基于單片機智能澆花系統(tǒng)設(shè)計.doc

1 目 錄 1 緒緒論論 1 1 1 系統(tǒng)工作原理 1 1 2 系統(tǒng)模塊 1 1 3 系統(tǒng)操作界面及其操作過程 2 1 3 1 系統(tǒng)操作過程 2 2 部件的選擇部件的選擇 3 2 1 芯片的選擇 3 2 2 繼電器的選擇 3 2 3 閥門的選擇 3 2 3 1 電磁閥的選擇 3 3 硬件設(shè)計硬件設(shè)計 4 3 1 設(shè)備的結(jié)構(gòu) 4 3 1 1 中央處理單元 4 3 1 2 LED 顯示部分 4 3 1 3 電磁閥部分 4 3 1 4 按鍵部分 4 3 1 5 指示燈部分 5 3 2 總電路設(shè)計圖 5 3 3 AT89C51 單片機電路 6 3 4 晶振電路 6 3 5 復(fù)位電路 7 3 6 按鍵電路 10 3 9 LED 顯示電路 10 3 10 電磁閥電路 12 4 軟件設(shè)計軟件設(shè)計 13 4 1 系統(tǒng)組成 13 4 2 消抖流程及程序 14 4 3 總流程及程序 16 4 4 按鍵處理總流程及程序 17 4 5 工作中的處理流程 19 5 結(jié)論結(jié)論 20 參考文獻參考文獻 21 2 AT89C51 基于單片機智能澆花系統(tǒng)設(shè)計 摘要摘要 本設(shè)計是通過 AT89C51 單片機采用匯編語言進行編程 在 LED 液晶 屏上實現(xiàn)小時 分 秒的顯示 并利用單片機來實現(xiàn)計時 定時功能 同時通過 7 個按鍵開關(guān)和 3 個指示燈來實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和調(diào)節(jié)功能 澆花間隔時間的設(shè)定 澆水持續(xù)時間的設(shè)定 單片機對電磁閥的自動控制 根據(jù)用戶設(shè)定的時間順利的 完成澆花任務(wù) 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 單片機 控制 顯示 電磁閥 1 1 1 緒論緒論 1 11 1 系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理 自動澆花系統(tǒng)的設(shè)計 其主要執(zhí)行裝置是一個電磁閥門 其一端連接水管 另外一端連接外置的水管作為澆水口 澆水的水量主要由單片機控制 設(shè)備主要 是通過控制澆水的時間間隔和澆水的持續(xù)時間來控制澆水量的 1 21 2 系統(tǒng)系統(tǒng)模塊模塊 系統(tǒng)主要是由單片機 電源 按鍵 顯示 指示燈 復(fù)位電路 電機模塊等 組成 圖 1 1 復(fù)位電路模 塊 51 單片機模塊 電源模塊 按鍵模塊 指示燈模塊 顯示模塊 電機模塊 2 1 31 3 系統(tǒng)操作界面及其操作過程系統(tǒng)操作界面及其操作過程 圖 1 2 系統(tǒng)操作界面 1 3 11 3 1 系統(tǒng)操作過程系統(tǒng)操作過程 注 用上圖中的數(shù)字編號代替相關(guān)按鍵 A 放置設(shè)備 接上水管 注意 保證不漏水 插上插頭 B 按下按鍵 4 接通電源 指示燈 1 亮起 只要電源保持接通則指示燈時 刻保持亮起 C 按下按鍵 5 顯像管顯像數(shù)字全部置為初始值 即上次設(shè)置的時間 同 時指示燈 2 亮起 可以對設(shè)備工作的時間間隔進行設(shè)定 D 利用按鍵 8 9 10 對設(shè)備工作的時間間隔進行設(shè)定和調(diào)節(jié) E 設(shè)定完時間間隔后 利用按鍵 7 可以反復(fù)按按鍵 7 來切換指示燈 2 和 指示燈 3 將指示燈 2 切換到指示燈 3 即可以對設(shè)備工作的持續(xù)時間進行設(shè)定 了 F 