基于單片機的節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)設計

1、畢業(yè)設計題目：基于單片機的智能節(jié)水灌溉的設計與實現(xiàn)院系：信息與控制學院專業(yè)：自動化班級學號：學生姓名：指導教師：成績：年月日目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 方案設計1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 設計任務要求1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 硬件方案設計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)的硬件設計5 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document AT89S52單片機的硬件結(jié)構(gòu)5單片機的結(jié)構(gòu)及引腳5 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 顯示電路的設計9顯示電路選擇9液晶顯示接口電路設計10 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC083210ADC0832具有以下特點10ADC0832與單片機的接口電路11 HYPERLINK l bookmar

3、k20 o Current Document 按鍵電路方案的設計12按鍵電路的選擇12按鍵電路的設計12 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 單片機晶振電路原理及作用13 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 復位電路的設計14 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 報警電路的設計15 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 土壤濕度傳感器YL-69土壤濕度計檢測模塊15YL-69土壤濕度計檢測計特點15使用說明

4、16 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 步進電機驅(qū)動模塊17步進電機簡介和原理17ULN2003驅(qū)動芯片18步進電機驅(qū)動模塊18 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 系統(tǒng)軟件設計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 濕度控制模塊的設計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液晶顯示模塊設計22 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 參考文獻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實物圖片311方案設計設計任務要求1、能夠檢測土壤濕度，當達到設定值時，起動灌溉系統(tǒng)，能夠通過鍵盤設定不同的灌溉速度，顯示灌溉狀態(tài)。2、濕度傳感器對土

6、壤多點采集信號轉(zhuǎn)換后傳給單片機，單片機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。通過鍵盤可以設置灌溉閾值和灌溉速度。硬件方案設計該課題以AT89S52單片機做為主要硬件模版，通過對軟件的編程來實現(xiàn)對土壤溫度、濕度值進行多點檢測，當所測的實際濕度低于警戒值時，將會自動觸發(fā)灌溉控制器系統(tǒng)，進行自動的灌溉，該系統(tǒng)還可以完成手動控制灌溉，隨時進行灌溉，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)設計要求。根據(jù)該設計的功能要求，確定方案：AT89S52單片機做為控制電路核心，采用模塊化設計的方案。模塊化設計簡單地說，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計思想，是在傳統(tǒng)的設計基礎上新發(fā)展起來的，現(xiàn)在已經(jīng)成為一種新的技術(shù)已被廣泛應用在生活中，尤其現(xiàn)在正處于信息時代，電子產(chǎn)品不斷推出新產(chǎn)品，應用模塊化設計的產(chǎn)品也正在不斷涌現(xiàn)。當代模塊化設計已經(jīng)被廣泛應用于航空、航天、機床、電子產(chǎn)品等設計領域。模塊化已經(jīng)開始從理念轉(zhuǎn)化成為比較成熟的設計方法也是綠色設計方法之一1。該設計總共分為：步進電機驅(qū)動模塊、濕度采集模塊、液晶顯示模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、報警電路。本設計中步進電機采用28BYJ48型四相八拍電機，步

8、進電機控制電路是以驅(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，時鐘模塊是以DS1302做為核心器件，再配合上鍵盤電路，實現(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的濕度通過校準的數(shù)字信號數(shù)據(jù)處理，傳送給單片機。單片機則將接收來的數(shù)據(jù)與單片機內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)進行比對，如果收到的數(shù)據(jù)低于設定值，步進電機的控制電路模塊將啟動步進電機實行

9、灌溉。如果收到的數(shù)據(jù)高于設定值，則步進電機不啟動或者停止工作，與此同時單片機把采集到的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的灌溉情況在顯示屏上顯示出來。當灌溉進行到一定的時間時，自動停止工作，這個時間是由用戶加載到單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)來決定。在時間控制方式下時，用戶通過灌溉周期和鍵盤輸入的灌溉時間，對應的數(shù)據(jù)會顯示在屏上。該灌溉方式主要應用在特殊情況之下，所以本設計采用方案一2。綜上所述，該系統(tǒng)具有非常好的人機互交界面，更方便進行實時控制功能，且能及時的響應用戶請求。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)實際情況選擇模式。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，各類功能很容易實現(xiàn)，極大提高了系統(tǒng)的實用性和可靠性。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用，并能夠靈活的實現(xiàn)計算機編程語言。用C語言編出來的程序，可以應用在很多平臺上，可移植性較強。計算機的操作系統(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語言有個突出的優(yōu)點適合于多種操作系統(tǒng)如UNIXDOS，也適用于多種機型。c語言既有匯編語言的特點，又具有高級語言的特點；是一個很成功的系統(tǒng)設計語言，有時候一個使用的程序設計語言，既能用來編寫各種系統(tǒng)程序，又能用來編寫不依賴計算機硬件的應用程序；所以c語言是一種應用廣泛且很受歡迎的程序設計語言。c語言不僅有高級語言的

