智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄1 緒論11.1 引言11.2 課題來源11.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀22 方案設(shè)計(jì)與論證42.1 總體方案論證42.2 鍵盤電路52.3溫濕度傳感器的選取62.3.1濕度傳感器原理62.3.2數(shù)字溫濕度傳感器DHT1173 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)93.1 AT89S52單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)93.1.1單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及信號引腳93.1.2 AT89S52最小系統(tǒng)123.2 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)133.3 濕度采集模塊143.3.1 溫濕度傳感器的原理143.4 pH值檢測裝置173.5時(shí)鐘模塊193.5.1時(shí)鐘模塊接線圖193.5.2 DS1302 內(nèi)部寄存器213.6液晶顯示模塊223.6.1液晶顯示模塊概述223.6.2模塊主要硬件構(gòu)成說明233.7步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊253.7.1步進(jìn)電機(jī)簡介和原理253.7.2 ULN2003驅(qū)動芯片253.7.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊264 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)274.1 程序設(shè)計(jì)274.2主程序設(shè)計(jì)284.3 12864 LCD顯示子程序設(shè)計(jì)30結(jié) 論35參考文獻(xiàn)36致 謝37附錄一 總體電路圖38附錄二 源程序391 緒論1.1 引言水是一切生命過程中不可替代的基本要素，也是維系國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。過去，人們認(rèn)為水是取之不竭、用之不盡的天然資源。因?yàn)樵谀切┠甏?，科學(xué)技術(shù)不夠發(fā)達(dá)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不夠迅速，人口數(shù)量少，人們對水的使用總是很隨意，水資源似乎總也用不完。隨著科技不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，生產(chǎn)力極大提高以及人口只增不減，水資源危機(jī)開始顯現(xiàn)并日漸明顯。隨著中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的高速發(fā)展、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及我國加入世貿(mào)組織等因素，節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的要求越來越高，灌溉控制器在我國有著巨大的市場。節(jié)水灌溉控制器近期在中國應(yīng)朝著價(jià)格低、性能可靠、操作簡便的方向發(fā)展。但從長遠(yuǎn)利益考慮，新的智能化技術(shù)、傳感技術(shù)和農(nóng)業(yè)科技的引入、應(yīng)用和普及，將會有智能化程度更高、功能更強(qiáng)、性能更趨于穩(wěn)定和可靠的灌溉控制器出現(xiàn)。本課題以AT89S52單片機(jī)為主要硬件模塊，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)對土壤溫度和濕度進(jìn)行多點(diǎn)檢測，當(dāng)所測的實(shí)際濕度低于警戒值時(shí)，將觸發(fā)灌溉控制器裝置，進(jìn)行自動灌溉，系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制方式，隨時(shí)灌溉，從而也體現(xiàn)了多用途、人性化的現(xiàn)代智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。根據(jù)本設(shè)計(jì)的功能要求，可確定此方案：以AT89S52單片機(jī)為控制電路的核心，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案。在閉環(huán)控制方式下，利用溫濕度采集模塊將多處不同地點(diǎn)檢測到的溫度、濕度模擬量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化后傳送給單片機(jī)，單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)與警戒值比較；若采集數(shù)據(jù)低于警戒值，則啟動步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊進(jìn)行灌溉；若采集數(shù)據(jù)高于警戒值，則不啟動驅(qū)動模塊進(jìn)行灌溉。顯示模塊將采集數(shù)據(jù)和灌溉信息顯示在顯示屏上。灌溉時(shí)間一到，驅(qū)動電路則停止驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，灌溉停止。在時(shí)間控制方式下，用戶通過鍵盤輸入進(jìn)行灌溉的時(shí)間，時(shí)間一到，灌溉停止。1.2 課題來源經(jīng)過多年的發(fā)展，國外灌溉控制器已逐步趨于成熟化、系列化，但由于價(jià)格昂貴，國內(nèi)雖引進(jìn)一些，但多數(shù)是用于農(nóng)業(yè)示范區(qū)、科研單位、高校實(shí)驗(yàn)室，雖然國外生產(chǎn)的灌溉控制器性能優(yōu)越，但沒有考慮我國特殊的自然、氣候、土地資源、農(nóng)民經(jīng)濟(jì)狀況等因素，因而國外引進(jìn)的灌溉控制器在國內(nèi)應(yīng)用并不普及。雖然國內(nèi)也有多家研制灌溉控制器，但多數(shù)是小規(guī)模、實(shí)驗(yàn)和理論的探討，應(yīng)用不夠普及，究其原因一則是開發(fā)性能完善的灌溉控制系統(tǒng)不僅需要大量的人力、物力的投入，還需要多部門、多學(xué)科的融合，這就在一定程度上限制了性能完善、適應(yīng)性強(qiáng)的控制器的開發(fā)；其次是現(xiàn)在開發(fā)出來的灌溉控制器價(jià)格相對昂貴，農(nóng)民盡管知道能節(jié)省人力、灌溉用水、提高產(chǎn)量，但由于一次性投資太大，大多數(shù)農(nóng)民承受不起，這也在一定程度上限制了灌溉控制器的普及。