基于單片機(jī)的節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計題 目：基于單片機(jī)的智能節(jié)水灌溉的設(shè)計與實現(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error! no bookmark name given.目 錄1 方案設(shè)計11.1 設(shè)計任務(wù)要求11.2 硬件方案設(shè)計11.3 編程語言與調(diào)試環(huán)境選擇31.3.1 編程語言的介31.3.2 調(diào)試環(huán)境的選擇32 智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)的硬件設(shè)計52.1 at89s52單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)52.1.1 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及引腳52.2 顯示電路的設(shè)計92.2.1 顯示電路選擇92.2.2 液晶顯示接口電路設(shè)計102.3 a/d 轉(zhuǎn)換芯片adc0832102.3

2、.1 adc0832 具有以下特點102.3.2 adc0832 與單片機(jī)的接口電路112.4 按鍵電路方案的設(shè)計122.4.1 按鍵電路的選擇122.4.2 按鍵電路的設(shè)計122.5 單片機(jī)晶振電路原理及作用132.6 復(fù)位電路的設(shè)計142.7 報警電路的設(shè)計152.8 土壤濕度傳感器 yl-69 土壤濕度計檢測模塊152.8.1 yl-69 土壤濕度計檢測計特點152.8.2 使用說明162.9 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊172.9.1 步進(jìn)電機(jī)簡介和原理172.9.2 uln2003驅(qū)動芯片182.9.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊183 系統(tǒng)軟件設(shè)計193.1 軟件系統(tǒng)總體工作流程193.2 濕度控制模塊

3、的設(shè)計203.2.1 濕度控制程序流程203.3 按鍵電路子程序213.4 1602液晶顯示模塊設(shè)計22參考文獻(xiàn)24附錄a 硬件原理圖25附錄b 程序代碼26附錄c 實物圖片31iierror! no bookmark name given.沈陽工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計1 方案設(shè)計1.1 設(shè)計任務(wù)要求1、能夠檢測土壤濕度，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時，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、濕度傳感器對土壤多點采集信號轉(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。1.2 硬件方案設(shè)計該課題以at89

4、s52單片機(jī)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(jìn)行多點檢測，當(dāng)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(jìn)行自動的灌溉，該系統(tǒng)還可以完成手動控制灌溉，隨時進(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)計要求。根據(jù)該設(shè)計的功能要求，確定方案： at89s52單片機(jī)做為控制電路核心，采用模塊化設(shè)計的方案。模塊化設(shè)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)計思想，是在傳統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)

5、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)在正處于信息時代，電子產(chǎn)品不斷推出新產(chǎn)品，應(yīng)用模塊化設(shè)計的產(chǎn)品也正在不斷涌現(xiàn)。當(dāng)代模塊化設(shè)計已經(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)計方法也是綠色設(shè)計方法之一1。該設(shè)計總共分為：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、濕度采集模塊、液晶顯示模塊、ad轉(zhuǎn)換模塊、報警電路。本設(shè)計中步進(jìn)電機(jī)采用28byj48型四相八拍電機(jī)，步進(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，ad轉(zhuǎn)換模塊中主要器件是adc0832 ad轉(zhuǎn)換器，液晶顯示器以lcd 160

6、2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(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)實行灌溉。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)行到一定的時間時，自動停止工作，這個時間是由

7、用戶加載到單片機(jī)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(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)行實時控制功能，且能及時的響應(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所示。圖1.1 自動灌溉控制器系統(tǒng)基本模塊原理框圖1.3 編程語言與調(diào)試環(huán)境選擇1.3.1 編程語言的介 c語言是一種被廣泛應(yīng)用，并能夠靈活的實現(xiàn)計算機(jī)編程語言。用c語言編出來的程

8、序，可以應(yīng)用在很多平臺上，可移植性較強(qiáng)。計算機(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語言有個突出的優(yōu)點適合于多種操作系統(tǒng)如unix、dos,也適用于多種機(jī)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(shè)計語言，有時候一個使用的程序設(shè)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(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)計語言。 c語言不僅有高級語言的特點，還有匯編語言的特點，它是由美國貝爾實驗室的dennis m. 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

9、微型機(jī)上，他可以作為工作系統(tǒng)的設(shè)計語言，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dennis ritchie設(shè)計發(fā)明，且首次在unix操作系統(tǒng)的decpdp-11計算機(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，貝爾實驗室的kenthposon根據(jù)bcpl語言設(shè)計出比較先進(jìn)的并且取名為b的語言，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)）。 在微型計算機(jī)的日益普及, c語言出現(xiàn)了許

10、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)為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)計語言之一3。1.3.2 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keil作為開發(fā)工具。keil c51是美國的keil software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、可讀性上具有很明顯的優(yōu)勢，所以很容易學(xué)習(xí)使用。keil提供了宏匯編器、c編譯器、連接、庫管理器與一個功能強(qiáng)大的仿真器和

11、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(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2.1 at89s52單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)單片機(jī)的全稱是微型計算機(jī)（single chip microcomputer）。在應(yīng)用方面來看，單片機(jī)主要應(yīng)用于控制，所以又叫微控制器（microcontrollerunit）、嵌入式控制器（embedded co

