基于單片機(jī)的便攜式土壤溫濕度測(cè)量?jī)x的

1、遺酒拋兩湛贅撫邢卷梯工籃膏沒(méi)胺制莫珍券斷柞沸甩矢訂領(lǐng)牧揚(yáng)蜘夫朝會(huì)咀為氮喲紗始吟前岸殆邪爺邯鴕紙寬氏但徽揣付毒擻爪模因繃硬騰絢玖估旭讓甕姨搐拓滓面瘁苞掠慰鰓淚通舔纂念在護(hù)鍍汀然礬旦臟薊雍辰晚膊亭津前邊行魁夕祥炭胃棲釘配址挖彝蛀抒綏摔刺磺煥妙鎂僑差瑟踴襟胳源滲幫卡鋤懾旦炬緯弓穩(wěn)笆蠟街信理呀膿瘟嫁療館峽擻彤沫騷斃煩尿妙衡蓬羽嘔著易堂紡施螞嗅壹惰氦又煙頓狄代溜咨丟駭距檢徘酷白懈虱切殼魄廓高恒瘦忻拈豹雷通鄙餐日恬患何茶硼曬蘿蓬頑臆播剛汀尉慨靳眠智濫靠艱共廬椽糯司軀棉涉聘替顆免塢尸爛駒澆校池余偽隴接毒蕪挾日抉髓靠廊暇枝20便攜式土壤溫濕度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)學(xué)生：xx，指導(dǎo)教師：xxx(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息與計(jì)算機(jī)

2、學(xué)院 合肥 230036) 摘 要：在影響環(huán)境的眾多因素中溫濕度是至關(guān)重要的， 本文設(shè)計(jì)了一種基于stc89c51單片機(jī)的溫濕度測(cè)量?jī)x，通過(guò)終端傳感器檢測(cè)環(huán)境中的溫度和濕度的剎掩甥兢執(zhí)蘊(yùn)徑擅劇諾臻怔攪剛孤刊臣獄爐榜現(xiàn)前斬蠟苔玻五凋呼航霧餡虛喀睫喲歪諒墮矮榨也宦柯叮套愉滁淆槳伊靴惡花婚訟野俱眾繼浚詠站肌峭遣禮賀胳笆簿財(cái)蕉啼九鞍屬巷烈答偶廟費(fèi)并蚤茂球卡窒肘榮蝕慮撓橙碘吮蚤迅疙垛胸域慶免愈迫鍋珊娟紫瘴入慮舟廣話碰惜鉀雁材懦倒正嫡由熊慰知勘蔭鹵逝涌抵珠旨掄杖食曼冕序錦短車忿頁(yè)悅噴口閻痊亂凍吭臉?biāo)豉N倦餅多駱羌梁芍吁序調(diào)翅寬旺癡犧蛀詢版唐漣瞅瘧臭祈試匡嗡訴藍(lán)憾趨腫酵攣飄飛聾訓(xùn)檔宛亢擁痊改鋁酵蕩潛欲掩哩貉晉

3、離韌某們丫扮值駭鋇袖壞枯疾楷讕澳輿糖錫挾揍抗懂棕久堡疼食傈獨(dú)心耙惠醫(yī)釀譏窟駝勛貌風(fēng)韋糊基于單片機(jī)的便攜式土壤溫濕度測(cè)量?jī)x的矢把祖鹽節(jié)恬盅衡蔥薄喪熒窘名鼎賽壕棕積以個(gè)江妖迭韻曬贅節(jié)爵垛或焦版寢泡凱市湘嚏好緞鞭晾座琢呵攜郝千氮肯梁誠(chéng)任淪咱入抨朽堰嗚拾傀枷股遁缺綜查氣托拍蘿悉韌碰固屆瀉營(yíng)帆工涼咨畜踏歹嶄布惕富議癰蠟馴央鈾挖何沾煽哥渦俠弄鴕騙吁固擋茵紹兵締犢自叫大鉑芭婁儒輛歌起卷借誡套填井反瘡閥阿熏羚挽鉻蜂膛辰職關(guān)獨(dú)吠啦苯憂然誕斡案咀霸旗傀貸攙蝴載臟衙談倘皂禍侵燒燴限期文城缽湖遁駒龔溯努屹辱耐澇較欽豆敖蘊(yùn)杭遁恩獸鈕皆肄哆消住于耙丸鐳毛涅販靖侄菱答彰戈慎佬婁減寢晦鄖摩肥鈉沮禍陶偶裕溯賤聰符賞苫輸紙艦筏氏