隨著中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、以及我國加人世貿(mào)組織等因素，可以預(yù)計(jì)對農(nóng)業(yè)灌溉自動化技術(shù)的要求會越來越高，灌溉控制器在我國將有巨大的市場。節(jié)水灌溉控制器近期在中國應(yīng)朝著價(jià)格低、性能可靠、操作簡便的方向發(fā)展。但從長遠(yuǎn)利益考慮，新的智能化技術(shù)、傳感技術(shù)和農(nóng)業(yè)科技的引入、應(yīng)用和普及，將會有智能化程度更高、功能更強(qiáng)、性能更穩(wěn)定可靠的灌溉控制器出現(xiàn)。西方發(fā)達(dá)國家在節(jié)水灌溉控制器的開發(fā)上已越來越成熟，且發(fā)展趨勢是研制大型分 布式控制系統(tǒng)和小面積單片機(jī)控制系統(tǒng)，并帶有通信功能，能與上位機(jī)進(jìn)行通信，并可由微機(jī)對其編程操作。同時(shí)隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)也為節(jié)水灌溉控制器的研發(fā)開辟了廣闊的應(yīng)用前景。而國內(nèi)在灌溉控制器的研制方面還沒有形成規(guī)模大、應(yīng)用范圍廣的成套灌溉控制產(chǎn)品。國內(nèi)的一些高爾夫球場等大面積場地灌溉控制，一般都是采用國外現(xiàn)成的成套灌溉控制產(chǎn)品。而廣大農(nóng)村可根據(jù)我國國情和各地經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展的實(shí)際情況，采取簡單可行的節(jié)水灌溉控制措施及相應(yīng)的排灌機(jī)械和設(shè)備，大力發(fā)展可靠、實(shí)用、成本低、操作簡便的節(jié)水灌溉控制器，它不僅具有廣闊的市場，而且具有巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀國內(nèi)在開發(fā)灌溉自動控制系統(tǒng)方面還處于研制、試用階段，真正能投入實(shí)際應(yīng)用，且應(yīng)用較廣的灌溉控制器還是很少。在開發(fā)的產(chǎn)品中有著代表性的如中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院聯(lián)合多家單位研制的2000型溫室自動灌溉施肥系統(tǒng)。該系統(tǒng)是國家“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目中自主研發(fā)的科技產(chǎn)品，它結(jié)合我國溫室的環(huán)境和實(shí)際使用特點(diǎn)，以積木分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，解決了計(jì)算機(jī)適時(shí)閉環(huán)控制、動態(tài)監(jiān)測、控制顯示中文、施肥泵混合比可調(diào)、電磁閥開度可調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)問題。該系統(tǒng)具有手動控制、程序控制和自動控制等多種灌溉系統(tǒng)模式，可按需要靈活應(yīng)用，在大連、北京等地已經(jīng)投入了應(yīng)用，從系統(tǒng)運(yùn)行情況來看，該系統(tǒng)有很好控制效果，取的了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。天津市水利科學(xué)研究所研制的溫室滴灌施肥智能化控制系統(tǒng)主要用于現(xiàn)代溫室，日光溫室作物的灌溉營養(yǎng)液施肥，環(huán)境監(jiān)測的智能控制，采用世界先進(jìn)的可編程序控制器和觸摸屏控制技術(shù)，性能可靠、功能齊全、人機(jī)界面友好、操作簡單、價(jià)格低廉，此控制系統(tǒng)的控制流量為15，控制規(guī)模為12時(shí)，能控制24路閥門，系統(tǒng)具有人工干預(yù)灌溉施肥功能，定時(shí)、定量灌溉施肥功能，條件控制灌溉施肥功能。北京澳作生態(tài)儀器有限公司的澳作智能節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)可與各種滴、噴灌系統(tǒng)連接，實(shí)時(shí)監(jiān)測土壤墑情，根據(jù)要求自動灌溉?？刂品绞届`活，手動、半自動、全自動任選且可隨意在計(jì)算機(jī)上更改，可同時(shí)控制多個(gè)設(shè)備，受控區(qū)位置及形狀，環(huán)境參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)可同時(shí)顯示在中心計(jì)算機(jī)上。北京奧特思達(dá)科技有限公司研制的WT-02型微噴灌定時(shí)自動控制器，是一種供農(nóng)業(yè)、草坪、果園、溫室一般場合給水的電子灌溉自動控制系統(tǒng)。國外一些先進(jìn)國家，如美國、以色列和加拿大等，運(yùn)用先進(jìn)的電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)，在節(jié)水灌溉技術(shù)方面起步較早，并已經(jīng)日趨成熟。這些國家從最早的水力控制、機(jī)械控制，到后來的機(jī)械電子混合協(xié)調(diào)式控制，到現(xiàn)今應(yīng)用廣泛的計(jì)算機(jī)控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，控制精度和智能化程度越來越高，可靠性越來越好，操作也越來越簡便。近年來隨著農(nóng)業(yè)對自動化程度要求的提高，以色列出現(xiàn)灌溉用的可編程邏輯控制器(PLC)，這種控制器通過把不同的網(wǎng)絡(luò)連接到主機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。隨著控制技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，以色列開發(fā)出了現(xiàn)代診斷式控制器，這種控制器把以前不可能采集到的信息通過不同的傳感器來獲得，通過因特網(wǎng)、遠(yuǎn)程控制、GSM等來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，然后通過計(jì)算機(jī)中的一些模型來處理信息，作出灌溉計(jì)劃。加拿大、澳大利亞和韓國等國家和地區(qū)也都有開發(fā)成功并形成系列的灌溉控制器產(chǎn)品，其中，比較有代表性的如澳大利亞的HARDIE IRRGATION公司的灌溉控制器，已形成了MICRO-MASTER、RAINJET等多個(gè)系列，幾十種型號的產(chǎn)品。其中HR6100系列成本較低，是一種小型自動灌溉控制器，主要是面對家庭庭院和小面積的商業(yè)綠化場地的灌溉，而MICRO-MASTER，系列產(chǎn)品是HARDIE公司為進(jìn)行大面積灌溉而開發(fā)的控制器。