基于單片機(jī)的節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：基于單片機(jī)的智能節(jié)水灌溉的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)院系：信息與控制學(xué)院專業(yè)：自動化班級學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：成績：年月日目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 方案設(shè)計(jì)1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 設(shè)計(jì)任務(wù)要求1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 硬件方案設(shè)計(jì)1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 編程語言與調(diào)試環(huán)境選擇3編程語言的介3調(diào)試環(huán)境的選擇3 HYPERLI

2、NK l bookmark12 o Current Document 智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)5 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document AT89S52單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)5單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及引腳5 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 顯示電路的設(shè)計(jì)9顯示電路選擇9液晶顯示接口電路設(shè)計(jì)10 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC083210ADC0832具有以下特點(diǎn)10ADC0832與單片機(jī)的接口電路11 HYPERLINK l bookmar

3、k20 o Current Document 按鍵電路方案的設(shè)計(jì)12按鍵電路的選擇12按鍵電路的設(shè)計(jì)12 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 單片機(jī)晶振電路原理及作用13 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)14 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)15 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 土壤濕度傳感器YL-69土壤濕度計(jì)檢測模塊15YL-69土壤濕度計(jì)檢測計(jì)特點(diǎn)15使用說明

4、16 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊17步進(jìn)電機(jī)簡介和原理17ULN2003驅(qū)動芯片18步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊18 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)19 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 軟件系統(tǒng)總體工作流程19 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 濕度控制模塊的設(shè)計(jì)20濕度控制程序流程20 HYPERLINK l bookmark38 o Current Documen

5、t 按鍵電路子程序21 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 1602液晶顯示模塊設(shè)計(jì)22 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 參考文獻(xiàn)24附錄A硬件原理圖25 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 附錄B程序代碼26 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 附錄C實(shí)物圖片311方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)要求1、能夠檢測土壤濕度，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，起動灌溉系統(tǒng)，能夠通過鍵盤設(shè)定不同的灌溉速度，顯示灌溉狀態(tài)。2、濕度傳感器對土

6、壤多點(diǎn)采集信號轉(zhuǎn)換后傳給單片機(jī)，單片機(jī)對輸入信號做出處理（灌溉與否）。顯示模塊將采集數(shù)據(jù)和灌溉信息顯示在顯示屏上。通過鍵盤可以設(shè)置灌溉閾值和灌溉速度。硬件方案設(shè)計(jì)該課題以AT89S52單片機(jī)做為主要硬件模版，通過對軟件的編程來實(shí)現(xiàn)對土壤溫度、濕度值進(jìn)行多點(diǎn)檢測，當(dāng)所測的實(shí)際濕度低于警戒值時(shí)，將會自動觸發(fā)灌溉控制器系統(tǒng)，進(jìn)行自動的灌溉，該系統(tǒng)還可以完成手動控制灌溉，隨時(shí)進(jìn)行灌溉，從而也體現(xiàn)了人性化、多用途的現(xiàn)代自動化、智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。根據(jù)該設(shè)計(jì)的功能要求，確定方案：AT89S52單片機(jī)做為控制電路核心，采用模塊化設(shè)計(jì)的方案。模塊化設(shè)計(jì)簡單地說，就是把產(chǎn)品的一些要素組合在一起來構(gòu)成一個(gè)有特定功

7、能的子系統(tǒng)，把該系統(tǒng)作為通用性的模塊和其他的產(chǎn)品要素多種組合，構(gòu)成新的系統(tǒng)，所產(chǎn)生多種相同功能或不相同功能、但不同性能的一系列產(chǎn)品。模塊化是一種新的設(shè)計(jì)思想，是在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上新發(fā)展起來的，現(xiàn)在已經(jīng)成為一種新的技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在生活中，尤其現(xiàn)在正處于信息時(shí)代，電子產(chǎn)品不斷推出新產(chǎn)品，應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品也正在不斷涌現(xiàn)。當(dāng)代模塊化設(shè)計(jì)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空、航天、機(jī)床、電子產(chǎn)品等設(shè)計(jì)領(lǐng)域。模塊化已經(jīng)開始從理念轉(zhuǎn)化成為比較成熟的設(shè)計(jì)方法也是綠色設(shè)計(jì)方法之一1。該設(shè)計(jì)總共分為：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、濕度采集模塊、液晶顯示模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、報(bào)警電路。本設(shè)計(jì)中步進(jìn)電機(jī)采用28BYJ48型四相八拍電機(jī)，步