同上對設(shè)備工作持續(xù)時間進行設(shè)定 G 設(shè)備工作時間設(shè)定完成后 按下按鍵 7 則設(shè)備開始工作 3 2 2 部件的選擇部件的選擇 2 12 1 芯片的選擇芯片的選擇 AT89C51 單片機是 Atmel 公司推出的一款產(chǎn)品 一般小芯片的價格都比較 低 同樣 AT89C51 作為一款小芯片產(chǎn)品其價格相對而言較為便宜 并且其與 MCS 51 系列兼容行很好 所以本系統(tǒng)決定采用 AT89C51 作為芯片 2 22 2 繼電器的選擇繼電器的選擇 設(shè)備在設(shè)計過程中需要一個繼電器來控制電磁閥的工作 由于需要工作電 壓在 5V 左右 而且能保證成本相對而言比較低 所以選擇了型號為 JZC 36F 的 繼電器 其工作電壓在 4V 45V 之間 而且在市場上的價格為 4 元左右 2 32 3 閥門的選擇閥門的選擇 由于本設(shè)備采用單片機控制 并且電磁閥是由開關(guān)信號控制的 與單片機 控制電路連接十分的方便 所以決定采用電磁閥作為閥門 2 3 12 3 1 電磁閥的選擇電磁閥的選擇 由于直動式電磁閥結(jié)構(gòu)較為簡單 動作可靠 而且設(shè)備需要在斷電條件下 鐵芯始終保持在關(guān)閉狀態(tài) 所以選用常閉型的直動式電磁閥 具體為 YCSM31 系 列的二位二通直動式電磁閥 常閉型 4 3 3 硬件設(shè)計硬件設(shè)計 3 13 1 設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)備的結(jié)構(gòu) 整個自動澆花設(shè)備的結(jié)構(gòu)可以分為 5 大部分 中央處理單元 CPU LED 顯示 部分 電磁閥部分 按鍵部分 指示燈部分等 3 1 13 1 1 中央處理單元中央處理單元 CPU 選用 AT89C51 用其來對整個系統(tǒng)進行控制 1 用其來控制整個 LED 顯示器的顯示 2 根據(jù)按鍵的輸入做出正確的計算并傳輸?shù)?LED 顯示器上從而實現(xiàn)時間 的調(diào)整設(shè)定 3 接受時間芯片 DS1302 的定時數(shù)據(jù) 4 實現(xiàn)電磁閥的控制 從而使設(shè)備一切工作順利進行 3 1 23 1 2 LEDLED 顯示部分顯示部分 作為設(shè)備的顯示器 此設(shè)備部分應(yīng)該根據(jù)單片機的控制正確的做出顯示 從而使整個設(shè)備處于正常的工作狀態(tài) 3 1 33 1 3 電磁閥部分電磁閥部分 電磁閥部分是本設(shè)備的執(zhí)行設(shè)備 是本設(shè)備順利執(zhí)行工作的必要部分 3 1 43 1 4 按鍵部分按鍵部分 它是整個系統(tǒng)中比較簡單的部分 根據(jù)功能要求 本系統(tǒng)共需 7 個按鍵 除 了電源按鍵和復(fù)位按鍵以外還有 5 個按鍵位于按鍵部分 分別是切換按鍵 上調(diào) 按鍵 下調(diào)按鍵 左右調(diào)節(jié)按鍵 工作按鍵 3 1 53 1 5 指示燈部分指示燈部分 整個系統(tǒng)中最簡單的部分 主要有三個只是燈 除了一個電源指示燈外還有 2 個指示燈 分別用于設(shè)定時間間隔和持續(xù)時間 5 3 23 2 總電路設(shè)計圖總電路設(shè)計圖 圖 4 1 總電路 根據(jù)如圖 4 1 所示的總電路主要由 晶振電路 復(fù)位電路 按鍵設(shè)置電路 LED 顯示電路 電磁閥電路 以及電源電路等幾個部分 通過這幾個分電路的分 工合作 能夠使得系統(tǒng)具有顯示功能 并且具備鍵盤調(diào)整功能 同時能夠?qū)﹄姶?