該系統(tǒng)采用分布式布置，可與上位機(jī)雙向通信，用微機(jī)對其進(jìn)行編程操作和對其子控制器進(jìn)行控制，并能用微機(jī)隨時(shí)監(jiān)控灌溉系統(tǒng)的工作狀況。382 方案設(shè)計(jì)與論證2.1 總體方案論證本課題以AT89S52單片機(jī)為主要硬件模塊，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)對土壤溫度、濕度、PH值、EC值（灌溉液中肥料濃度）進(jìn)行多點(diǎn)檢測，當(dāng)所測的實(shí)際濕度、PH值和EC值低于警戒值時(shí)，將觸發(fā)灌溉控制器裝置，進(jìn)行自動灌溉，系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)手動控制灌溉方式，隨時(shí)灌溉，從而也體現(xiàn)了多用途、人性化的現(xiàn)代智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。根據(jù)本設(shè)計(jì)的功能要求，由于時(shí)間和花費(fèi)的種種問題，本設(shè)計(jì)的PH值和EC值部分先不考慮，現(xiàn)確定此方案：以AT89S52單片機(jī)為控制電路的核心，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案。所謂的模塊化設(shè)計(jì)，簡單地說就是將產(chǎn)品的某些要素組合在一起，構(gòu)成一個(gè)具有特定功能的子系統(tǒng)，將這個(gè)子系統(tǒng)作為通用性的模塊與其他產(chǎn)品要素進(jìn)行多種組合，構(gòu)成新的系統(tǒng)，產(chǎn)生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列產(chǎn)品。模塊化是在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的設(shè)計(jì)思想，現(xiàn)已成為一種新技術(shù)被廣泛應(yīng)用，尤其是信息時(shí)代電子產(chǎn)品不斷推陳出新，模塊化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品正在不斷涌現(xiàn)。模塊化設(shè)計(jì)已被廣泛應(yīng)用于機(jī)床、電子產(chǎn)品、航天、航空等設(shè)計(jì)領(lǐng)域。模塊化設(shè)計(jì)是綠色設(shè)計(jì)方法之一，它已經(jīng)從理念轉(zhuǎn)變?yōu)檩^成熟的設(shè)計(jì)方法3。本設(shè)計(jì)總分為六大模塊：溫濕度采集電路模塊、PH值檢測模塊、時(shí)鐘模塊、鍵盤接口電路模塊和液晶顯示電路模塊、步進(jìn)電機(jī)控制電路模塊。其中溫濕度采集模塊核心器件為數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11，PH值檢測模塊有玻璃電極、玻璃電極信號處理電路和AD轉(zhuǎn)化電路，時(shí)鐘模塊以DS1302為核心器件，顯示電路以液晶顯示器LCD 12864為核心構(gòu)成，步進(jìn)電機(jī)控制電路以達(dá)林頓驅(qū)動芯片ULN2003為核心，再配合鍵盤電路實(shí)現(xiàn)對土壤濕度進(jìn)行檢測。在本系統(tǒng)中，PH值執(zhí)行裝置通過單片機(jī)控制電磁閥，當(dāng)所測PH值達(dá)不到土壤的PH值要求時(shí)，單片機(jī)通過PH值執(zhí)行裝置開啟PH值電磁閥；濕度灌溉分兩種控制方式：閉環(huán)控制方式和時(shí)間控制方式，用戶可在兩種方式之間自由選擇。在閉環(huán)控制方式下，利用濕度采集模塊將多處不同地點(diǎn)檢測到的溫濕度已校準(zhǔn)數(shù)字信號數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，再傳送給單片機(jī)。單片機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)和單片機(jī)內(nèi)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若收到的數(shù)據(jù)低于設(shè)定的數(shù)值，則步進(jìn)電機(jī)控制電路模塊啟動步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行灌溉。若收到的數(shù)據(jù)不低于設(shè)定的數(shù)值，則不啟動步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行灌溉。同時(shí)單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的灌溉狀況在現(xiàn)實(shí)模塊的顯示屏上顯示出來。灌溉進(jìn)行一定的時(shí)間后自動停止，該時(shí)間由用戶加載在單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)決定。用戶可通過灌溉方式切換鍵切換到時(shí)間控制方式。在時(shí)間控制方式下，用戶通過鍵盤輸入灌溉的時(shí)間和灌溉的周期，對應(yīng)的數(shù)據(jù)將在顯示屏上顯示出來。這種灌溉方式主要應(yīng)用于特殊情況4。綜上所述，本系統(tǒng)不但具有非常友好的人機(jī)交互界面，而且具有良好的實(shí)時(shí)控制功能，能及時(shí)響應(yīng)用戶請求。系統(tǒng)支持的灌溉方式靈活多樣，用戶可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行模式選擇。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔，各類功能易于實(shí)現(xiàn)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。系統(tǒng)的基本模塊原理圖如圖2.1所示。LCD12864液晶顯示PH值檢測電路AT89S52單片機(jī)PH值執(zhí)行裝置溫度濕度傳感器灌溉控制電路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路鍵盤控制電路時(shí)間電路DS1302系統(tǒng)時(shí)鐘器圖2-1智能灌溉系統(tǒng)基本模塊原理框圖2.2 鍵盤電路獨(dú)立式按鍵是指直接用一根I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占有一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵的工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線的工作狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵接口電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大。