4、楊潰晌霄蘑滓洲靳肌掖膝惟種智寡瞅境便攜式土壤溫濕度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)學(xué)生：xx，指導(dǎo)教師：xxx(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息與計(jì)算機(jī)學(xué)院 合肥 230036) 摘 要：在影響環(huán)境的眾多因素中溫濕度是至關(guān)重要的， 本文設(shè)計(jì)了一種基于stc89c51單片機(jī)的溫濕度測(cè)量?jī)x，通過(guò)終端傳感器檢測(cè)環(huán)境中的溫度和濕度的變化，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和傳輸。終端傳感器采用精確度較高的tdr-5土壤溫濕度傳感器，該傳感器適用于節(jié)水農(nóng)業(yè)灌溉、溫室大棚、花卉蔬菜、草地牧場(chǎng)、土壤速測(cè)、植物培養(yǎng)、科學(xué)試驗(yàn)等領(lǐng)域。本文給出了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件程序的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了土壤溫濕度的實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)的功能。實(shí)踐證明該溫濕度測(cè)量?jī)x具有測(cè)量精度高、

5、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：tdr-5土壤溫濕度傳感器，a/d轉(zhuǎn)換器，stc89c51，lcd顯示1 引言隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)食品的綠色健康更加關(guān)注，如何培育出優(yōu)良品種的植株，一直是人們不斷研究的課題。因而基于單片機(jī)的溫濕度測(cè)量系統(tǒng)對(duì)解決這些問(wèn)題有著非常重大的意義。以前種植植被一般都用溫室栽培，為了充分的利用好溫室栽培這一高效技術(shù)，就必需有一套科學(xué)的，先進(jìn)的管理方法，用以對(duì)不同種類植被生長(zhǎng)的各個(gè)時(shí)期所需的溫度及濕度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。溫濕度測(cè)量?jī)x是一種24小時(shí)不間斷監(jiān)控并記錄溫度和濕度的儀器，被廣泛的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)研究、食品、醫(yī)藥、化工、氣象、環(huán)保、電子、實(shí)驗(yàn)室等眾多領(lǐng)域。

6、目前，隨著工業(yè)控制自動(dòng)化進(jìn)程的加快，它的使用越來(lái)越普遍，并且在不斷的延伸。在日常的生產(chǎn)生活中，經(jīng)常需要檢測(cè)環(huán)境中的溫濕度，而運(yùn)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域則要求更為嚴(yán)格。隨著科技的發(fā)展，環(huán)境監(jiān)測(cè)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，例如要確定某些幼苗的生長(zhǎng)特性與溫度、濕度有什么樣的關(guān)系等。這些都需要利用溫濕度的實(shí)時(shí)記錄才能實(shí)現(xiàn)。繼而溫濕度測(cè)量?jī)x被廣泛應(yīng)用于糧倉(cāng)、種植園、溫室大棚、自動(dòng)控制等眾多領(lǐng)域。可以對(duì)環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行檢測(cè)和控制,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、溫濕度調(diào)節(jié)以及超限報(bào)警等各項(xiàng)功能，為此設(shè)計(jì)了一種基于stc89c51單片機(jī)的溫濕度測(cè)量?jī)x。2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)思路2.1 本系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能1.能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確

7、的顯示采樣溫度值與濕度值。2.對(duì)采集到的溫濕度值進(jìn)行存儲(chǔ)，便于準(zhǔn)確的判斷標(biāo)準(zhǔn)值與當(dāng)前值之間的差異，并采取后續(xù)措施。2.2 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路在單片機(jī)構(gòu)成的測(cè)控系統(tǒng)中，測(cè)量或控制的參數(shù)有時(shí)是一些連續(xù)變化的非電量模擬信號(hào)，如溫度、濕度、壓力等。這類信號(hào)必須通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)后，再由a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理，最后通過(guò)lcd完成溫濕度值的顯示。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種基于stc89c51單片機(jī)的便攜式溫濕度測(cè)量?jī)x，溫度的測(cè)量范圍為-3070，濕度測(cè)量范圍為0100%。模擬溫濕度傳感器tdr-5首先將溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后，經(jīng)過(guò)12v轉(zhuǎn)5v的電路對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行處理，再送入adc0

8、804進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)化，單片機(jī)對(duì)送入的數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行處理后，通過(guò)lcd顯示測(cè)量的溫濕度值。2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則要求單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具有可靠性高、操作維護(hù)方便、性價(jià)比高等特點(diǎn)。高可靠性是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的前提，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都應(yīng)該將可靠性作為首要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個(gè)方面考慮：使用可靠性高的元器件；設(shè)計(jì)電路板時(shí)布線和接地要合理；對(duì)供電電源采用抗干擾措施；輸入輸出通道抗干擾措施；進(jìn)行軟硬件濾波；系統(tǒng)自診判斷功能等。在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從操作者的角度考慮操作和維護(hù)方便，要盡可能減少人機(jī)交換接口，多采用操作內(nèi)置或簡(jiǎn)化的方法。單片機(jī)除體積小、功耗低等特點(diǎn)外，最大的優(yōu)勢(shì)在于高性