閥進行有效的控制 從而使設(shè)備順利的進行工作 6 3 33 3 AT89C51AT89C51 單片機電路單片機電路 圖 4 2 單片機電路 AT89C5 單片機的 RST 引腳連接復(fù)位電路 P2 7 引腳連接電磁閥電路 P1 0 P1 7 引腳連接按鍵電路 XTAL1 和 XTAL2 引腳連接晶振電路 P2 0 和 P2 1 引腳連接指示燈電路 P2 5 P2 7 引腳連接放大電路從而和 P0 0 P0 7 引 腳一起控制 LED 顯示電路 7 3 43 4 晶振電路晶振電路 圖 4 3 晶振電路 AT89C51 單片機芯片內(nèi)部設(shè)有一個反相放大器所構(gòu)成的振蕩器 XTAL1 和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入端和輸出端 在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時元 件 內(nèi)部振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩 定時元件常常是用石英晶體和電容組成的并 聯(lián)諧振回路 系統(tǒng)選擇了 12MHZ 的晶振片 兩個 30Pfd 額電容 C6 和 C7 圖 a 上電復(fù)位電路 8 圖 b 按鍵復(fù)位電路 圖 4 4 AT89C51 單片機的復(fù)位電路 3 53 5 復(fù)位電路復(fù)位電路 9 本設(shè)計采用的復(fù)位電路包括兩個方面 上電復(fù)位電路 圖 a 按鍵復(fù)位電路 圖 b a 上電復(fù)位電路 它是利用電容充電來實現(xiàn)復(fù)位的 在接電瞬間 RST 引腳 端的電位與 Vcc 端相同 但是隨著充電電流的減少 RST 端的電位逐漸下降 只 要保證 RST 端為高電壓的時間大于兩個機器周期時 系統(tǒng)自動能實現(xiàn)正常復(fù)位 b 按鍵復(fù)位電路 當(dāng)要系統(tǒng)自動復(fù)位時 只需要按住 S8 按鍵 此時電源 Vcc 經(jīng)過電阻 R1 R2 分壓 并且在 RST 端產(chǎn)生一個復(fù)位的高電平 同樣 只要保證 RST 端保持高電壓的時間大于兩個機器周期時 系統(tǒng)自動能實現(xiàn)正常復(fù)位 3 63 6 按鍵電路按鍵電路 10 4 5 按鍵電路 系統(tǒng)采用非編碼鍵盤 按鍵電路主要由 5 個按鍵組成 分別是 S2 工作按 鍵 S3 切換按鍵 S4 左右調(diào)節(jié)按鍵 S5 調(diào)節(jié)按鍵 S6 調(diào) 節(jié)按鍵 本系統(tǒng)采用獨立式的按鍵形式 按照上圖的電路連接方法 判斷是否有 鍵按下的方法是 查詢哪一根接按鍵的 I O 接口線為低電平 如果是低電平則說 明這個接口線連接的按鍵處于按下狀態(tài) 相反 若為高電平則說明按鍵處于非按 下狀態(tài) 11 3 93 9 LEDLED 顯示電路顯示電路 圖 4 8 LED 顯示電路 系統(tǒng)采用兩個 LED7 段發(fā)光顯示器 Dpy Amber CA Dpy Amber CA 是共 陽極的 LED 顯示器 其兩個 AA 端接高電平 處于工作狀態(tài)的數(shù)碼管 其顯示情況由單片機的 P0 0 P0 7 八個接線口 決定 其八個口分別連接著數(shù)碼管的八個段 例如要在數(shù)碼管 DS1 中顯示 1 而 數(shù)碼管 DS2 處于非工作狀態(tài) 則需要將 P2 6 接線口置為 1 P2 5 接線口置為 0 并且使 P0 1 和 P0 2 接線口置為 1 而 P0 0 P0 3 P0 7 接線口置為 0 7 段字形碼表 由于系統(tǒng)只需要顯示 0 9 十個數(shù)字 所以只列出了十個 顯示字符共陰極字型碼共陽極字型碼 03FHC0H 106HF9H 25BHA4H 34FHB0H 466H99H 56DH92H 67DH82H 707HF8H 87FH80H 12 96FH90H 根據(jù)上面的 7 段字形碼表可以進行編碼 