case 2: LCD_SetCursor(12, 1, 1); break;
        default:;
    }
}

void DispSetTemp(unsigned char setIndex)
{

    LCD_DispStr(0, 0, "Set Temperature ");
    sprintf(dis, "   H:%3d L:%3d  ", tempMax, tempMin);
    LCD_DispStr(0, 1, dis);
    
    switch (setIndex)
    {
        case 1: LCD_SetCursor(7, 1, 1); break;
        case 2: LCD_SetCursor(13, 1, 1); break;
        default:;
    } 
}

void DispSetSoilHm(unsigned char setIndex)
{

    LCD_DispStr(0, 0, "Set SoilHumidity");
    sprintf(dis, "   H:%2d%% L:%2d%%  ", soilhmMax, soilhmMin);
    LCD_DispStr(0, 1, dis);
    
    switch (setIndex)
    {
        case 1: LCD_SetCursor(6, 1, 1); break;
        case 2: LCD_SetCursor(12, 1, 1); break;
        default:;
    } 
}

void DispSetWaterTime(unsigned char setIndex)
{
    sprintf(dis, "WaterTime: %02d:%02d", (int)waterTime[0], (int)waterTime[1]);
    LCD_DispStr(0, 0, dis);

    if (waterTimeSwitch == ON)
    {
        LCD_DispStr(0, 1, "WaterSwitch:  On");
    }
    else
    {
        LCD_DispStr(0, 1, "WaterSwitch: Off");
    }
    
    switch (setIndex)
    {
        case 1: LCD_SetCursor(12, 0, 1); break;
        case 2: LCD_SetCursor(15, 0, 1); break;
        case 3: LCD_SetCursor(15, 1, 1); break;
        default:break;
    } 
}


void UART_Init(void)
{
	SCON = 0x50;
	TH2 = 0xFF;
	TL2 = 0xFD;
	RCAP2H = 0xFF;  //(65536-(FOSC/32/BAUD))   BAUD = 115200 FOSC = 11059200
	RCAP2L = 0xFD;

	/*****************/
	TCLK = 1;
	RCLK = 1;
	C_T2 = 0;
	EXEN2 = 0;

	/*****************/
	TR2 = 1;
	ES   = 1; //打开串口中断
	EA   = 1; //打开总中断

}

void UART_SendByte(unsigned char dat) //串口发送单字节数据
{
	unsigned char time_out;
    
	time_out = 0;
	SBUF = dat;						  //将数据放入SBUF中
	while ((!TI) && (time_out < 100)) //检测是否发送出去
	{
		time_out++;
		DelayUs10x(2);
	}		//未发送出去 进行短暂延时
	TI = 0; //清除ti标志
}

void UART_SendStr(unsigned char *s, unsigned char length) //发送定长度字符串
{
	unsigned char num;
	num = 0x00;
	while (num < length) //发送长度对比
	{
		UART_SendByte(*s); //放松单字节数据
		s++;			  //指针++
		num++;			  //下一个++
	}
}

void UART_Interrupt(void) interrupt 4 //串行中断服务程序
{
    static unsigned char i = 0;
    static unsigned char firstBit = 0;
    static unsigned char R_buf[3];
    
    if (RI)//判断是接收中断产生
    {
        RI = 0; //标志位清零
        if (SBUF == '*')
        {
            firstBit = 1; //接收标志成功
            i = 0;
            R_buf[1] = 0;
            R_buf[2] = 0;
        }
        if (firstBit == 1)
        {
            R_buf[i] = SBUF;
            SBUF = SBUF;
            i++;
            if (i == 3)
            {
                i = 0;
                if (R_buf[0] == '*' && R_buf[2] == '#')
                {
                    if (R_buf[1] == 'M')
                    {
                        modeFlag = MANUAL;
                    }
                    else if (R_buf[1] == 'A')
                    {
                        modeFlag = AUTO;
                    }
                }
                firstBit = 0;
            }
        }
    }
}

仿真演示视频：
https://www.bilibili.com/video/BV1KA4y1Z7dE/

实物演示视频：
https://www.bilibili.com/video/BV1ja411E7ih/

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