8、進(jìn)電機(jī)控制電路是以驅(qū)動芯片ULN2003做為核心。濕度采集模塊中核心器件是YL-69土壤濕度傳感器，A/D轉(zhuǎn)換模塊中主要器件是ADC0832A/D轉(zhuǎn)換器，液晶顯示器以LCD1602為顯示電路核心，時(shí)鐘模塊是以DS1302做為核心器件，再配合上鍵盤電路，實(shí)現(xiàn)對土壤濕度檢測。在本系統(tǒng)中，濕度灌溉系統(tǒng)可以分為兩種控制方式：方案一閉環(huán)控制方式，方案二時(shí)間控制方式，所以用戶可以在兩種方式任選其一。采用方案一：用濕度采集模塊把檢測多處不同地點(diǎn)的濕度通過校準(zhǔn)的數(shù)字信號數(shù)據(jù)處理，傳送給單片機(jī)。單片機(jī)則將接收來的數(shù)據(jù)與單片機(jī)內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，如果收到的數(shù)據(jù)低于設(shè)定值，步進(jìn)電機(jī)的控制電路模塊將啟動步進(jìn)電機(jī)實(shí)行

9、灌溉。如果收到的數(shù)據(jù)高于設(shè)定值，則步進(jìn)電機(jī)不啟動或者停止工作，與此同時(shí)單片機(jī)把采集到的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的灌溉情況在顯示屏上顯示出來。當(dāng)灌溉進(jìn)行到一定的時(shí)間時(shí)，自動停止工作，這個(gè)時(shí)間是由用戶加載到單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)來決定。在時(shí)間控制方式下時(shí)，用戶通過灌溉周期和鍵盤輸入的灌溉時(shí)間，對應(yīng)的數(shù)據(jù)會顯示在屏上。該灌溉方式主要應(yīng)用在特殊情況之下，所以本設(shè)計(jì)采用方案一2。綜上所述，該系統(tǒng)具有非常好的人機(jī)互交界面，更方便進(jìn)行實(shí)時(shí)控制功能，且能及時(shí)的響應(yīng)用戶請求。該系統(tǒng)支持的灌溉系統(tǒng)方式非常靈活，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況選擇模式。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，各類功能很容易實(shí)現(xiàn)，極大提高了系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性。系統(tǒng)的模塊原理圖如圖1.1所

10、示。圖1.1自動灌溉控制器系統(tǒng)基本模塊原理框圖編程語言與調(diào)試環(huán)境選擇編程語言的介C語言是一種被廣泛應(yīng)用，并能夠靈活的實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)編程語言。用C語言編出來的程序，可以應(yīng)用在很多平臺上，可移植性較強(qiáng)。計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)和一些大型軟件都可用C語言來完成。還有很多的聊天工具也可用C語言來編程。C語言有個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)適合于多種操作系統(tǒng)如UNIXDOS，也適用于多種機(jī)型。c語言既有匯編語言的特點(diǎn)，又具有高級語言的特點(diǎn)；是一個(gè)很成功的系統(tǒng)設(shè)計(jì)語言，有時(shí)候一個(gè)使用的程序設(shè)計(jì)語言，既能用來編寫各種系統(tǒng)程序，又能用來編寫不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序；所以c語言是一種應(yīng)用廣泛且很受歡迎的程序設(shè)計(jì)語言。c語言不僅有高級語言的

11、特點(diǎn)，還有匯編語言的特點(diǎn)，它是由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的DennisM.Ritchie在1972年推出的，1978年以后，C語言慢慢被移植到大、中、小以及微型機(jī)上，他可以作為工作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)語言，編寫系統(tǒng)HYPERLINK的應(yīng)用程序。它具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，不僅是在軟件開發(fā)上，且各類科研也需要用到C語言，適用于編寫系統(tǒng)軟件，二維錐形，三維和動畫等。1972年是由美國的DennisRitchie設(shè)計(jì)發(fā)明，且首次在UNIX操作系統(tǒng)的DECPDP-11計(jì)算機(jī)上使用，他是由早期的編程編程語言HYPERLINK發(fā)展而來的在1970年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的KenThposon根據(jù)BCPL語言設(shè)計(jì)出比較先進(jìn)的并且取名為B的

12、語言，最后有了C語言的問世。然而B語言之前還有A語言，取名來自世界上第一位女程序員Ada(艾達(dá))。在微型計(jì)算機(jī)的日益普及，C語言出現(xiàn)了許多版本。由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使的C語言之間出現(xiàn)了很多不一致的地方。為了改變這一情況，美國的國家標(biāo)準(zhǔn)研究所(ANSI)%C語言制定一套ANSI標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)行的C語言標(biāo)準(zhǔn)，所以C語言是世界上使用最廣泛、最流行的高級程序設(shè)計(jì)語言之一3。調(diào)試環(huán)境的選擇軟件部分應(yīng)用C語言作為開發(fā)語言，開發(fā)工具使用的是kei1作為開發(fā)工具。KeilC51是美國的KeilSoftware公司專門為單片機(jī)開發(fā)生產(chǎn)的51系列兼容C語言的軟件開發(fā)系統(tǒng)，和匯編語言相比，C在結(jié)構(gòu)性、功能上、可維護(hù)性、