從而控制數(shù)碼管的顯示 3 103 10 電磁閥電路電磁閥電路 圖 4 9 電磁閥電路 如上圖所示 Q3 為一個 PNP 三極管 D1 為普通二極管 K1 為 JZC 36F 繼電 器 M 電動機符號來表示電磁閥 在繼電器失電的狀態(tài)下 動合觸電斷開 動斷觸電閉合 當(dāng)繼電器得電后 動合觸電閉合 動斷觸電斷開 利用繼電器的觸電開關(guān)作用可以控制設(shè)備或者傳 送邏輯電平信號 在本次系統(tǒng)設(shè)計中選用了動合觸電開關(guān) 使繼電器在失電狀態(tài) 下保持?jǐn)嚅_的狀態(tài) 然而在得電的狀態(tài)下保持閉合狀態(tài) 即當(dāng) Q3 基極得到一個 高電平則繼電器開關(guān)立即閉合 在處于低電平時繼電器開關(guān)保持?jǐn)嚅_狀態(tài) 當(dāng)繼電器的開關(guān)閉合時 電磁閥處于一個通路的狀態(tài)下 則電磁閥開始工 作 設(shè)備開始澆水 當(dāng)繼電器的開關(guān)斷開時 則電磁閥不工作 設(shè)備也不工作 13 4 4 軟件設(shè)計軟件設(shè)計 4 14 1 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)共需要 8 個存儲單元 1 當(dāng)指示燈一亮 數(shù)碼管 1 選中時 經(jīng)過 調(diào)節(jié)按鍵調(diào)節(jié)過的 顯示數(shù)字存儲與 41 H 其相應(yīng)的 PO 值存儲與 40 H 2 當(dāng)指示燈一亮起 數(shù)碼管 2 選中時 經(jīng)過 調(diào)節(jié)按鍵調(diào)節(jié)過 的顯示數(shù)字存儲與 61 H 其相應(yīng)的 PO 值存儲與 61 H 3 當(dāng)指示燈二亮起 數(shù)碼管 1 選中時 經(jīng)過 調(diào)節(jié)按鍵調(diào)節(jié)過 的顯示數(shù)字存儲與 51 H 其相應(yīng)的 PO 值存儲與 51 H 4 當(dāng)指示燈二亮起 數(shù)碼管 2 選中時 經(jīng)過 調(diào)節(jié)按鍵調(diào)節(jié)過 的顯示數(shù)字存儲與 71 H 其相應(yīng)的 PO 值存儲與 71 H 引腳功能程序入口地址標(biāo) 號 功能程 序 元器件 接口 元器件代號 P1 1P11PROM11S6 調(diào)節(jié)按鍵 P1 2P12PROM12S5 調(diào)節(jié)按鍵 P1 3P13PROM13S4左右調(diào)節(jié)按鍵 P1 4P14PROM14S3切換按鍵 P1 5P15PROM15S2工作按鍵 P2 0P20DS1指示燈一 P2 1P21DS2指示燈二 P2 5P25DS02數(shù)碼管 2 P2 6P26DS01數(shù)碼管 1 P2 7P27B1電磁閥 P0 0P01a數(shù)碼管 a 口 P0 1P01b數(shù)碼管 b 口 P0 2P02c數(shù)碼管 c 口 P0 3P03d數(shù)碼管 d 口 P0 4P04e數(shù)碼管 e 口 P0 5P05f數(shù)碼管 f 口 P0 6P06g數(shù)碼管 g 口 P0 7P07dp數(shù)碼管 dp 口 14 4 24 2 消抖流程及程序消抖流程及程序 為了確保 CPU 對一次按鍵動作只確定一次 系統(tǒng)采用軟件消除抖動的方法 具體為 若 CPU 檢測到有鍵按下時 先執(zhí)行一段延時程序后再檢測此按鍵 若仍 為按下狀態(tài) 則 CPU 認為此按鍵確實按下 同樣 在鍵從按下到再次松開時 若 CPU 檢測到有鍵松開 并在延時一段時間后仍檢測到鍵在松開狀態(tài) 則認為此鍵 確實松開了 初始化 讀鍵盤 有鍵按下否 用延時程序 確定鍵是否按 下 鍵按下是否 有效 BACK