12、ntroller）。單片機(jī)是集成計算機(jī)的基本部件在一塊芯片上的最小系統(tǒng)計算機(jī)，其工作原理和基本組成與通用微型計算機(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，外部通過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，運用靈活，易于產(chǎn)品化，體積小；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cmos 8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，

13、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:l 和mcs-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；l 8k字節(jié)在系統(tǒng)可以編程flash存儲器；l 全靜態(tài)操作：0hz33hz；l 1000次擦寫周期；l 三個16位定時器/計數(shù)器；l 三級加密程序存儲器；l 32個可編程i/o口線；l 全雙工uart串行通道；l 掉電標(biāo)識符；l 雙數(shù)據(jù)指針；l 看門狗定時器；l 掉電后中斷可喚醒；l 低功耗空閑和掉電模式；l 八個中斷源。at89s52具有如下標(biāo)準(zhǔn)功能：256字節(jié)ram，看門狗定時器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，三個16 位

14、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。另外，at89s52 可降到0hz 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(dāng)處于掉電保護(hù)方式時，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。圖2-1 at89s52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i/o口。

15、作為輸出口，每位能夠驅(qū)動8個ttl邏輯電平。當(dāng)p0端口為“1”時，引腳處于高阻抗輸入。當(dāng)訪問數(shù)據(jù)存儲器時與外部程序，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，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。p1 端口（p1.0-p1.7）：p1口是個具有內(nèi)部上拉電阻8 位雙向i/o口，p1輸出緩沖器能夠驅(qū)動4 個ttl 邏輯電平。當(dāng)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(dāng)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)

16、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2-1 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p1.7sck在系統(tǒng)編程用p2 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(dāng)p2 端口為“1”時，內(nèi)部的上拉電阻

17、把端口拉高，這時可以作為輸入口使用。當(dāng)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movx dptr）時，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movx ri）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(dāng)p3 端口為“1”時，內(nèi)部上拉電

18、阻將端口拉高，這時可以作為輸入口使用。在作為輸入使用時，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2-2 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(fù)位輸入。當(dāng)晶振工作時，該腳持續(xù)2個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計

19、時完成以后，rst 腳輸出96個晶振周期高電平，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，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(dāng)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，

20、ale 會被微弱拉高。這個ale 使能標(biāo)志位（地址為8eh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，psen在每個機(jī)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(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)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。xtal2:振蕩器

21、反相放大器輸出端。2.2 顯示電路的設(shè)計2.2.1 顯示電路選擇方案一：數(shù)碼管顯示 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)運行周期，顯示位數(shù)比較多的時候，cpu需要逐一進(jìn)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(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)碼管個數(shù)少的設(shè)計。方案二：液晶顯示器顯示 液晶顯示器簡稱lc

22、d，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(yīng)分為應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)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(shè)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(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

23、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，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(shè)置值的濕度的上下限。2.2.2 液晶顯示接口電路設(shè)計本設(shè)計使用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2.3 a/d 轉(zhuǎn)換芯片adc0832 adc0832 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

24、 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。2.3.1 adc0832 具有以下特點 5v 電供電時輸入電壓在 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 32s； 商用級芯片溫寬為0°c to +70°c，工業(yè)級芯片溫寬為40°c to +85°c； 8p、14pdip（雙列直插） 、picc 多種封裝； 一般功耗僅為 15mw； 圖2.3 adc0832引腳芯片接口說明： · vcc/ref 電源輸入與參考電壓的輸入（復(fù)用）

25、 。 · 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+/-使用。 · cs_ 片選使能端，低電平芯片使能。2.3.2 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

26、入值在 05v 范圍之內(nèi)。芯片轉(zhuǎn)換時間只有 32s，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(qiáng)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(jī)對 adc0832 控制原理：正常情況時 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 端在通信的時候并不能同時有效，且與單片機(jī)接口為雙向，所以在設(shè)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(dāng) adc0832 沒有工作時 cs 輸入端應(yīng)該為高電平，這時芯片禁用，do/di 和 c

27、lk的電平可以任意。當(dāng)需要進(jìn)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。圖2.4 a/d轉(zhuǎn)換接口電路2.4 按鍵電路方案的設(shè)計2.4.1 按鍵電路的選擇方案一：運用獨立按鍵，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，軟件將會檢測電平的變化，同時做出相應(yīng)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(yīng)操作。總結(jié)：通過兩種方按比較，它們

28、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。獨立按鍵每一個按鍵都需要一個i/o口，則適用于使用按鍵數(shù)量較少的設(shè)計中。2.4.2 按鍵電路的設(shè)計根據(jù)我的設(shè)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(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，調(diào)速鍵，設(shè)置鍵和菜單鍵。電路圖如圖2.8所示。 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)需要的時鐘頻率，當(dāng)晶振所提供的時鐘頻率越高，單

29、片機(jī)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(jī)晶振提供的時鐘頻率下進(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)化的晶體共振的時候工作，可以提供精確，穩(wěn)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