故在按鍵數(shù)量不多時(shí)，常采用這種按鍵結(jié)構(gòu)。獨(dú)立式按鍵電路如圖2.2所示。上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)，I/O口線上有確定的高電平。本設(shè)計(jì)外圍電路接有七個(gè)獨(dú)立按鍵，其中兩個(gè)作為電機(jī)手動啟停按鍵，一個(gè)作為PH值演示按鍵，剩下四個(gè)按鍵作為時(shí)鐘調(diào)整按鍵。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)所用的I/O口不是很多，而且需要的按鍵數(shù)目不多，故選用獨(dú)立式鍵盤。 圖2-2 獨(dú)立式按鍵鍵盤框圖2.3溫濕度傳感器的選取2.3.1濕度傳感器原理濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。 濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。 濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。下面對各種濕度傳感器進(jìn)行簡單的介紹。 1、氯化鋰濕度傳感器 （1）電阻式氯化鋰濕度計(jì) （2）露點(diǎn)式氯化鋰濕度計(jì) 2、碳濕敏元件 3、氧化鋁濕度計(jì) 4、陶瓷濕度傳感器 目前市場上測量濕度和溫度的方法有很多種，也有很多種傳感器，它主要通過傳感器采集土壤中的水分含量和室外溫度，對灌溉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能控制。但由于符合應(yīng)用要求的土壤濕度傳感器購買麻煩、價(jià)格昂貴且在最后演示時(shí)還得需要土壤樣本，故本設(shè)計(jì)選取了空氣濕度溫度傳感器作為替代。而溫度濕度傳感器又分為模擬式溫濕度傳感器和數(shù)字式溫濕度傳感器，在實(shí)際溫濕度采集時(shí)，模擬式溫濕度傳感器在與單片機(jī)之間還需加上模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，所以本設(shè)計(jì)采用數(shù)字溫濕度傳感器DHT11，它是廣州奧松電子有限公司新近推出的一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。2.3.2數(shù)字溫濕度傳感器DHT111、DHT11產(chǎn)品概述 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。溫濕度傳感器DHT11外觀圖如圖2-3所示。圖2-3溫濕度傳感器DHT11外觀圖2、DHT11 應(yīng)用領(lǐng)域 暖通空調(diào) 測試及檢測設(shè)備 汽車 數(shù)據(jù)記錄器 消費(fèi)品 自動控制 氣象站 家電 濕度調(diào)節(jié)器 醫(yī)療 除濕器3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 AT89S52單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)單片機(jī)的全稱為微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，單片機(jī)主要用于控制，所以又稱微控制器（MicroControllerUnit）或嵌入式控制器（Embedded Controller）。單片機(jī)是將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化并集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)，其基本組成和工作原理與通用微型計(jì)算機(jī)是一致的。主要由微處理器（CPU）、存儲器、I/O接口三大功能部分通過總線有機(jī)連接而成，在外部通過I/O接口配置各種外部設(shè)備就構(gòu)成微機(jī)的硬件系統(tǒng)7。單片機(jī)體積小，成本低，運(yùn)用靈活，易于產(chǎn)品化；面向控制，能針對性地解決從簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)；抗干擾能力強(qiáng)，適用范圍廣。 AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。3.1.1單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及信號引腳1 、主要特性l 與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容l 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器l 1000次擦寫周期l 全靜態(tài)操作：0Hz33Hzl 三級加密程序存儲器l 32個(gè)可編程I/O口線l 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器l 八個(gè)中斷源l 全雙工UART串行通道l 低功耗空閑和掉電模式l 掉電后中斷可喚醒l 看門狗定時(shí)器l 雙數(shù)據(jù)指針l 掉電標(biāo)識符AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。2、芯片引腳封裝：AT89S52引腳封裝圖如圖3-1所示。圖3-1 AT89S52引腳封裝圖 3、芯片引腳說明：VCC : 電源GND: 地P0 端口（P0.0-P0.7）：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個(gè)TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令 字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1 端口（P1.0-P1.7）：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動4 個(gè)TTL 邏輯電平。對P1端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表3-1所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。表3-1 P1口線的第二功能引腳號第二功能信號第二功能信號名稱P1.0T2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入，時(shí)鐘輸出P1.1T2EX定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制P1.5MOSI在系統(tǒng)編程用P1.6MISO在系統(tǒng)編程用P1.7SCK在系統(tǒng)編程用P2 端口（P2.0-P2.7）：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個(gè)TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 端口（P3.0-P3.7）：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個(gè)TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表3-2所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號。