13、可讀性上具有很明顯的優(yōu)勢，所以很容易學(xué)習(xí)使用。Kei1提供了宏匯編器、c編譯器、連接、庫管理器與一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真器和調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，且依靠一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境(uVision)把這幾個(gè)部分組合在一起。要運(yùn)行Keil軟件只需要WIN2000、WINXP、WIN98、NT等操作系統(tǒng)。若你用C語言進(jìn)行編程，那么Keil就是你的最佳選擇，即便你不使用C語言而使用的是匯編語言編程，其強(qiáng)大的仿真軟件、集成環(huán)境、調(diào)試工具讓你更加方便4。2智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)AT89S52單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)單片機(jī)的全稱是微型計(jì)算機(jī)(SingleChipMicrocomputer)。在應(yīng)用方面來看，單片機(jī)主要應(yīng)用

14、于控制，所以又叫微控制器(MicroControllerUnit)、嵌入式控制器(EmbeddedController)。單片機(jī)是集成計(jì)算機(jī)的基本部件在一塊芯片上的最小系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，其工作原理和基本組成與通用微型計(jì)算機(jī)是一樣的。主要由I/O接口、微處理器(CPU)、存儲器三大功能部分通過總線連接而成的，夕卜部通過I/O接口，配置各種外部設(shè)備構(gòu)成了微機(jī)的硬件系統(tǒng)。單片機(jī)成本低，運(yùn)用靈活，易于產(chǎn)品化，體積??；面向控制，能很好的解決由簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)；適用范圍較廣，抗干擾能力強(qiáng)5。AT89S52是一種高性能、低功耗CMOS8位微控制器，在系統(tǒng)中可編程Flash存儲器。片上Flash可將程序存儲

15、器在系統(tǒng)里可編程，也適用于常規(guī)編程器。在單芯片上，具有靈巧的8位CPU和系統(tǒng)編程Flash，以便AT89S52為眾多嵌入式控制系統(tǒng)提供超有效、高靈活的解決方案。2.1.1單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及引腳1、AT89S52型號的單片機(jī)的主要特性：和MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；8K字節(jié)在系統(tǒng)可以編程Flash存儲器；全靜態(tài)操作：OHz33Hz;1000次擦寫周期；三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；三級加密程序存儲器；32個(gè)可編程1/O口線；全雙工UART串行通道；掉電標(biāo)識符；雙數(shù)據(jù)指針；看門狗定時(shí)器；掉電后中斷可喚醒；低功耗空閑和掉電模式；八個(gè)中斷源。AT89S52具有如下標(biāo)準(zhǔn)功能：256字節(jié)RAM，看門狗定時(shí)器，一個(gè)

16、6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，32位I/O口線，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路全雙工串行口，8k字節(jié)Flash。另夕卜，AT89S52可降到OHz靜態(tài)的邏輯操作，支持2種軟件可以選擇節(jié)電模式。處于空閑模式下時(shí)，CPU停止工作，但允許RAM、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、中斷、串口繼續(xù)工作。當(dāng)處于掉電保護(hù)方式時(shí)，振蕩器被凍結(jié)，RAM內(nèi)容被保存，單片機(jī)停止一切工作，直到下一個(gè)硬件或中斷復(fù)位為止。2、芯片引腳封裝：AT89S52引腳封裝圖如圖2-1所示。(T2)(T2EX)P11140239P12338P13437P14536P15635P16734P17833(RXD)(TXD)(INTO)(

17、INTI)(TO)(T1)(WR)(RD)RST932P301031P311130P321229P331328P341427P351526P361625P371724XTAE1823丿XT/AL119222021DPIPVccP0(AD0)P0(AD1)P0(AD2)P0(AD3)P0(AD4)P0(AD5)P0(AD6)P0(AD7)EA/VPPALEPSEN(AD15)(AD14)(AD13)(AD12)(AD11)(AD10)(AD9)(AD8)圖2-1AT89S52引腳封裝圖3、芯片引腳說明：VCC:電源端口。GND:接地端口。P0端口(P0.0-P0.7):P0口是個(gè)8位漏極開路雙向

18、1/O口。作為輸出口，每位能夠驅(qū)動8個(gè)TTL邏輯電平。當(dāng)P0端口為“1”時(shí)，弓I腳處于高阻抗輸入。當(dāng)訪問數(shù)據(jù)存儲器時(shí)與外部程序，P0口也被當(dāng)做低8位數(shù)據(jù)/地址復(fù)用。在這種模式時(shí)，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)P0口也用于接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部的上拉電阻。Pl端口（P1.0-P1.7）：Pl口是個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻8位雙向I/O口，pl輸出緩沖器能夠驅(qū)動4個(gè)TTL邏輯電平。當(dāng)P1端口為“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉高，這時(shí)可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時(shí)，在被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作計(jì)數(shù)