11、特點，還有匯編語言的特點，它是由美國貝爾實驗室的DennisM.Ritchie在1972年推出的，1978年以后，C語言慢慢被移植到大、中、小以及微型機上，他可以作為工作系統(tǒng)的設計語言，編寫系統(tǒng)HYPERLINK的應用程序。它具備很強的數(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設計發(fā)明，且首次在UNIX操作系統(tǒng)的DECPDP-11計算機上使用，他是由早期的編程編程語言HYPERLINK發(fā)展而來的在1970年，貝爾實驗室的KenThposon根據(jù)BCPL語言設計出比較先進的并且取名為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)。在微型計算機的日益普及，C語言出現(xiàn)了許多版本。由于沒有統(tǒng)一的標準，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，美國的國家標準研究所(ANSI)%C語言制定一套ANSI標準，是現(xiàn)行的C語言標準，所以C語言是世界上使用最廣泛、最流行的高級程序設計語言之一3。調(diào)試環(huán)境的選擇軟件部分應用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、可維護性、

13、可讀性上具有很明顯的優(yōu)勢，所以很容易學習使用。Kei1提供了宏匯編器、c編譯器、連接、庫管理器與一個功能強大的仿真器和調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，且依靠一個集成開發(fā)環(huán)境(uVision)把這幾個部分組合在一起。要運行Keil軟件只需要WIN2000、WINXP、WIN98、NT等操作系統(tǒng)。若你用C語言進行編程，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)的硬件設計AT89S52單片機的硬件結(jié)構(gòu)單片機的全稱是微型計算機(SingleChipMicrocomputer)。在應用方面來看，單片機主要應用

14、于控制，所以又叫微控制器(MicroControllerUnit)、嵌入式控制器(EmbeddedController)。單片機是集成計算機的基本部件在一塊芯片上的最小系統(tǒng)計算機，其工作原理和基本組成與通用微型計算機是一樣的。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，配置各種外部設備構(gòu)成了微機的硬件系統(tǒng)。單片機成本低，運用靈活，易于產(chǎn)品化，體積??；面向控制，能很好的解決由簡單到復雜的各類控制任務；適用范圍較廣，抗干擾能力強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單片機的結(jié)構(gòu)及引腳1、AT89S52型號的單片機的主要特性：和MCS-51單片機產(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16位定時器/計數(shù)器；三級加密程序存儲器；32個可編程1/O口線；全雙工UART串行通道；掉電標識符；雙數(shù)據(jù)指針；看門狗定時器；掉電后中斷可喚醒；低功耗空閑和掉電模式；八個中斷源。AT89S52具有如下標準功能：256字節(jié)RAM，看門狗定時器，一個

16、6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，三個16位定時器/計數(shù)器，2個數(shù)據(jù)指針，32位I/O口線，片內(nèi)晶振及時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，CPU停止工作，但允許RAM、計數(shù)器/定時器、中斷、串口繼續(xù)工作。當處于掉電保護方式時，振蕩器被凍結(jié)，RAM內(nèi)容被保存，單片機停止一切工作，直到下一個硬件或中斷復位為止。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TTL邏輯電平。當P0端口為“1”時，弓I腳處于高阻抗輸入。當訪問數(shù)據(jù)存儲器時與外部程序，P0口也被當做低8位數(shù)據(jù)/地址復用。在這種模式時，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時P0口也用于接收指令字節(jié)；在程序校驗時輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部的上拉電阻。Pl端口（P1.0-P1.7）：Pl口是個具有內(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TTL邏輯電平。當P1端口為“1”時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉高，這時可以作為輸入口使用。當作為輸入使用時，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分別作計數(shù)