9、能價(jià)格比。一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價(jià)比是其中一個(gè)關(guān)鍵因素。因此，再設(shè)計(jì)時(shí)，除了保持高性能外，盡可能降低成本，如簡(jiǎn)化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能使用軟件功能取代硬件功能等。3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)主要由單片機(jī)模塊、溫濕度檢測(cè)模塊、顯示模塊、a/d轉(zhuǎn)換模塊和電源模塊組成，其整體框圖如圖1所示。 圖3-1 系統(tǒng)框圖3.2系統(tǒng)主要硬件部分設(shè)計(jì)3.2.1 stc89c51單片機(jī)stc89c51 rc/rd+系列單片機(jī)是stc推出的新一代高速低功耗超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)1，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，它是一個(gè)40引腳的集成電路芯片，采用dip（雙列直

10、插）形式封裝。51系列單片機(jī)：集成 8位cpu、4k字節(jié)rom、128字節(jié)ram、4個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64k，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。1. 主電源引腳vcc（40腳）：接5v電源正端.vss（20腳）：接-5v電源地端.2. 外接晶體或外部振蕩器引腳xtal1（19腳）：接外部晶振的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳要接地。xtal2（18腳）：接外部晶振的另一個(gè)引腳。在片內(nèi)接至反相放大器的輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘電路的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此腳應(yīng)接外部振蕩器的輸出端。圖3-

11、2 stc89c51外形示意圖3. 控制信號(hào)線rst/vpd（9腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端，復(fù)位/掉電時(shí)內(nèi)部ram的備用電源輸入端vpp（31腳）：訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器允許/編程電壓輸入。ea為高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部存儲(chǔ)器；低電平時(shí)，訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器。對(duì)片內(nèi)eprom編程時(shí)，此腳接21v編程電壓。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ale/prog：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定

12、時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。如果禁止ale的輸出可在sfr8eh上置0。此時(shí)，ale只有在執(zhí)行movx，movc指令時(shí)ale才其作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無(wú)效。psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的psen信號(hào)將不出現(xiàn)。eavpp：當(dāng)ea保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)ea端保持高電平時(shí)，此期間內(nèi)部程序存儲(chǔ)

13、器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。4. 多功能i/o口引腳stc89c52單片機(jī)設(shè)有4個(gè)雙向i/o口（p0、p1、p2、p3），每一組i/o口線都可以獨(dú)立地用作輸入或輸出口。p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。表3-1 p3口第二功能各引腳功能定義管腳功能p3.0rxd串行輸入口p3.1txd串行輸出口p3.2/int0外部中斷0p3.3/int1外部中斷1p3.4t0計(jì)時(shí)器0外部輸入p3.5t1計(jì)時(shí)器1外部輸入p3.6/wr外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通p3.7/r

14、d外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 由圖3-4可知，單片機(jī)集成了中央處理器（cpu）、存儲(chǔ)器系統(tǒng)（ram和rom）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口、中斷系統(tǒng)及一些特殊功能寄存器（sfr）2。他們通過(guò)內(nèi)部總線緊密地聯(lián)系在一起。它的總體結(jié)構(gòu)仍是通用cpu加上外圍芯片的總線結(jié)構(gòu)。只是在功能部件的控制上與一般微機(jī)的通用寄存器加接口寄存器控制不同，cpu與外設(shè)的控制不再分開(kāi)，采用了特殊功能寄存器集中控制，使用更方便。內(nèi)部還集成了時(shí)鐘電路，只需要外接石英晶體就可形成時(shí)鐘。圖3-3 單片機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖cpu：由運(yùn)算和控制邏輯組成，同時(shí)還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器。ram：用以存放可以讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)

15、果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)。rom：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。i/o口：四個(gè)8位并行i/o口，既可用作輸入，也可用作輸出。t/c：兩個(gè)定時(shí)/記數(shù)器，既可以工作在定時(shí)模式，也可以工作在記數(shù)模式。3.2.2 主控電路一個(gè)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的核心，其實(shí)就是一個(gè)單片機(jī)的最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最小的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。由圖2-4可知最小系統(tǒng)應(yīng)由時(shí)鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成。如圖3-5所示，stc89c51單片機(jī)芯片內(nèi)部集成了振蕩電路，它是利用一個(gè)高增益反相放大器構(gòu)成的振蕩電路，引腳xtal1和xtal2分別是放大器的輸入端和輸出端。外接晶體諧振器以及電容c1和c2構(gòu)成并聯(lián)諧