19、器/定時(shí)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和計(jì)數(shù)/定時(shí)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）,具體如下表3-1所示。在flash編程與校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。表2-1P1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)編程用在系統(tǒng)編程用P1.7SCKP2端口（P2.0-P2.7）：P2口是個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能夠驅(qū)動4個(gè)TTL邏輯電平。當(dāng)P2端口為“1”時(shí)，內(nèi)部的上拉電阻把端口拉高，這時(shí)可

20、以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時(shí)，在被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部的程序存儲器或者用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVXDPTR）時(shí)，P2口將送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用較強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。當(dāng)使用8位地址（如MOVXRI）訪問外部的數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程與校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收到高8位地址字節(jié)與一些控制信號。P3端口（P3.0-P3.7）：P3口是個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻8位雙向I/O口，p2輸出緩沖器能夠驅(qū)動4個(gè)TTL邏輯電平。當(dāng)P3端口為“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉高，這時(shí)可以作為輸入口使用。在作

21、為輸入使用時(shí)，被外部的拉低的引腳由于內(nèi)部電阻原因，將輸出電流（IIL）。P3口也作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表3-2所示。在flash編程與校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號。表2-2P3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。當(dāng)晶振工作時(shí)，該腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成以后，RST腳輸出96個(gè)晶振周期高電平，

22、特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)后，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部的程序存儲器時(shí)，鎖存低8位地址輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用于編程輸入脈沖。當(dāng)在一般情況下時(shí)，ALE以晶振六分之一固定頻率輸出脈沖，可用來作為時(shí)鐘或外部定時(shí)器使用。然而，特別聲明，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ALE脈沖會跳過。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MOVC或MOVX指令時(shí)有效。否則，ALE會被微弱拉高。這個(gè)ALE使能標(biāo)志位（地址為8EH

23、的SFR的第0位）設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN:外部程序存儲器的選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號，AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部的代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，PSEN將不能被激活。EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為了使能從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)接VCC。在flash編程期間，EA也接收到12伏VPP電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器與內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器輸出端。顯示電路的設(shè)計(jì)顯示電路選擇方案一：數(shù)碼管顯示

24、LED數(shù)碼管有動態(tài)和靜態(tài)兩種顯示，使用數(shù)碼管的動態(tài)顯示成本較低，硬件部分結(jié)構(gòu)簡單明了，容易理解且使用方便。但是數(shù)據(jù)顯示是需要進(jìn)行動態(tài)掃描顯示，這樣會占用大量的單片機(jī)運(yùn)行周期，顯示位數(shù)比較多的時(shí)候，CPU需要逐一進(jìn)行掃描，占用CPU很多的時(shí)間。數(shù)碼管靜態(tài)顯示不需要占用單片機(jī)的系統(tǒng)內(nèi)部資源，數(shù)碼管只需要很小的電流可以獲得很高的亮度，編程簡單，占用CPU時(shí)間少，占用單片機(jī)的外部I/O口較少。但是占用系統(tǒng)的口線較多，硬件電路較復(fù)雜，且成本很高。所以適用于顯示數(shù)碼管個(gè)數(shù)少的設(shè)計(jì)。方案二：液晶顯示器顯示液晶顯示器簡稱LCD，由于具有體積小、超薄型、功耗低、顯示高品質(zhì)等特點(diǎn)。很廣泛的應(yīng)分為應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)

25、品中。我們現(xiàn)在使用的LCD是由LCD面板和驅(qū)動與控制電路組合而成，也稱為液晶顯示模塊。LCD的種類很多，通常用的有字符型與點(diǎn)陣型。字符型的LCD只顯示數(shù)字、字母與常用符號，而點(diǎn)陣型LCD不僅顯示字符，還可以顯示漢字及各種圖形信息等。對于我們的設(shè)計(jì)需要顯示字符所以只需要使用字符型的LCD1602便可以，其主要特性：具有字符發(fā)生器ROM還可以顯示兩行總32個(gè)字符或者數(shù)字，同時(shí)能夠用字符標(biāo)識顯示的信息，具有80B的數(shù)據(jù)顯示存儲器，芯片的工作電壓5V。字符型的LCD1602使用簡單，方便，穩(wěn)定性好，并帶有液晶背光，更適用于夜間使用，且背光可控，可以通過光敏器件調(diào)節(jié)其亮滅，在與單片機(jī)通信是采用并口的方式