19、器/定時器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和計數(shù)/定時器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）,具體如下表3-1所示。在flash編程與校驗時，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定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入，時鐘輸出P1.1T2EX定時器/計數(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TTL邏輯電平。當P2端口為“1”時，內(nèi)部的上拉電阻把端口拉高，這時可

20、以作為輸入口使用。當作為輸入使用時，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，P2口將送出高八位地址。在這種應用中，P2口使用較強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。當使用8位地址（如MOVXRI）訪問外部的數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程與校驗時，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TTL邏輯電平。當P3端口為“1”時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉高，這時可以作為輸入口使用。在作

21、為輸入使用時，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編程與校驗時，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定時器0外部輸入P3.5T1定時器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:復位輸入。當晶振工作時，該腳持續(xù)2個機器周期的高電平將使單片機復位。看門狗計時完成以后，RST腳輸出96個晶振周期高電平，

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

23、的SFR的第0位）設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，PSEN在每個機器周期被激活兩次，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，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。顯示電路的設計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)顯示是需要進行動態(tài)掃描顯示，這樣會占用大量的單片機運行周期，顯示位數(shù)比較多的時候，CPU需要逐一進行掃描，占用CPU很多的時間。數(shù)碼管靜態(tài)顯示不需要占用單片機的系統(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時間少，占用單片機的外部I/O口較少。但是占用系統(tǒng)的口線較多，硬件電路較復雜，且成本很高。所以適用于顯示數(shù)碼管個數(shù)少的設計。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。很廣泛的應分為應用于便攜式電子產(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陣型。字符型的LCD只顯示數(shù)字、字母與常用符號，而點陣型LCD不僅顯示字符，還可以顯示漢字及各種圖形信息等。對于我們的設計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個字符或者數(shù)字，同時能夠用字符標識顯示的信息，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能夠顯示設置值的濕度的上下限。2.2.2液晶顯示接口電路設計本設計使用1602液晶顯示屏與單片機相連，顯示電路如圖2.2所示,圖2.2.單片機與液晶電路圖A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832ADC0832是由美國國家半導體公司出產(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，體積小，性價比高而很受單片機愛好者與一些企業(yè)的歡迎，當前已經(jīng)有了很高的普及率。使用并學習ADC0832可以使我們更多了解A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理，且有助于我們學習單片機技術(shù)水平進一步提高。ADC0832具有以下特點5V電供電時輸入電

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（復用）。CLK芯片時鐘輸入。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到256級，可應于一般模擬量的轉(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)換時間只有32uS，具有雙數(shù)據(jù)輸出可以作為數(shù)據(jù)校驗，以便減少數(shù)據(jù)誤差，穩(wěn)定性能強且轉(zhuǎn)換速度快。獨立芯片的使能輸入，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，可很容易的實現(xiàn)通道功能選擇。單片機對ADC0832控制原理：正常情況時ADC0832和單片機接口應該為4條數(shù)據(jù)線，分別是CLK、CS、DI、DO。但是由于DO端和DI

29、端在通信的時候并不能同時有效，且與單片機接口為雙向，所以在設計電路時可以把DI與DO并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當ADC0832沒有工作時CS輸入端應該為高電平，這時芯片禁用，DO/DI和CLK的電平可以任意。當需要進行A/D轉(zhuǎn)換時，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，同時處理器可以向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，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按鍵電路方案的設計2.4.1按鍵電路的選擇方案一：運用獨立按

30、鍵，將單片機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，軟件將會檢測電平的變化，同時做出相應的變化，另一端接地。方案二：運用行列式矩陣按鍵，通過反轉(zhuǎn)的方法分別掃描列線和行線，來判斷哪一個按鍵被按下，并執(zhí)行相應操作。總結(jié)：通過兩種方按比較，它們的區(qū)別在于按鍵的數(shù)量，矩陣按鍵更適合應用在需求按鍵較多的電路中。獨立按鍵每一個按鍵都需要一個1/O口，則適用于使用按鍵數(shù)量較少的設計中。2.4.2按鍵電路的設計根據(jù)我的設計需求，只需要4個按鍵即可，所以采用獨立按即鍵方案一。按鍵電路如下圖3.4所示，一端接單片機I/O口，另外一端接地，通過檢測與之相連的I/O口，產(chǎn)生相應的動作，其中包括復位鍵，