表3-2 P3口線的第二功能引腳號第二功能信號第二功能信號名稱P3.0RXD串行輸入P3.1TXD串行輸出P3.2INT0外部中斷0P3.3INT0外部中斷0P3.4T0定時(shí)器0外部輸入P3.5T1定時(shí)器1外部輸入P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST 腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個(gè)ALE 使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng) AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，PSEN將不被激活。EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.2 AT89S52最小系統(tǒng) 在本設(shè)計(jì)中，AT89S52單片機(jī)的P0口用于單片機(jī)與LCD12864之間的數(shù)據(jù)傳送，P1.0 P1.3用于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動接口，P2.0用于LCD12864顯示的位驅(qū)，P2.1用于控制對LCD12864的讀寫控制信號，P2.2用于控制對LCD12864的指令是屬于寫數(shù)據(jù)還是寫指令。P3.1-P3.7用作鍵盤電路，一共設(shè)置7個(gè)按鍵。P1.0-P1.3用于驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，P1.5口用于時(shí)鐘芯片DS1302的SCLK 串行時(shí)鐘，P1.6口用于時(shí)鐘芯片DS1302的I/O 數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出，P1.7口用于時(shí)鐘芯片DS1302的RST 復(fù)位腳。P3.0用于溫濕度傳感器DHT11數(shù)據(jù)輸入通道。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。由于輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)十二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。AT89S52最小系統(tǒng)接線如圖3-2所示，在XTAL1、XTAL2端接上11.0592MHZ晶振及兩個(gè)30P諧振電容，在RESET端接上相應(yīng)的電阻、電容，如需要按鍵復(fù)位，加上按鍵即可組成一個(gè)最小系統(tǒng)，按要求通電后，系統(tǒng)就可以工作了。單片機(jī)在啟動運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，以便CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖(2個(gè)機(jī)械周期)以上的高電位，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常使RST引腳保持IOms以上穩(wěn)定的高電平。只要RST保持高電平，單片機(jī)就循環(huán)復(fù)位;當(dāng)RST從高電平變?yōu)榈碗娖揭院?，單片機(jī)從0000H地址開始執(zhí)行程序。在復(fù)位有效期間，ALE引腳輸出高電平。復(fù)位后，PO口-P3口輸出高電平，且皆處于輸入狀態(tài)，并且將07H寫入棧指針SP(即設(shè)定堆棧底為O7H)，同時(shí)，將程序計(jì)數(shù)器PC和其余的特殊寄存器清0(不定位除外)。但復(fù)位不影響單片機(jī)內(nèi)部的RAM狀態(tài)。圖3-2 AT89S52最小系統(tǒng)圖和復(fù)位電路3.2 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)隨著集成技術(shù)的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也迅速實(shí)現(xiàn)集成化。特別是三端集成穩(wěn)壓器，芯片只引出三個(gè)端子，分別接輸入端、輸出端和公共端，基本上不需外接元件，而且內(nèi)部有限流保護(hù)、過熱保護(hù)和過壓保護(hù)電路，使用十分安全、方便6。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路及穩(wěn)壓電路組成，電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓U1轉(zhuǎn)換成整流電路所需的電壓U2。整流電路的作用是將交流電壓U2轉(zhuǎn)換成脈動的直流電壓U3。濾波電路的作用是將脈動直流電壓濾除紋波，變成紋波小的直流電壓U4。穩(wěn)壓集成塊的作用就是將不穩(wěn)定的直流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓U5。圖3-3 直流穩(wěn)壓電流電路圖本設(shè)計(jì)選擇的方案是三端集成穩(wěn)壓器的最基本的應(yīng)用電路，如圖3-3所示。整流濾波后得到的直流輸入電壓U4接在LM7805輸入端和公共端之間，在LM7805的輸出端即可得到穩(wěn)定的+5V輸出電壓U5。3.3 濕度采集模塊3.3.1 溫濕度傳感器的原理 1、概述 新型單總線數(shù)字溫濕度傳感器DHT11是廣州奧松電子有限公司新近推出的一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它具有體積小巧、接口簡單、響應(yīng)速度快、性價(jià)比高等特點(diǎn)。由于DHT11的諸多優(yōu)點(diǎn),使其在自動控制和家電消費(fèi)品領(lǐng)域中擁有較高的應(yīng)用價(jià)值。、產(chǎn)品特性 濕溫度傳感器的一體化結(jié)構(gòu)能相對的同時(shí)對相對濕度和溫度進(jìn)行測量 。 數(shù)字信號輸出，從而減少用戶信號的預(yù)處理負(fù)擔(dān)。 單總線結(jié)構(gòu)輸出有效的節(jié)省用戶控制器的I/O口資源。并且，不需要額外電器元件。 獨(dú)特的單總數(shù)據(jù)傳輸線協(xié)議使得讀取傳感器的數(shù)據(jù)更加便捷。 全部校準(zhǔn)。編碼方式為8位二進(jìn)制數(shù)。