26、，傳輸數(shù)據(jù)速度快，穩(wěn)定性高6。其顯示具有顯示方便，能夠顯示足夠的信息，在顯示濕度信息的同時(shí)能夠顯示設(shè)置值的濕度的上下限。2.2.2液晶顯示接口電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)使用1602液晶顯示屏與單片機(jī)相連，顯示電路如圖2.2所示,圖2.2.單片機(jī)與液晶電路圖A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832ADC0832是由美國國家半導(dǎo)體公司出產(chǎn)的一種雙通道、8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片。它具有，兼容性強(qiáng)，體積小，性價(jià)比高而很受單片機(jī)愛好者與一些企業(yè)的歡迎，當(dāng)前已經(jīng)有了很高的普及率。使用并學(xué)習(xí)ADC0832可以使我們更多了解A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理，且有助于我們學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)水平進(jìn)一步提高。ADC0832具有以下特點(diǎn)5V電供電時(shí)輸入電

27、壓在05V之間;雙通道A/D轉(zhuǎn)換；輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；8位分辨率；工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32uS;商用級芯片溫寬為0Cto+70C,工業(yè)級芯片溫寬為-40Cto+85C;8P、14PDIP（雙列直插）、PICC多種封裝；一般功耗僅為15mW;C51a27CH丨36-DOGND-45pDI圖2.3ADC0832弓|腳芯片接口說明：Vcc/REF電源輸入與參考電壓的輸入（復(fù)用）。CLK芯片時(shí)鐘輸入。DO數(shù)據(jù)信號的輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。DI數(shù)據(jù)信號的輸入且選擇通道控制。GND芯片參考0電位地。CH1模擬輸入通道1,或者作為IN+/-使用。CH0模擬輸入通道0,或者作為IN

28、+/-使用。CS_片選使能端，低電平芯片使能。ADC0832與單片機(jī)的接口電路ADC0832是8位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片，它的最高分辨可以達(dá)到256級，可應(yīng)于一般模擬量的轉(zhuǎn)換要求。它的內(nèi)部電源輸入和參考電壓的復(fù)用，使的芯片的模擬電壓輸入值在05V范圍之內(nèi)。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間只有32uS，具有雙數(shù)據(jù)輸出可以作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以便減少數(shù)據(jù)誤差，穩(wěn)定性能強(qiáng)且轉(zhuǎn)換速度快。獨(dú)立芯片的使能輸入，使處理器控制與多器件掛接變的很方便。通過DI數(shù)據(jù)的輸入端，可很容易的實(shí)現(xiàn)通道功能選擇。單片機(jī)對ADC0832控制原理：正常情況時(shí)ADC0832和單片機(jī)接口應(yīng)該為4條數(shù)據(jù)線，分別是CLK、CS、DI、DO。但是由于DO端和DI

29、端在通信的時(shí)候并不能同時(shí)有效，且與單片機(jī)接口為雙向，所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)可以把DI與DO并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832沒有工作時(shí)CS輸入端應(yīng)該為高電平，這時(shí)芯片禁用，DO/DI和CLK的電平可以任意。當(dāng)需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，必須先把CS使能端置于低電平且保持低電平一直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。這是芯片便開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)處理器可以向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端使用DI端輸入通道功能選擇的是數(shù)據(jù)信號。VK；CTTv(T10KCSVCCp-ifCH1IjLi1!JL-1U110KJI.IP3J圖2.4A/D轉(zhuǎn)換接口電路2.4按鍵電路方案的設(shè)計(jì)2.4.1按鍵電路的選擇方案一：運(yùn)用獨(dú)立按

30、鍵，將單片機(jī)I/O端口和按鍵一端相接，若I/O端口的電壓發(fā)生變化時(shí)，軟件將會檢測電平的變化，同時(shí)做出相應(yīng)的變化，另一端接地。方案二：運(yùn)用行列式矩陣按鍵，通過反轉(zhuǎn)的方法分別掃描列線和行線，來判斷哪一個(gè)按鍵被按下，并執(zhí)行相應(yīng)操作?？偨Y(jié)：通過兩種方按比較，它們的區(qū)別在于按鍵的數(shù)量，矩陣按鍵更適合應(yīng)用在需求按鍵較多的電路中。獨(dú)立按鍵每一個(gè)按鍵都需要一個(gè)1/O口，則適用于使用按鍵數(shù)量較少的設(shè)計(jì)中。2.4.2按鍵電路的設(shè)計(jì)根據(jù)我的設(shè)計(jì)需求，只需要4個(gè)按鍵即可，所以采用獨(dú)立按即鍵方案一。按鍵電路如下圖3.4所示，一端接單片機(jī)I/O口，另外一端接地，通過檢測與之相連的I/O口，產(chǎn)生相應(yīng)的動作，其中包括復(fù)位鍵，