31、調(diào)速鍵，設置鍵和菜單鍵。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單片機晶振電路原理及作用在單片機的系統(tǒng)里都含有晶振，晶振作用很大，全程3全名叫晶體振蕩器。晶振與單片機內(nèi)部電路結(jié)合產(chǎn)生單片機需要的時鐘頻率，當晶振所提供的時鐘頻率越高，單片機運行的速度就越快，單片極接的所有指令執(zhí)行都是在單片機晶振提供的時鐘頻率下進行的。通常工作條件下普通的晶振頻率絕對精度可以達到百萬分之五十，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機械能互相轉(zhuǎn)化的晶體共振的時候工作，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)提供時鐘信號的。常常一個系統(tǒng)共使用一個晶振，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)所需要的時鐘頻率。若不同的子系統(tǒng)需不同的頻率的時鐘信號時，可用與同一個晶振連接的不同鎖相環(huán)提供。2.6復位電路的設計MCS51系列單片機有內(nèi)部復位電路和外部復位電路而MCS51復位是由外部復位電路實現(xiàn)的。單片機一般都在開機時要做復位，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確定穩(wěn)定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。外部復位電路通常有兩種即上復位電路和開關復位

33、電路兩種方式。該電路兼有上復位和開關復位電路。復位電路圖如圖RESET。工作原理為:開關閉合，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，就能靠單片機實現(xiàn)有效復位。該設計時鐘頻率為12MHz，C取10卩F，R取10KQ。復位電路如圖3-3所示。圖2.7復位電路原理圖2.7報警電路的設計該設計采用了聲光報警電路接口電路如圖3-13所示。MCS-51的口線P26接報警電路的輸入端，當P26口輸出低電平時,發(fā)光二極管兩端電壓差接近5V,發(fā)光報警.壓電蜂鳴器兩條引線加上近5V的直流電壓，由壓電效應而發(fā)出蜂鳴音報警。vccri.cLi-IQIFJiPIT圖2

34、.8聲光報警電路接口電路2.8土壤濕度傳感器YL-69土壤濕度計檢測模塊YL-69土壤濕度計檢測計特點（1）YL-69是一個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，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。設有固定的螺栓孔，方便安裝小板PCB尺寸：3cm*1.6cm數(shù)字開關量輸出指示燈(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，所以可以組成一個土壤濕度報警系統(tǒng)；小板數(shù)字量輸出DO和單片機直接相連，利用單片機檢測高低電平，由此檢測土壤濕度；在土壤濕度大于設定閾值時，模塊DO輸出為低電平模塊當土壤濕度不超過設定閾值時，DO口輸出為高電平；YL-69土壤濕度傳感器是個簡單的傳感器，土壤缺水時輸出高電平，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，傳感器的兩個極片把土壤看作一個電阻來用，當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，運用這個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的連接示意圖如圖2.8.1所示。該設計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)換器在送到單片機即可,該設置中試用兩個土壤傳感器。vfcRlIDCiNDU1DUILIAVINA-OUTB1NA+INB-GMDLNB+Tnf.AC扌TL+fiND圖2.10濕度采集模塊組成和單片機的連接圖2.9步進電機驅(qū)動模塊2.9.1步進電機簡介和原理步進電機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。在給定一個電脈沖信號，步進電機的轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過相應一個角度，這個角

37、度就稱為該步進電機的步距角。當前常用的步進電機步距角大多為0.9度（俗稱半步）或1.8度（俗稱一步）。用步距角為0.9度的步進電機為例，當給步進電機一個電脈沖信號時，步進電機轉(zhuǎn)過0.9度；當給了兩個脈沖信號時，步進電機轉(zhuǎn)過1.8度。由此，連續(xù)的給定脈沖信號時，步進電機便可以連續(xù)的運轉(zhuǎn)。由于電脈沖信號和步進電機的轉(zhuǎn)角存在一定的線性關系，使步進電機在位置控制、速度控制等方面應用較廣。步進電機使用時需要三個方面配合，一電脈沖信號發(fā)生器必須按照給定的設置重復的為步進電機傳送電脈沖信號，當前這種信號大多數(shù)由單片機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行放大，驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動外