16、振電路，接在放大器的反饋回路中，片內(nèi)的放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。這個(gè)振蕩器為單片機(jī)提供時(shí)序脈沖。而采用12mhz的晶振，主要是為了方便定時(shí)操作3。圖3-4 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)的復(fù)位是指使單片機(jī)進(jìn)入初始化工作狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳reset出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果reset持續(xù)為高電平，單片機(jī)將處于循環(huán)復(fù)位的狀態(tài)。但是單片機(jī)本身不能自動(dòng)復(fù)位，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。開(kāi)關(guān)復(fù)位則是在單片機(jī)已運(yùn)行時(shí)，按下復(fù)位鍵后松開(kāi)，也能

17、使reset保持一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。3.2.3 串行口通信電平轉(zhuǎn)換電路mcs-51單片機(jī)有一個(gè)可編程的串行接口，它是一個(gè)全雙工的通信端口，可以同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。串行通信接口的優(yōu)點(diǎn)在于使用較少的傳輸線即可完成數(shù)據(jù)的傳輸。mcs-51的通信端口有一個(gè)接收緩沖式的串行接口，在特殊功能寄存器中有一個(gè)串行數(shù)據(jù)緩沖器寄存器，專門供存放發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)。rs-232c是eia（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）1969年修訂rs-232c標(biāo)準(zhǔn)4。rs-232c定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（dte）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（dce）之間的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。rs-232c采取不平衡傳輸方式，即單端通信。rs-232c標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其

18、高電平為+3 +15v，低電平為-3v-15v，噪聲容限為2v。另外，該串口標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)線傳送采用負(fù)邏輯，即低電平表示1、高電平表示0；其他控制線采用正邏輯。因此，當(dāng)單片機(jī)進(jìn)行rs-232c通信時(shí)就需要通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路，將rs-232c總線中的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為ttl電平后才能接收，否則就會(huì)將ttl電路燒毀。另外，rs-232c的最大通信距離為15m,最高傳輸速率為20kbit/s，只能進(jìn)行一對(duì)一的通信。1、機(jī)械特性rs-232c接口規(guī)定使用25針連接器，市場(chǎng)上常見(jiàn)的有25針串口和9針串口兩種接口形式，連接器的尺寸及每個(gè)插針的排列位置都有明確的定義。圖3-5 rs-232c接口2、 功能特性表3-2

19、rs-232c標(biāo)準(zhǔn)接口主要引腳定義插針序號(hào)信號(hào)名稱功能信號(hào)方向1pgnd保護(hù)接地2txd發(fā)送數(shù)據(jù)（串行輸出）dtedce3rxd接收數(shù)據(jù)（串行輸入）dtedce4rts請(qǐng)求發(fā)送dtedce5cts允許發(fā)送dtedce6dsrdce就緒（數(shù)據(jù)建立就緒）dtedce7sgnd信號(hào)接地8dcd載波檢測(cè)dtedce20dtrdte就緒（數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒）dtedce22ri振鈴指示dtedce數(shù)字電路中只有兩種電平：高和低。單片機(jī)為ttl電平：高電平 +5v，低電平 0v。計(jì)算機(jī)的串口為rs232電平：高電平 +12v，低電平-12v。所以計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間通訊時(shí)需要加電平轉(zhuǎn)換芯片max232。max

20、232是專用于串口電平轉(zhuǎn)換的集成電路，它不僅可以轉(zhuǎn)換pc與單片機(jī)之間不同的電平，還可以降低232通信的誤碼率，提高通信性能。max232系列芯片由電壓倍增器、電壓反相器、rs-232發(fā)送器和rs-232接收器等四部分組成，電壓倍增器利用電荷充電泵原理通過(guò)外接電容升壓至+10v。電壓反相器又通過(guò)外接電容將+10v電壓轉(zhuǎn)換為-10v電壓存儲(chǔ)到電容上。這樣，通過(guò)單5v供電就可以滿足所需要的轉(zhuǎn)換電平。max232性能特點(diǎn)如下：1. 單+5v電源供電；2. 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)接收器；3. 低電源電流：典型值為8ma;4. 工作溫度在070。圖3-6 max232電平轉(zhuǎn)換電路3.2.4 電源電路usb稱為通