40bit 二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸出。其中濕度整數(shù)部分占1Byte，小數(shù)部分1Byte；溫度整數(shù)部分1Byte，小數(shù)部分1Byte。其中，濕度為高16位。最后1Byte為校驗(yàn)和。卓越的長期穩(wěn)定性，超低功耗。 4引腳安裝，超小尺寸，各型號管腳完全可以互換。 測量濕度范圍從20RH到90RH；測量溫度范圍從0到50。適用范圍包括恒濕控制，消費(fèi)家電類產(chǎn)品，溫濕度計(jì)等領(lǐng)域。 、外型與引腳排列 圖3-4 DHT11外型及管腳4、連接接口說明 DHT11數(shù)字濕溫度傳感器連接電路簡單，只需要占用控制器一個(gè)I/O口即可完成上下位的連接。典型應(yīng)用電路如下圖3-5所示。另外，建議連接線長度短于20時(shí)用5K上拉電阻,大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻，如圖3.5所示。 圖3-5 DHT11典型電路連接5、串行接口 (單線雙向)DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時(shí)間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明,當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展,現(xiàn)讀出為零.操作流程如下: 一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。 數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit校驗(yàn)和 數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。 用戶MCU發(fā)送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機(jī)開始信號結(jié)束后,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號,送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù).從模式下,DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號,DHT11不會主動進(jìn)行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。 1. 通訊過程如圖3-6所示 圖3-6 通訊過程總線空閑狀態(tài)為高電平,主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng),主機(jī)把總線拉低必須大于18毫秒,保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機(jī)的開始信號后,等待主機(jī)開始信號結(jié)束,然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號.主機(jī)發(fā)送開始信號結(jié)束后,延時(shí)等待20-40us后, 讀取DHT11的響應(yīng)信號,主機(jī)發(fā)送開始信號后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可, 總線由上拉電阻拉高。圖3-7 DHT11復(fù)位時(shí)序總線為低電平,說明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號后,再把總線拉高80us,準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù),每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時(shí)隙開始,高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是0還是1.格式見下面圖示.如果讀取響應(yīng)信號為高電平,則DHT11沒有響應(yīng),請檢查線路是否連接正常.當(dāng)最后一bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us,隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。數(shù)字0信號表示方法如圖3-8所示 圖3-8 數(shù)字0信號數(shù)字1信號表示方法.如圖3-9所示 圖3-9 數(shù)字1信號3.4 pH值檢測裝置農(nóng)作物對灌溉液的pH值也有一定要求，需加pH調(diào)節(jié)液進(jìn)行調(diào)節(jié)。灌溉液的pH要求值一般為5.5一6.5之間的某一值。由于肥料一般或呈堿性，或溶于水后，在作物所能承受的濃度范圍內(nèi)pH大于農(nóng)藝要求，故施肥時(shí)，往往加酸，在本論文中，“pH調(diào)節(jié)液”一般指酸。1、PH值傳感器本設(shè)計(jì)采用的是美國奧立龍868型酸度計(jì)。其主要技術(shù)參數(shù)有:(1)測量范圍:0-14 PH(2)分辨率:0.1(3)精度:0.001PH(4)溫度補(bǔ)償:自動溫度補(bǔ)償0-100.0本設(shè)計(jì)PH值檢測裝置，土壤pH值的測試采用的則是電位分析法。電位分析法基于兩個(gè)電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)，即將兩個(gè)電極插在同一土壤稀釋溶液中，其中一個(gè)電極作為測量電極，其輸出電位隨被測溶液中的氫離子活度的變化而變化，另一電極作為參比電極，其電位固定不變，兩個(gè)電極構(gòu)成原電池，產(chǎn)生大小與pH值有關(guān)的電動勢。后通過A/D轉(zhuǎn)換芯片0809，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送到單片機(jī)。2、A/D轉(zhuǎn)換芯片0809 圖3-10 A/D0809引腳圖如圖3-10所示，A/D0809芯片的引腳圖，其信號引腳：IN1IN7模擬量輸入通道ALE地址鎖存允許信號。對應(yīng)上跳沿，、B、地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START轉(zhuǎn)換啟動信號。START上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809：START下降沿時(shí)啟動芯片，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。本信號有時(shí)簡寫為ST。A、B、C地址線。通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。CLK時(shí)鐘信號。