38、，還可用來改善步進電機使用的性能，實際中在步進電機的系統(tǒng)中起著很重要作用，通常一種步進電機根據(jù)不同的工作情況具有很多種驅(qū)動器；三是步進電機它有多種的型號和控制原理，目前常用的有混合式、反應式、感應子式等。步進電機是通過輸入脈沖頻率快慢來實現(xiàn)速度控制。當發(fā)生脈沖的頻率增加時，步進電機的速度就加快；當頻率減小時，速度就降低。還可通過對頻率的改變從而提高步進電機速度和位置精度。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、高耐壓達林頓陳列，由七個硅NPN達林頓管組成的。ULN2003的每對達林頓都串聯(lián)了一個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準邏輯緩沖器處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電流大，工作電壓很高，灌溉電流可以達到500mA，且能在關的狀態(tài)時承受50V的電壓，輸出還可在高負載電流時并行運行【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）達林頓驅(qū)動的典型應用：用于電機調(diào)速，逆變電路，大功率開關電路，利用CMOS電路通過達林頓管驅(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算機控制的，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,達林頓管的內(nèi)部由多只管子和電阻組成,

40、當用萬用表測試時基極的正反向阻值和普通的三極管不同。步進電機驅(qū)動模塊單片機的輸出波形信號脈沖寬度可以由延時子程序確定。但只要改變延時時間，便可改變驅(qū)動脈沖頻率，同時改變了步進電機轉(zhuǎn)速。很顯然使用靈活、方便。單片機向P2口輸出驅(qū)動代碼并由程序進行。在實際的編程過程中，將單片機的驅(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。每輸出一個代碼，步進電機就旋轉(zhuǎn)一步，連續(xù)的循環(huán)輸出，步進電機也就連續(xù)運行；倒序輸出時，步進電機便反向運行；停止輸出，步進電機也停止工作。當數(shù)據(jù)輸出的速度改變，同時輸出脈沖的頻率也改變，步進電機運行的速度也就改變。3系統(tǒng)軟件設計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行檢測，將測量到的濕度值和設定值比較，如果測量值大于了設定值，返回重新測量，如果測量到的值小于設定值，報警電路進行報警，灌溉系統(tǒng)啟動，進行灌溉。當系統(tǒng)通電時，各模塊電路開始啟動，將設定的上下限值輸入,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，單片機將送入的值和設定值進行比較，如果檢測值小于設定的下限值，步進電機驅(qū)動灌溉，如果檢測值大于設定的下限值，停止灌溉。如此的將檢測到的當前濕度和設定濕度循環(huán)比較，保持土壤濕度，實現(xiàn)良好的灌溉。圖3.1主程序流程圖濕度控

42、制模塊的設計濕度控制程序流程在該設計中利用濕度檢測模塊把多處地點檢測到的濕度模擬值，通過AD轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后對數(shù)據(jù)綜合處理，再傳給給單片機。單片機會將接收到數(shù)值與單片機內(nèi)存中的設定值比較，如果接收到的數(shù)值低于了設定值，步進電機控制電路模塊開始啟動步進電機且進行灌溉。如果收到的數(shù)值大于設定值，步進電機不啟動進行灌溉。與此同時單片機把檢測到的數(shù)值與系統(tǒng)的灌溉與否在實物模塊中顯示出來。灌溉同時進行濕度的判斷，整個系統(tǒng)在這個閉環(huán)控制系統(tǒng)中運行。圖3.2A/D轉(zhuǎn)換流程圖按鍵電路子程序按鍵用于人機界面的輸入，子程序用于按鍵的檢測?？紤]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、再檢測執(zhí)行對應程序。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液晶顯示模塊設計顯示器件，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慢認模塊的忙標志為低電平，表時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童時中模塊化設計原理方法及應用M.北京：中國標準出版社，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何立民單片機初級教程M.北京：北京航空航天大學出版社，1999:73-94宋彩利，孫友倉，吳宏岐單片機原理與C51編程M.西安：西安交通大學出版社,2000：190-191劉湘濤，江世明單片機原理與應用M.北京：電子工業(yè)出版社，2007：134-139,142-148.王毅單片機器件應用手冊M.北京：人民郵電出版社，1994：6