30、振連接的不同鎖相環(huán)提供。圖2.6 時鐘電路電路圖2.6 復(fù)位電路的設(shè)計 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)位電路實現(xiàn)的。單片機(jī)一般都在開機(jī)時要做復(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(fù)位電路通常有兩種即上復(fù)位電路和開關(guān)復(fù)位電路兩種方式。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)實現(xiàn)有效復(fù)位。該設(shè)計時鐘頻率為12mhz，c取10f，r取10k。

31、復(fù)位電路如圖3-3所示。 圖2.7 復(fù)位電路原理圖2.7 報警電路的設(shè)計該設(shè)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(dāng)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(yīng)而發(fā)出蜂鳴音報警。圖2.8 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2.8.1 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)（3） 工作電壓為3.3v-5v（4） 模

32、塊雙輸出模式，模擬量輸出更精確，數(shù)字量輸出簡單。 (5) 設(shè)有固定的螺栓孔，方便安裝 (6) 小板pcb尺寸：3cm * 1.6cm (7) 數(shù)字開關(guān)量輸出指示燈（綠色）電源指示燈（紅色）(8) 比較器采用lm393芯片，工作穩(wěn)定小板接口說明（4線制）1. gnd  外接gnd2. vcc  外接3.3v-5v 3. ao   小板模擬量輸出接口4. do   小板數(shù)字量輸出接口（0和1）2.8.2 使用說明1. 土壤濕度模塊對環(huán)境濕度最敏感常用來檢測土壤的濕度。2. 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

33、度更精確的數(shù)值；3. 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)；4. 小板數(shù)字量輸出d0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；5. 在土壤濕度大于設(shè)定閾值時，模塊d0輸出為低電平模塊當(dāng)土壤濕度不超過設(shè)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(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。圖2.9 土壤

34、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)置中試用兩個土壤傳感器 。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。在給定一個電脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過相應(yīng)一個角度，這個角度就稱為該步進(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)一個電脈沖信號時，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過

35、0.9度；當(dāng)給了兩個脈沖信號時，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，步進(jìn)電機(jī)便可以連續(xù)的運轉(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【7】。步進(jìn)電機(jī)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(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，還可用來改善步進(jìn)電機(jī)使用的性能，實際中在步進(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

36、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現(xiàn)速度控制。當(dāng)發(fā)生脈沖的頻率增加時，步進(jìn)電機(jī)的速度就加快；當(dāng)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(jìn)電機(jī)速度和位置精度。2.9.2 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2.7k的基極電阻,且在5v工作電壓下能夠和cmos與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

37、承受50v的電壓，輸出還可在高負(fù)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(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,當(dāng)用萬用表測試時基極的正反向阻值和普通的三極管不同。2.9.3 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子程序確定。但只要改變延時時間，

38、便可改變驅(qū)動脈沖頻率，同時改變了步進(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)運行；倒序輸出時，步進(jìn)電機(jī)便反向運行；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，同時輸出脈沖的頻率也改變，步進(jìn)電機(jī)運行的速度也就改變。圖2.11 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊電路圖3 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 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

39、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，報警電路進(jìn)行報警，灌溉系統(tǒng)啟動，進(jìn)行灌溉。當(dāng)系統(tǒng)通電時，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，實現(xiàn)良好的灌溉。圖3.1 主程序流程圖3.2 濕度控制模塊的設(shè)計3.2.1 濕度控制程序流程在該設(shè)計中利用濕度檢測模塊把多處地點檢測到的濕度

40、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。與此同時單片機(jī)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(jìn)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3.2 a/d轉(zhuǎn)換流程圖3.3 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。其過程為：掃描按鍵、去抖延時、再檢測、執(zhí)行對應(yīng)程序。 圖3.3 按鍵程

41、序流程3.4 1602液晶顯示模塊設(shè)計液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，在執(zhí)行每條指令之前要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，則此指令失效，要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，告訴模塊在哪里現(xiàn)實了字符。1602液晶顯示模塊可與stc89c52直接接口的。軟件流程圖 所示：圖3.4 顯示模塊子程序流程圖參考文獻(xiàn)1童時中模塊化設(shè)計原理方法及應(yīng)用m北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000：20-432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，2003：112-1363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，1999：73-944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

42、學(xué)出版社，2000：190-1915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，2007：134-139,142-1486王毅單片機(jī)器件應(yīng)用手冊m北京：人民郵電出版社，1994：60-657王鴻鈺.步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)入門m.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1990：29-658朱兵，彭宣戈匯編語言程序設(shè)計m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009：18-39附錄a 硬件原理圖圖a1 硬件原理圖32error! no bookmark name given.附錄b 程序代碼#include <reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar

43、unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned long/*八拍方式驅(qū)動，順序為a ab b bc c cd d da*/unsigned char code clockwise=0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01,0x09; uchar h_temp=80;uchar l_temp=20;uchar c_temp=30;uint motor_speed=2000;uchar set_flag=0;uchar speed_flag=1; /速度標(biāo)志位uchar time1_num=0;uint ad_dat1=0;