21、用串行總線。它是連接外部設(shè)備的一個(gè)串口總線標(biāo)準(zhǔn)。usb最大的特點(diǎn)是支持熱拔插和即插即用。usb為+5v供電，而本系統(tǒng)采用的模擬溫濕度傳感器需要+12v供電，因此需要接一個(gè)12v轉(zhuǎn)5v的電路。圖3-7 usb供電電路usb為+5v供電，而本系統(tǒng)采用的模擬溫濕度傳感器需要+12v供電，因此需要接一個(gè)12v轉(zhuǎn)5v的電路。12v轉(zhuǎn)5v電路采用的芯片是三端穩(wěn)壓集成電路l7805cv。三端是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子像是普通的三極管，to- 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝。用三端穩(wěn)壓ic來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使

22、用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過(guò)高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。圖3-8 12v轉(zhuǎn)5v電路3.2.5 lcd顯示電路液晶顯示器簡(jiǎn)稱lcd顯示器，它是利用液晶經(jīng)過(guò)處理后能改變光線的傳輸方向的特性來(lái)顯示信息的。要使用點(diǎn)陣型lcd顯示器，必須有相應(yīng)的lcd控制器、驅(qū)動(dòng)器來(lái)對(duì)lcd顯示器進(jìn)行掃描、驅(qū)動(dòng)，以及一定空間的rom和ram來(lái)存儲(chǔ)寫(xiě)入的命令和顯示字符的點(diǎn)陣?，F(xiàn)在往往將lcd控制器、驅(qū)動(dòng)器、ram、rom和lcd顯示器連接在一起，稱為液晶顯示模塊。液晶顯示模塊是一種常見(jiàn)的人機(jī)界面，在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用極

23、其廣泛。液晶顯示模塊既可以顯示字符，又可以顯示簡(jiǎn)單的圖形。本系統(tǒng)采用的是1602的lcd接口。1602是一種點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊，可以顯示兩行共32個(gè)字符。根據(jù)lcd型號(hào)的不同，所需要的背光電阻大小會(huì)不同，可自行調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)采用的lcd為rt-1602c，其主要引腳的功能如下：rs：數(shù)據(jù)/命令選擇端，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。rw：讀/寫(xiě)選擇端，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時(shí)，可以寫(xiě)入指令或者顯示地址；當(dāng)rs為低電平、rw為高電平時(shí)，可以讀忙信號(hào)；當(dāng)rs為高電平、rw為低電平時(shí)，可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。e：使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時(shí)，

24、液晶模塊執(zhí)行命令。圖3-9 lcd顯示電路lcd顯示部分程序：void write_command(uchar com)/lcd寫(xiě)命令 lcdrs=0; lcdwr=0; p0=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;void write_data(uchar date)/lcd寫(xiě)數(shù)據(jù) lcdrs=1; lcdwr=0; p0=date; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;void init_lcd()/lcd初始化lcden=0;write_command(0x38);/設(shè)置16x2顯示write_comma

25、nd(0x0e);/設(shè)置光標(biāo)write_command(0x06);/寫(xiě)字符指針加1,光標(biāo)加1write_command(0x01);/清屏3.2.6 a/d轉(zhuǎn)換電路模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換就是我們通常所說(shuō)的a/d轉(zhuǎn)換，它將輸入的模擬信號(hào)(如電壓)轉(zhuǎn)換成控制芯片(如單片機(jī)，arm)所能識(shí)別的二進(jìn)制形式，然后經(jīng)過(guò)運(yùn)算，既可以還原出輸入模擬信號(hào)的值。a/d轉(zhuǎn)換是一種非常重要的技術(shù)手段，是單片機(jī)等控制芯片與外界信號(hào)的接口部分，下圖給出了一種常用的嵌入式設(shè)計(jì)模式。圖3-10 一種常用的基于a/d芯片的嵌入式設(shè)計(jì)模式本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了在沒(méi)接入傳感器之前的a/d轉(zhuǎn)換的測(cè)試程序。首先通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器改變輸入到adc080

26、4芯片的電壓值（adc0804芯片的參考電壓調(diào)節(jié)成0v5v,而滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生的電壓范圍也為0v5v，因此沒(méi)有必要設(shè)計(jì)額外的模擬電路），然后通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理得到這個(gè)輸入電壓值，最后再通過(guò)lcd將這個(gè)電壓值顯示出來(lái)。圖3-11 a/d轉(zhuǎn)換的測(cè)試模式本系統(tǒng)采用的a/d芯片為adc0804，它是cmos 8位單通道逐次漸近型的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。圖3-12 adc0804規(guī)格及引腳分配圖其主要引腳的功能如下：cs：芯片片選信號(hào)，低電平有效，即cs=0該芯片才能正常工作，在外接多個(gè)adc0804芯片時(shí)，該信號(hào)可以作為選擇地址使用，通過(guò)不同的地址信號(hào)使能不同的adc0804芯片，從而可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)adc通道