ADC0808的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號由外界提供，因此有時(shí)鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHZ的時(shí)鐘信號。EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請求信號使用。D7D0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高。OE輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vcc+5V電源。圖3-11 A/D轉(zhuǎn)換與單片機(jī)電路由于需要檢測土壤PH值的傳感器市場上很少且價(jià)格相對昂貴，故在本設(shè)計(jì)中采用一個(gè)按鍵來替代，當(dāng)按鍵按下后，將單片機(jī)P3.3口接低電平，表示所測土壤PH值稱堿性，需要加酸液中和，在本設(shè)計(jì)中體現(xiàn)為，當(dāng)所測PH值高于7.0，單片機(jī)就會點(diǎn)亮發(fā)光二極管（打開酸液電磁閥）并在液晶顯示屏上顯示PH值異常；再按下按鍵會使土壤PH值呈中性時(shí)，發(fā)光二極管就會熄滅（關(guān)閉酸液電磁閥），且液晶顯示屏?xí)@示PH值正常。3.5時(shí)鐘模塊 3.5.1時(shí)鐘模塊接線圖時(shí)鐘模塊主要由DS1302和32.768kHz的晶體組成，若時(shí)間有誤差可用鍵盤設(shè)置。與單片機(jī)的連接僅需3各接口：SCLK、I/O、RST。另外，由于DS1302提供了31*8位的RAM并帶有備用電源，可采用它來存儲目標(biāo)濕度、當(dāng)前水閥狀態(tài)等變量、防止主電源掉電后數(shù)據(jù)丟失。在本設(shè)計(jì)中，DS1302為本設(shè)計(jì)提供時(shí)鐘源，當(dāng)我們需要手動灌溉時(shí)，可以讓我們控制灌溉時(shí)間。液晶屏顯示初始時(shí)間為2007年7月26日0時(shí)0分0秒，我們可以通過按鍵來調(diào)整時(shí)間。圖3-12時(shí)鐘模塊接線圖DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31 字節(jié)靜態(tài)RAM 通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供、秒、分、時(shí)、日、日期、月、年的信息每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整時(shí)鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用24或12小時(shí)格式DS1302與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個(gè)口線1 RES 復(fù)位2 I/O 數(shù)據(jù)線3 SCLK串行時(shí)鐘時(shí)鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31 個(gè)字節(jié)的字符組方式通信DS1302 工作時(shí)功耗很低保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mWDS1302 是由DS1202 改進(jìn)而來增加了以下的特性雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)Vcc1 為可編程涓流充電電源附加七個(gè)字節(jié)存儲器它廣泛應(yīng)用于電話傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域下面將主要的性能指標(biāo)作一綜合 實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有能計(jì)算2100 年之前的秒、分、時(shí)、日、日期、星期、月、年的能力還有閏年調(diào)整的能力 31*8 位暫存數(shù)據(jù)存儲RAM 串行I/O口方式使得管腳數(shù)量最少 寬范圍工作電壓2.0-5.5V 工作電流2.0V 時(shí),小于300nA 讀/寫時(shí)鐘或RAM 數(shù)據(jù)時(shí)有兩種傳送方式單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送字符組方式 8 腳DIP 封裝或可選的8 腳SOIC 封裝根據(jù)表面裝配 簡單3線接口 與TTL兼容Vcc=5V 可選工業(yè)級溫度范圍-40 +85 與DS1202兼容 在DS1202基礎(chǔ)上增加的特性3.5.2 DS1302 內(nèi)部寄存器CH: 時(shí)鐘停止位 寄存器2的第7位12/24小時(shí)標(biāo)志CH=0 振蕩器工作允許 bit7=1,12 小時(shí)模式CH=1 振蕩器停止 bit7=0,24 小時(shí)模式WP: 寫保護(hù) 寄存器2 的第5 位:AM/PM 定義WP=0 寄存器數(shù)據(jù)能夠?qū)懭?AP=1 下午模式WP=1 寄存器數(shù)據(jù)不能寫入 AP=0 上午模式TCS: 涓流充電選擇 DS: 二極管選擇位TCS=1010 使能涓流充電 DS=01 選擇一個(gè)二極管TCS=其它 禁止涓流充電 DS=10 選擇兩個(gè)二極管DS=00 或11, 即使TCS=1010, 充電功能也被禁止RS 位電阻典型位00沒有沒有01R12K10R24K11R38K3.6液晶顯示模塊3.6.1液晶顯示模塊概述本設(shè)計(jì)的液晶顯示模塊采用的是帶中文字庫的LCD12864，各行依次顯示日期、時(shí)間、溫度、濕度。液晶的電路連接比較簡單，把LCD12864與單片機(jī)的P0口進(jìn)行通信。12864是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864,內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示84行1616點(diǎn)陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。 