31、調(diào)速鍵，設(shè)置鍵和菜單鍵。電路圖如圖2.8所示。-LJ0-eJ*卜L555iPl-1-1*|-|-1圖2.5按鍵電路電路圖2.5單片機(jī)晶振電路原理及作用在單片機(jī)的系統(tǒng)里都含有晶振，晶振作用很大，全程3全名叫晶體振蕩器。晶振與單片機(jī)內(nèi)部電路結(jié)合產(chǎn)生單片機(jī)需要的時(shí)鐘頻率，當(dāng)晶振所提供的時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)運(yùn)行的速度就越快，單片極接的所有指令執(zhí)行都是在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率下進(jìn)行的。通常工作條件下普通的晶振頻率絕對精度可以達(dá)到百萬分之五十，高級的精度更高。還有一些晶振可由外加電壓在給定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)頻率，稱作壓控振蕩器（VCO）。晶振用一種能夠?qū)㈦娔芘c機(jī)械能互相轉(zhuǎn)化的晶體共振的時(shí)候工作，可以提供精確，穩(wěn)

32、定的單頻振蕩。晶振的作用是給系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號的。常常一個(gè)系統(tǒng)共使用一個(gè)晶振，這樣方便各部分保持同步。但是有的通訊系統(tǒng)的射頻和基頻使用不同的晶振，則需要通過電子調(diào)頻的方法保持同步。晶振也通常和鎖相環(huán)電路配合使用，用來提供系統(tǒng)所需要的時(shí)鐘頻率。若不同的子系統(tǒng)需不同的頻率的時(shí)鐘信號時(shí)，可用與同一個(gè)晶振連接的不同鎖相環(huán)提供。2.6復(fù)位電路的設(shè)計(jì)MCS51系列單片機(jī)有內(nèi)部復(fù)位電路和外部復(fù)位電路而MCS51復(fù)位是由外部復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)一般都在開機(jī)時(shí)要做復(fù)位，這樣可以方便中央處理器CPU和存儲器等其他功能部件處在一個(gè)確定穩(wěn)定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。外部復(fù)位電路通常有兩種即上復(fù)位電路和開關(guān)復(fù)位

33、電路兩種方式。該電路兼有上復(fù)位和開關(guān)復(fù)位電路。復(fù)位電路圖如圖RESET。工作原理為:開關(guān)閉合，上電瞬間，RC電路充電，RESET引腳上出現(xiàn)正脈沖，只要正脈沖保持100ms以上的高電平，就能靠單片機(jī)實(shí)現(xiàn)有效復(fù)位。該設(shè)計(jì)時(shí)鐘頻率為12MHz，C取10卩F，R取10KQ。復(fù)位電路如圖3-3所示。圖2.7復(fù)位電路原理圖2.7報(bào)警電路的設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)采用了聲光報(bào)警電路接口電路如圖3-13所示。MCS-51的口線P26接報(bào)警電路的輸入端，當(dāng)P26口輸出低電平時(shí),發(fā)光二極管兩端電壓差接近5V,發(fā)光報(bào)警.壓電蜂鳴器兩條引線加上近5V的直流電壓，由壓電效應(yīng)而發(fā)出蜂鳴音報(bào)警。vccri.cLi-IQIFJiPIT圖2

34、.8聲光報(bào)警電路接口電路2.8土壤濕度傳感器YL-69土壤濕度計(jì)檢測模塊YL-69土壤濕度計(jì)檢測計(jì)特點(diǎn)（1）YL-69是一個(gè)較簡單的水分傳感器可以用來檢測土壤的水分，土壤缺水時(shí)，模塊輸出一高電平，否則輸出低電平。（2）靈敏度可以調(diào)工作電壓為3.3V-5V模塊雙輸出模式，模擬量輸出更精確，數(shù)字量輸出簡單。設(shè)有固定的螺栓孔，方便安裝小板PCB尺寸：3cm*1.6cm數(shù)字開關(guān)量輸出指示燈(綠色)電源指示燈(紅色)比較器采用LM393芯片，工作穩(wěn)定小板接口說明(4線制)GND夕卜接GNDVCC外接3.3V-5VAO小板模擬量輸出接口DO小板數(shù)字量輸出接口(0和1)使用說明土壤濕度模塊對環(huán)境濕度最敏感常

35、用來檢測土壤的濕度。小板模擬量輸出AO可以與AD模塊相連，并通過AD轉(zhuǎn)換，可獲得土壤濕度更精確的數(shù)值；小板數(shù)字量輸出DO也可以直接驅(qū)動繼電器模塊與蜂鳴器模塊等，所以可以組成一個(gè)土壤濕度報(bào)警系統(tǒng)；小板數(shù)字量輸出DO和單片機(jī)直接相連，利用單片機(jī)檢測高低電平，由此檢測土壤濕度；在土壤濕度大于設(shè)定閾值時(shí)，模塊DO輸出為低電平模塊當(dāng)土壤濕度不超過設(shè)定閾值時(shí)，DO口輸出為高電平；YL-69土壤濕度傳感器是個(gè)簡單的傳感器，土壤缺水時(shí)輸出高電平，否則輸出低電平。利用起來簡便、快速，傳感器原理圖如圖2.8.2所示，傳感器的兩個(gè)極片把土壤看作一個(gè)電阻來用，當(dāng)濕度越大電阻就越小，電阻變化后流過基極的電流增大，三極管