N Y Y N 按鍵處理 圖 5 1 消抖流程 以掃描按鍵 S6 其連接引腳 P1 1 為例 用軟件解決消抖問題 15 程序 START MOV A 0FFH 輸入時先置 P1 口全為 1 MOV P1 A MOV A P1 鍵狀態(tài)輸入 JNB ACC 1 P11 1 號按鍵按下轉(zhuǎn) P11 標(biāo)號地址 JNB ACC 2 P12 JNB ACC 3 P13 JNB ACC 4 P14 JNB ACC 5 P15 SJMP START 無鍵按下 返回 P11 LCALL DELAY 延遲 從而消除抖動 LCALL DELAY JNB ACC 1 PROM11 再次判斷鍵是否按下 避免抖動引起的錯按 LJMP START PROM11 LJMP START S6 按鍵的確按下 進行 S6 按鍵處理 注 P11 為 S6 功能程序入口地址標(biāo)號 PROM11 為按鍵 S6 的按鍵功能程序 這邊省略 4 34 3 總流程及程序總流程及程序 開關(guān)復(fù)位按下 電源開關(guān) 按下 上電 初始化 讀鍵盤 鍵盤處理 16 圖 5 2 總流程 當(dāng)電源開關(guān)按下 系統(tǒng)上電 當(dāng)復(fù)位開關(guān) 系統(tǒng)恢復(fù)初始值 系統(tǒng)初始狀態(tài) 電磁閥不工作 指示燈一亮起 指示燈二滅掉 數(shù)碼管 1 選中 顯示為 0 數(shù)碼管 2 不選中 不顯示 相應(yīng)的程序為 MAIN MOV 30H 00H 30H 單元主要是為了處理按鍵 5 按鍵 6 的 加減問題 MOV 40H OOH 本系統(tǒng)中所需的 8 個單元在初始狀態(tài)下全部賦 值為 00H MOV 41H OOH MOV 50H OOH MOV 51H OOH MOV 60H OOH MOV 61H OOH MOV 70H OOH MOV 71H OOH SETB P2 7 電磁閥不工作 17 SETB P2 0 指示燈一亮起 CLR P2 1 指示燈二不亮 CLR P2 6 數(shù)碼管 1 選中 SETB P2 5 數(shù)碼管 2 不選中 MOV A C0H 數(shù)碼管顯示為 0 MOV P0 A 18 4 44 4 按鍵處理總流程及程序按鍵處理總流程及程序 鍵盤2處理鍵盤3處理鍵盤4處理鍵盤5處理鍵盤6處理 BACK 消抖程序 讀鍵盤 是否按下的 鍵為鍵2 停止工作 初始化 電磁閥是否 處于工作狀 態(tài) BACK N N Y N 圖 5 3 按鍵處理總流程 以掃描按鍵 S6 其連接引腳 P1 1 為例 用軟件說明總流程 程序 START MOV A 0FFH MOV P1 A MOV A P1 JNB ACC 1 P11 JNB ACC 2 P12 19 JNB ACC 3 P13 JNB ACC 4 P14 JNB ACC 5 P15 SJMP START P11 LCALL DELAY LCALL DELAY JNB ACC 1 WORK00 LJMP START WORK00 JNB P2 7 LOOP00 判斷是否處于電磁閥工作狀態(tài) LJMP PROM11 LOOP00 JNB ACC 5 STOP00 判斷是否按下的鍵為按鍵 5 即工作按鍵 如果是則跳到 STOP00 LJMP START 如果不是按鍵 5 則返回 START 表明在電磁閥 工作中 按其他的設(shè)置鍵無效 STOP00 SETB P2 7 停止電磁閥工作 因為在工作狀態(tài)下按下工 作按鍵表示停止工作 LJMP START 注 P11 為 S6 功能程序入口地址標(biāo)號 PROM11 為按鍵 S6 的按鍵功能程序 這邊 20 4 54 5 工作中的處理流程工作中的處理流程 圖 5 8 工作中時間間隔的處理流程 分別從 41 H 61 H 中取值 判斷是否為零 其值減 1 機器開始工作 BACK 21 