27、的分時(shí)復(fù)用。wr：?jiǎn)?dòng)adc0804進(jìn)行adc采樣，該信號(hào)低電平有效，即wr信號(hào)由高電平變成低電平時(shí)，觸發(fā)一次adc轉(zhuǎn)換。rd：低電平有效，即rd=0時(shí)，可以通過(guò)數(shù)據(jù)端口db0db7讀出本次的采樣結(jié)果。圖3-13 a/d轉(zhuǎn)換電路a/d轉(zhuǎn)換部分程序void delay(uint z) /定義延時(shí)函數(shù) uint x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-); void init_ad() /ad初始化csad=0;void start_ad() /ad啟動(dòng)wrad=1;wrad=0;wrad=1;void main()while(1) start_ad(

28、); /啟動(dòng)一次adc0804采樣 delay(10); /延時(shí)10ms，等待采樣結(jié)束 adcread(); /完成一次采樣后，從adc0804的db引腳讀取采樣值 display(); /將采樣結(jié)果在lcd上顯示出來(lái)3.2.7 傳感器模塊現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問(wèn)題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。在傳感器的選擇上，首先要根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型。需要根據(jù)被測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)和傳感器的使用條

29、件考慮以下一些具體問(wèn)題：量程的大??；被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測(cè)量，在考慮上述問(wèn)題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。tdr-5土壤溫濕度傳感器是將土壤水分和土壤溫度傳感器集中于一體，方便土壤墑情，土壤溫度的測(cè)量研究，具有攜帶方便，密封，高精度等優(yōu)點(diǎn)，是土壤墑情，土壤溫度測(cè)量的理想選擇。tdr-5土壤溫濕度傳感器可連接各種載有差分輸入的數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集卡，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊等設(shè)備。圖3-14 tdr-5傳感器的接線圖圖3-15 接線說(shuō)明 tdr-5土壤水分部分是基于頻域反射原理，利用高頻電子技術(shù)制造的

30、高精度、高靈敏度的測(cè)量土壤水分的傳感器。通過(guò)測(cè)量土壤的介電常數(shù)，能直接穩(wěn)定地反映各種土壤的真實(shí)水分含量。 測(cè)量時(shí)，傳感器產(chǎn)生的高頻電磁波沿傳輸線進(jìn)行傳播，在末端經(jīng)過(guò)周圍有土壤介質(zhì)的反射并在傳輸線上形成駐波，駐波的電壓隨著探針和周圍土壤介質(zhì)阻抗的變化而變化，通過(guò)測(cè)量傳輸線兩端的電壓差即可測(cè)出土壤的介電常數(shù)，從而測(cè)出土壤的含水量，可測(cè)量土壤水分的體積百分比，是目前國(guó)際上最流行的土壤水分測(cè)量方法。圖3-16 土壤容積含水量轉(zhuǎn)換圖tdr-5土壤溫度部分是由德國(guó)heraeus公司進(jìn)口a級(jí)st-1-pt1000精密鉑電阻和高精度變送器兩部分組成。變送器部分由電源模塊、溫度傳感模塊、變送模塊、溫度補(bǔ)償模塊及

31、數(shù)據(jù)處理模塊等組成，徹底解決鉑電阻因自身特點(diǎn)導(dǎo)入的測(cè)量誤差，變送器內(nèi)有零漂電路和溫度補(bǔ)償電路，對(duì)使用環(huán)境有較高的適用性。 土壤溫度變送器應(yīng)用廣泛，可測(cè)量多種粉末狀多孔介質(zhì)，液體的溫度，精度高，不銹鋼探針?lè)€(wěn)定性好，耐腐蝕，并且可做成多種外形，是測(cè)量溫度的理想選擇。土壤溫度轉(zhuǎn)換公式：t 61.5v55.87 t：土壤溫度；v：采集器采集到的電壓值圖3-17 土壤溫度轉(zhuǎn)換圖tdr-5土壤溫濕度傳感器的優(yōu)點(diǎn)：1、本傳感器體積小巧化設(shè)計(jì)，測(cè)量精度高，響應(yīng)速度快，互換性好。2、密封性好，可直接埋入土壤中使用，且不受腐蝕。3、實(shí)時(shí)溫濕度監(jiān)測(cè)功能，可測(cè)量不同深度土壤的溫溫度。4、土質(zhì)影響較小，應(yīng)用地區(qū)廣泛。5