36、發(fā)射極端輸出的電壓增高，運(yùn)用這個(gè)原理來測量土壤的濕度。vcc圖2.9土壤傳感器檢測原理圖濕度采集模塊組成和單片機(jī)的連接示意圖如圖2.8.1所示。該設(shè)計(jì)檢測模擬信號需要外部接上AD轉(zhuǎn)換器，把傳感器檢測到的模擬信號通過AD轉(zhuǎn)換器在送到單片機(jī)即可,該設(shè)置中試用兩個(gè)土壤傳感器。vfcRlIDCiNDU1DUILIAVINA-OUTB1NA+INB-GMDLNB+Tnf.AC扌TL+fiND圖2.10濕度采集模塊組成和單片機(jī)的連接圖2.9步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊2.9.1步進(jìn)電機(jī)簡介和原理步進(jìn)電機(jī)是把給定的電脈沖信號變?yōu)榫€位移或角位移的開環(huán)控制元件。在給定一個(gè)電脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過相應(yīng)一個(gè)角度，這個(gè)角

37、度就稱為該步進(jìn)電機(jī)的步距角。當(dāng)前常用的步進(jìn)電機(jī)步距角大多為0.9度（俗稱半步）或1.8度（俗稱一步）。用步距角為0.9度的步進(jìn)電機(jī)為例，當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)電脈沖信號時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過0.9度；當(dāng)給了兩個(gè)脈沖信號時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過1.8度。由此，連續(xù)的給定脈沖信號時(shí)，步進(jìn)電機(jī)便可以連續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)。由于電脈沖信號和步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角存在一定的線性關(guān)系，使步進(jìn)電機(jī)在位置控制、速度控制等方面應(yīng)用較廣。步進(jìn)電機(jī)使用時(shí)需要三個(gè)方面配合，一電脈沖信號發(fā)生器必須按照給定的設(shè)置重復(fù)的為步進(jìn)電機(jī)傳送電脈沖信號，當(dāng)前這種信號大多數(shù)由單片機(jī)或可編程控制器來完成；二是驅(qū)動器即信號放大器，除了對電脈沖的信號進(jìn)行放大，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動外

38、，還可用來改善步進(jìn)電機(jī)使用的性能，實(shí)際中在步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)中起著很重要作用，通常一種步進(jìn)電機(jī)根據(jù)不同的工作情況具有很多種驅(qū)動器；三是步進(jìn)電機(jī)它有多種的型號和控制原理，目前常用的有混合式、反應(yīng)式、感應(yīng)子式等。步進(jìn)電機(jī)是通過輸入脈沖頻率快慢來實(shí)現(xiàn)速度控制。當(dāng)發(fā)生脈沖的頻率增加時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的速度就加快；當(dāng)頻率減小時(shí)，速度就降低。還可通過對頻率的改變從而提高步進(jìn)電機(jī)速度和位置精度。ULN2003驅(qū)動芯片通常ULN2003是用于灌溉電流的驅(qū)動。ULN2003是大電流、高耐壓達(dá)林頓陳列，由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成的。ULN2003的每對達(dá)林頓都串聯(lián)了一個(gè)2.7K的基極電阻，且在5V工作電壓下能夠和CMOS與

39、TTL電路直接相連，也可以直接得處理原來需要的標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電流大，工作電壓很高，灌溉電流可以達(dá)到500mA，且能在關(guān)的狀態(tài)時(shí)承受50V的電壓，輸出還可在高負(fù)載電流時(shí)并行運(yùn)行【8】。（1）ULN2003引腳說明：1-7號引腳：為輸入端10-16號引腳：為輸出端8號引腳：地端9號引腳：電源+（2）達(dá)林頓驅(qū)動的典型應(yīng)用：用于電機(jī)調(diào)速，逆變電路，大功率開關(guān)電路，利用CMOS電路通過達(dá)林頓管驅(qū)動高靈敏度的繼電器的電路；驅(qū)動LCD顯示屏LCD智能顯示屏由微型計(jì)算機(jī)控制的，以LCD矩陣板作為顯示的系統(tǒng)，可以用來顯示各種圖案與文字。注意的是,達(dá)林頓管的內(nèi)部由多只管子和電阻組成,