模塊并行接口說明表3-3 LCD12864液晶顯示器的引腳功能管腳號管腳符號電平 管腳功能描述1VSS0V邏輯電源地2VDD3.0+5V邏輯電源+5V3 V0 -對比度（亮度）調(diào)整4RS(CS)H/LRS=“H”表示DB7-DB0為顯示數(shù)據(jù)RS=“L”表示DB7-DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H“數(shù)據(jù)被讀到DB7-DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信號7-14DB0-DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)總線15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式16NC-空腳17/RESETH/L系統(tǒng)復(fù)位，低電平有效18 VOUT -LCD驅(qū)動電壓輸出端19LEDAVDD背光電源，LED+(+5V)20LEDKVSS背光電源，LED-(0V)3.6.2模塊主要硬件構(gòu)成說明控制器接口信號說明：（1） RS，R/W的配合選擇決定控制界面的4種模式：表3-4 RS、R/W選擇模式RSR/W功能說明LLMPU寫指令到指令暫存器（IR）LH讀出忙標(biāo)志（BF）及地址記數(shù)器（AC）的狀態(tài)HLMPU寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（DR）HHMPU從數(shù)據(jù)暫存器（DR）中讀出數(shù)據(jù)(2)E信號表3-5 E信號E狀態(tài)執(zhí)行動作結(jié)果高低I/O緩沖DR配合/W進(jìn)行寫數(shù)據(jù)或指令高DRI/O緩沖配合R進(jìn)行讀數(shù)據(jù)或指令低/低高無無（3）忙標(biāo)志BF：BF標(biāo)志提供內(nèi)部工作情況。BF=1表示模塊在進(jìn)行內(nèi)部操作,此時(shí)模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù)。BF=0時(shí),模塊為準(zhǔn)備狀態(tài),隨時(shí)可接受外部指令和數(shù)據(jù)。利用STATUS RD 指令,可以將BF讀到DB7總線,從而檢驗(yàn)?zāi)K之工作狀態(tài)。（4）字型產(chǎn)生ROM（CGROM）：字型產(chǎn)生ROM（CGROM）提供8192個(gè)此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關(guān)的控制。DFF=1為開顯示（DISPLAY ON),DDRAM 的內(nèi)容就顯示在屏幕上，DFF=0為關(guān)顯示（DISPLAY OFF)。 DFF 的狀態(tài)是指令DISPLAY ON/OFF和RST信號控制的。（5）顯示數(shù)據(jù)RAM（DDRAM）：模塊內(nèi)部顯示數(shù)據(jù)RAM提供642個(gè)位元組的空間，最多可控制4行16字（64個(gè)字）的中文字型顯示，當(dāng)寫入顯示數(shù)據(jù)RAM時(shí)，可分別顯示CGROM與CGRAM的字型；此模塊可顯示三種字型，分別是半角英數(shù)字型(16*8)、CGRAM字型及CGROM的中文字型，三種字型的選擇，由在DDRAM中寫入的編碼選擇，在0000H0006H的編碼中（其代碼分別是0000、0002、0004、0006共4個(gè)）將選擇CGRAM的自定義字型，02H7FH的編碼中將選擇半角英數(shù)字的字型，至于A1以上的編碼將自動的結(jié)合下一個(gè)位元組，組成兩個(gè)位元組的編碼形成中文字型的編碼BIG5（A140D75F），GB（A1A0-F7FFH）。（6）字型產(chǎn)生RAM(CGRAM)：字型產(chǎn)生RAM提供圖象定義(造字)功能, 可以提供四組1616點(diǎn)的自定義圖象空間，使用者可以將內(nèi)部字型沒有提供的圖象字型自行定義到CGRAM中，便可和CGROM中的定義一樣地通過DDRAM顯示在屏幕中。（7）地址計(jì)數(shù)器AC：地址計(jì)數(shù)器是用來貯存DDRAM/CGRAM之一的地址,它可由設(shè)定指令暫存器來改變，之后只要讀取或是寫入DDRAM/CGRAM的值時(shí)，地址計(jì)數(shù)器的值就會自動加一，當(dāng)RS為“0”時(shí)而R/W為“1”時(shí)，地址計(jì)數(shù)器的值會被讀取到DB6-DB0中。3.7步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊3.7.1步進(jìn)電機(jī)簡介和原理步進(jìn)電機(jī)是將給定的電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。給定一個(gè)電脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度，這個(gè)角度就稱作該步進(jìn)電機(jī)的步距角。目前常用步進(jìn)電機(jī)的步距角大多為1.8度（俗稱一步）或0.9度（俗稱半步）。以步距角為0.9度的步進(jìn)電機(jī)來說，當(dāng)我們給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)電脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過0.9度；給兩個(gè)脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過1.8度。以此類推，連續(xù)給定脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于電脈沖信號與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角存在的這種線性關(guān)系，使得步進(jìn)電機(jī)在速度控制、位置控制等方面得到了廣泛的應(yīng)用【22】。步進(jìn)電機(jī)的使用至少需要三個(gè)方面的配合，一是電脈沖信號發(fā)生器，它按照給定的設(shè)置重復(fù)為步進(jìn)電機(jī)輸送電脈沖信號，目前這種信號大多數(shù)由可編程控制器或單片機(jī)來完成；二是驅(qū)動器（信號放大器），它除了對電脈沖信號進(jìn)行放大、驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動以外，還可以通過它改善步進(jìn)電機(jī)的使用性能，事實(shí)上它在步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中起著重要的作用，一般一種步進(jìn)電機(jī)可以根據(jù)不同的工況具有多種驅(qū)動器；三是步進(jìn)電機(jī)，它有多種控制原理和型號，現(xiàn)在常用的有反應(yīng)式、感應(yīng)子式、混合式等。 步進(jìn)電機(jī)的速度控制是通過輸入的脈沖頻率快慢實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)發(fā)生脈沖的頻率減小時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的速度就下降；當(dāng)頻率增加時(shí)，速度就加快。還可以通過頻率的改變而提高步進(jìn)電機(jī)的速度或位置精度。3.7.2 ULN2003驅(qū)動芯片一般ULN2003是用作灌電流驅(qū)動。ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個(gè)硅NPN 達(dá)林頓管組成。ULN2003的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行【16】。（