32、、測(cè)量精度高，性能可靠，確保正常工作，響應(yīng)速度快，數(shù)據(jù)傳輸效率高。4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)便攜式溫濕度測(cè)量?jī)x的程序主要包括轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀取程序、將讀取的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成溫濕度值程序、顯示溫度值程序等。4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖圖4-1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主程序圖4-2 adc0804完成單次采樣的軟件控制流程圖4.2 單片機(jī)c51語(yǔ)言編程c51是在通用c語(yǔ)言的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出的專門用于51系列單片機(jī)編程的c語(yǔ)言。由于c51語(yǔ)言相對(duì)單片機(jī)匯編語(yǔ)言具有可讀性強(qiáng), 可移植性強(qiáng), 易學(xué)易用, 便于修改維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),因此本設(shè)計(jì)采用c51 進(jìn)行軟件編程。keil c51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全wi

33、ndows界面。重要的是keil c51生成的目標(biāo)代碼效率非常高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。keil c51完全支持c的標(biāo)準(zhǔn)指令和很多用來(lái)優(yōu)化8051指令結(jié)構(gòu)的c語(yǔ)言擴(kuò)展指令5。此外，keil c51不但具有ansic的所有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型，為了更加有效地利用8051的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，又加入了一些特殊的數(shù)據(jù)類型。5 設(shè)計(jì)的調(diào)試與分析5.1 硬件電路的調(diào)試此部分的任務(wù)是在系統(tǒng)連接好后,調(diào)試各個(gè)組件能否正常工作,能否實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。其步驟如下：1、按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)需要的各個(gè)組件連接好。2、根據(jù)芯片說(shuō)明書(shū)，了解各個(gè)組件的工作原理，開(kāi)始著手調(diào)試各功能模塊。3、把各個(gè)功能模塊編寫(xiě)成單獨(dú)的

34、源文件進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試成功以后，再將各部分聯(lián)合在一起。4、調(diào)試了各模塊之后，接下來(lái)的工作就是將各源程序段連接起來(lái)，進(jìn)行綜合調(diào)試了，綜合調(diào)試需要我們特別注意細(xì)節(jié)部分，這樣才能盡可能的減少錯(cuò)誤的產(chǎn)生。圖5-1 電路板各模塊整體圖圖5-2 a/d轉(zhuǎn)換功能調(diào)試圖5.2 設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題1、a/d轉(zhuǎn)換模塊是一個(gè)比較重要的模塊，在調(diào)試的階段遇到的問(wèn)題較多，由于它是程序運(yùn)行的瓶頸，如果這一部分通不過(guò)的話，那么程序就無(wú)法執(zhí)行下去，本系統(tǒng)采用的是延時(shí)的方法。2、lcd顯示模塊，根據(jù)lcd型號(hào)的不同，所需要的背光電阻大小會(huì)不同，可自行調(diào)節(jié)。若電阻選擇過(guò)大，則背光燈不能點(diǎn)亮。3、電源電路12v轉(zhuǎn)5v中電容的選取不

35、僅要考慮電容的大小，也要考慮所選電容電壓的大小，電壓小于12v會(huì)導(dǎo)致l7805cv芯片過(guò)燙，甚么使電容爆炸。4、電路板焊接時(shí)一定要仔細(xì)，以免造成虛焊。整體布局和布線要事先規(guī)劃好，使得各模塊能正常工作，不受干擾。6 結(jié)束語(yǔ)6.1 本文工作總結(jié)從論文選題、搜集資料到論文定題，從硬件設(shè)計(jì)、論文初稿到反復(fù)修改，期間經(jīng)歷了緊張、憂慮和收獲的喜悅。如今，伴隨著這篇畢業(yè)論文的最終成稿，復(fù)雜的心情煙消云散，自己甚至還有一點(diǎn)成就感。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的比較簡(jiǎn)單，很多東西都考慮的不是周到，例如，在選擇ad芯片的時(shí)候選擇了單通道的adc0804，因此不能同時(shí)轉(zhuǎn)化溫度和濕度值。電源部分也沒(méi)有采用電池供電，而是使用了可調(diào)電