40、當(dāng)用萬用表測試時(shí)基極的正反向阻值和普通的三極管不同。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊單片機(jī)的輸出波形信號脈沖寬度可以由延時(shí)子程序確定。但只要改變延時(shí)時(shí)間，便可改變驅(qū)動脈沖頻率，同時(shí)改變了步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速。很顯然使用靈活、方便。單片機(jī)向P2口輸出驅(qū)動代碼并由程序進(jìn)行。在實(shí)際的編程過程中，將單片機(jī)的驅(qū)動代碼存入存儲器構(gòu)成控制表。只要CPU執(zhí)行傳送的命令，數(shù)據(jù)也依次取出，送入P2口便可以了。每輸出一個(gè)代碼，步進(jìn)電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一步，連續(xù)的循環(huán)輸出，步進(jìn)電機(jī)也就連續(xù)運(yùn)行；倒序輸出時(shí)，步進(jìn)電機(jī)便反向運(yùn)行；停止輸出，步進(jìn)電機(jī)也停止工作。當(dāng)數(shù)據(jù)輸出的速度改變，同時(shí)輸出脈沖的頻率也改變，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的速度也就改變。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1

41、軟件系統(tǒng)總體工作流程主程序?qū)崿F(xiàn)的功能首先設(shè)定土壤濕度上下限值，對系統(tǒng)子程序初始化，土壤濕度傳感器啟動對土壤濕度進(jìn)行檢測，將測量到的濕度值和設(shè)定值比較，如果測量值大于了設(shè)定值，返回重新測量，如果測量到的值小于設(shè)定值，報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警，灌溉系統(tǒng)啟動，進(jìn)行灌溉。當(dāng)系統(tǒng)通電時(shí)，各模塊電路開始啟動，將設(shè)定的上下限值輸入,檢測模塊中土壤濕度傳感器開始檢測土壤濕度，把采集到的濕度值送給單片機(jī)，單片機(jī)將送入的值和設(shè)定值進(jìn)行比較，如果檢測值小于設(shè)定的下限值，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動灌溉，如果檢測值大于設(shè)定的下限值，停止灌溉。如此的將檢測到的當(dāng)前濕度和設(shè)定濕度循環(huán)比較，保持土壤濕度，實(shí)現(xiàn)良好的灌溉。圖3.1主程序流程圖濕度控

42、制模塊的設(shè)計(jì)濕度控制程序流程在該設(shè)計(jì)中利用濕度檢測模塊把多處地點(diǎn)檢測到的濕度模擬值，通過AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后對數(shù)據(jù)綜合處理，再傳給給單片機(jī)。單片機(jī)會將接收到數(shù)值與單片機(jī)內(nèi)存中的設(shè)定值比較，如果接收到的數(shù)值低于了設(shè)定值，步進(jìn)電機(jī)控制電路模塊開始啟動步進(jìn)電機(jī)且進(jìn)行灌溉。如果收到的數(shù)值大于設(shè)定值，步進(jìn)電機(jī)不啟動進(jìn)行灌溉。與此同時(shí)單片機(jī)把檢測到的數(shù)值與系統(tǒng)的灌溉與否在實(shí)物模塊中顯示出來。灌溉同時(shí)進(jìn)行濕度的判斷，整個(gè)系統(tǒng)在這個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)中運(yùn)行。圖3.2A/D轉(zhuǎn)換流程圖按鍵電路子程序按鍵用于人機(jī)界面的輸入，子程序用于按鍵的檢測。考慮按鍵軟件去抖成本要比硬件去抖成本低，所以電路使用軟件去抖。其過

43、程為：掃描按鍵、去抖延時(shí)、再檢測執(zhí)行對應(yīng)程序。NooL是否有鍵按下、結(jié)束開始是否有鍵按下按鍵掃描延遲10ms抖動提取鍵值調(diào)用按鍵子圖3.3按鍵程序流程1602液晶顯示模塊設(shè)計(jì)顯示器件，在執(zhí)行每條指令之前要確示不忙，則此指令失效，要顯示字符訴模塊在哪里現(xiàn)實(shí)了字符。1602液直接接口的。軟件流程圖所示：液晶顯示模塊是一個(gè)慢認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表時(shí)要先輸入顯示字符地址，告晶顯示模塊可與STC89C52圖3.4顯示模塊子程序流程圖參考文獻(xiàn)童時(shí)中模塊化設(shè)計(jì)原理方法及應(yīng)用M.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000:20-43節(jié)水灌溉編委會節(jié)水灌溉技術(shù)手冊M.北京：中國大地出版社，2003：112-136何立民單片機(jī)初級教程M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999:73-94宋彩利，孫友倉，吳宏岐單片機(jī)原理與C51編程M.西安：西安交通大學(xué)出版社,2000：190-191劉湘濤，江世明單片機(jī)原理與應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2007：134-139,142-148.王毅單片機(jī)器件應(yīng)用手冊M.北京：人民郵電出版社，1994：6