5 5 結(jié)論結(jié)論 通過對智能澆花系統(tǒng)的設(shè)計 我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài) 理論和實 際的結(jié)合鍛煉了我綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識來解決實際工程問題的能力 同 時也提高我查閱文獻資料 設(shè)計手冊以及電腦制圖等專業(yè)能力水平 而且通過對 整體的掌控 對局部的取舍 以及對細節(jié)的斟酌處理 都使我的能力得到了鍛煉 在我的設(shè)計中也許還有好多不足的地方 但是正是這些不足才給了我們研究 單片機的巨大動力 只有發(fā)現(xiàn)問題 面對問題 才有可能解決問題 不足和遺憾 不會給我打擊只會更好的鞭策我前行 今后我會更加關(guān)注這些新技術(shù)新設(shè)備 并 爭取盡快的掌握這些先進的技術(shù)知識 更好的為自己努力 為自己奮斗 22 致謝致謝 在本次論文設(shè)計過程中 李懷志老師對該論文從選題 構(gòu)思到最后定稿的各 個環(huán)節(jié)給予細心指引與教導(dǎo) 使我得以最終完成畢業(yè)論文設(shè)計 在學(xué)習(xí)中 老師嚴(yán) 謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度 豐富淵博的知識 敏銳的學(xué)術(shù)思維 精益求精的工作態(tài)度以及侮 人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模 老師們的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實的 治學(xué)精神 將永遠激勵著我 這三年中還得到眾多老師的關(guān)心支持和幫助 在此 謹(jǐn)向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意 最后 我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱 評議和參與本人論文答辯的 各位老師表示感謝 23 參考文獻參考文獻 1 趙克中 磁力驅(qū)動技術(shù)與設(shè)備 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2003 2 林伸茂 8051 單片機徹底研究 北京 中國電力出版社 2007 3 Mackenzie 8051 微控制器 北京 清華大學(xué)出版社 2005 4 周志敏 紀(jì)愛華 LCD 背光驅(qū)動電路與應(yīng)用實例 北京 人民郵電出版社 2009 5 孫俊喜 LCD 驅(qū)動電路 驅(qū)動程序與典型應(yīng)用 北京 人民郵電出版社 2009 6 明賜東 調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2006 7 毛興武 新一代綠色光源 LED 及其應(yīng)用技術(shù) 北京 人民郵電出版社 2008 8 蔡振江 單片機原理及應(yīng)用 北京 電子工業(yè)出版社 2008 9 周志敏 紀(jì)愛華 周紀(jì)海 LED 驅(qū)動電路設(shè)計實例 北京 電子工業(yè)出版社 2008 10 王慧 計算機控制系統(tǒng) 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2005 11 Valante A Morais R L Serodio C et a1 A ZigBee sensor element for distributed monitoring of soil parameters in environmental monitoring