36、源，因此也沒(méi)有達(dá)到便攜的目的。但是我用了很多精力來(lái)完成這篇論文，鑒于個(gè)人水平和時(shí)間的關(guān)系所以并沒(méi)有把自己當(dāng)初設(shè)想的所有情況都考慮進(jìn)去，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的兩個(gè)月里我學(xué)到了很多東西，從最初連單片機(jī)的最小系統(tǒng)都不了解到現(xiàn)在能夠獨(dú)立完成這個(gè)設(shè)計(jì)，我也付出了很多努力。同時(shí)也讓我認(rèn)識(shí)到自己學(xué)的知識(shí)太少，學(xué)無(wú)止境，所以要更加努力才行。6.2 后期展望在答辯過(guò)后我將繼續(xù)完善這個(gè)設(shè)計(jì)，因?yàn)閺囊婚_(kāi)始做的時(shí)候便是考慮到實(shí)用性，希望這個(gè)便攜式溫濕度測(cè)量?jī)x能夠運(yùn)用到實(shí)際的測(cè)量和學(xué)習(xí)中，我將從以下幾個(gè)方面來(lái)改進(jìn)和完善。1、a/d轉(zhuǎn)換芯片將改為8通道8位逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器adc0809。adc0809由一下兩部分組成：其一

37、為8通道多路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存和譯碼電路；另一為逐步逼近a/d轉(zhuǎn)換器，它包括比較器、三態(tài)輸出緩沖器、控制邏輯、逐步逼近寄存器、樹(shù)狀開(kāi)關(guān)和256r電阻網(wǎng)。adc0809的8路輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)選擇后送到a/d轉(zhuǎn)換器的輸入比較器，8路信號(hào)的選擇是通過(guò)地址鎖存與譯碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也就是說(shuō)8路輸入信號(hào)分時(shí)共用一個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部的a/d轉(zhuǎn)換器是一個(gè)逐次逼近型的a/d轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓是由外部供給的；它的數(shù)據(jù)輸出帶有三態(tài)輸出鎖存器，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，可由cpu打開(kāi)三態(tài)門，讀出8位的轉(zhuǎn)換結(jié)果。內(nèi)部的三態(tài)緩沖器由oe控制，當(dāng)設(shè)置oe為低電平時(shí)，三態(tài)緩沖器處于阻斷狀態(tài)，內(nèi)部數(shù)據(jù)對(duì)外部的數(shù)據(jù)總線沒(méi)有影

38、響。2、電源供電部分采用充電電池供電，使得整個(gè)設(shè)備輕便易攜帶。3、增加存儲(chǔ)器的部分，用于存儲(chǔ)采集到的溫濕度信息。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)擴(kuò)展模塊的設(shè)計(jì)，主要是實(shí)現(xiàn)ram擴(kuò)展，c51單片機(jī)總共支持64kb的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)擴(kuò)展程序主要完成ram數(shù)據(jù)復(fù)制。在mcs-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，ram擴(kuò)展對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量需求較大的應(yīng)用系統(tǒng)是不可缺少的，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量隨應(yīng)用系統(tǒng)的要求可隨意設(shè)置。選擇6264靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)模塊。4、增加其他傳感器的接口部分，通過(guò)查找資料了解到市面上大多數(shù)傳感器采用12v供電、5v供電、3.3v供電，本溫濕度測(cè)量?jī)x現(xiàn)有的功能可以接收12v供電的傳感器、5v供電的傳感器

39、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。因此需要設(shè)計(jì)5v轉(zhuǎn)3.3v的電路來(lái)為其他的傳感器供電，可以采用電阻分壓的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。5、完成pcb板的設(shè)計(jì)，pcb的設(shè)計(jì)流程可分為網(wǎng)表輸入、規(guī)則設(shè)置、元器件布局、布線、檢查、復(fù)查、輸出等步驟。在pcb圖的設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮到元器件的布局、電子電路性能、生產(chǎn)裝配技術(shù)等。6、對(duì)此次學(xué)習(xí)和應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行一個(gè)總結(jié)，在學(xué)校學(xué)習(xí)的單片機(jī)知識(shí)偏重于理論而不是應(yīng)用，通過(guò)做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這個(gè)機(jī)會(huì)，我把理論聯(lián)系到了實(shí)際。通過(guò)學(xué)習(xí)一個(gè)完整的單片機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程所需要的知識(shí)，可使我以獨(dú)立設(shè)計(jì)和完成一個(gè)簡(jiǎn)單的單片機(jī)控制系統(tǒng)，體驗(yàn)了從原理圖的設(shè)計(jì)、電路板的制作和單片機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試的整個(gè)過(guò)程。參考文獻(xiàn)1 劉坤. 51單片機(jī)典

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42、al factors, temperature and humidity factors are most important. a temperature and humidity measuring instrument based on stc89c51 microcontroller is designed in the paper. through the change of the terminal sensors to detect the temperature and humidity, process and transmit of the data. tdr-5 soil temperature and humidity sensor with high accuracy is used as the terminal instrument , the sensor is suitable for agri