智能灌溉系統(tǒng)的設計論文

Tianjin畢業(yè)設計二○一一年六月智能灌溉系統(tǒng)的設計DesignofIntelligentIrrigationSystem2011年6月摘要近幾年來，隨著全球水資源的日趨緊張，世界各國都在積極探索行之有效的節(jié)水途徑和措施。自動控制節(jié)水灌溉技術的上下代表著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的開展狀況，灌溉系統(tǒng)自動化水平較低是制約我國高效農(nóng)業(yè)開展的主要原因，節(jié)水灌溉作為一項現(xiàn)代化的工程技術，無論是工程節(jié)水、農(nóng)業(yè)節(jié)水，還是管理節(jié)水都必須建立在節(jié)水灌溉設備實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的根底上。節(jié)水灌溉技術是為了解決水資源缺乏，提高灌溉效率而開展起來的現(xiàn)代灌溉技術之一。本課題設計了一個智能灌溉系統(tǒng)，該系統(tǒng)以AT89S52單片機為控制核心，采用模塊化的設計方案，由溫濕度采集模塊、時鐘模塊、步進電機控制模塊、鍵盤接口模塊和液晶顯示模塊組成。溫濕度采集模塊以DHT11溫濕度傳感器為核心，時鐘模塊主要由DS1302和32.768kHz的晶體組成，步進電機控制電路模塊采用了達林頓驅動芯片ULN2003，顯示電路模塊主要由LCD12864構成。在閉環(huán)〔自動〕模式下，該系統(tǒng)能自動對土壤的溫濕度進行檢測，當實際濕度低于警戒值時單片機自動啟動步進電機進行灌溉。關鍵詞：AT89S52；DHT11溫濕度傳感器；ULN2003達林頓驅動；LCD12864；DS1302ABSTRACTInrecentyears,alongwiththeglobalwaterresourcesisnervous,countriesintheworldexploreactivelyeffectivewaysandmeasuresofwater-saving.Automaticcontrolthediscretionofwater-savingirrigationtechnologiesrepresentstheagriculturalmodernization,lowlevelofthedevelopmentsituationofirrigationsystemautomationbecomethemaincauseofrestrictinghigh-efficientagriculturedevelopment,water-savingirrigationisamodernengineeringtechnology,whetherengineeringsectionwater,watersaving,ormanagementofagriculturalwatermustbebasedonthebasisofwater-savingirrigationequipmentrealizingindustrializationproduction.Water-savingirrigationtechniqueisusedtodealwiththewatershortage,improveirrigationefficiencyandbedevelopedintooneofthemodernirrigationtechniques.Thistopicdesignanintelligentirrigationsystem,thissystemselecttheAT89S52SCMascontrolcore,adoptthemodularizingdesignscheme,whichcontainthetemperatureandhumidityacquisitionmodule,PHvaluedetectionmodule,clockmodule,steppingmotorcontrolmodule,keyboardinterfacemoduleandLCDmodule.DHT11andhumiditysensorisselectedasthecoreoftemperatureandhumidityacquisitionmodule,clockmoduleismainlycomposedoftheclockDS1302andcrystalof32.768kHz,steppingmotorcontrolcircuitmoduleadoptedreachlintondrivechipULN2003,displaycircuitmoduleismainlyconsistedoftheLCD12864constitutes.Intheloop(automatically)mode,thesystemcanautomaticallydetectonsoiltemperatureandhumidity,whenactualhumidityunderalertvaluesingle-chipmicrocomputerautomaticstartsteppingmotorforirrigation.KeyWords：AT89S52;DHT11temperatureandhumiditysensor;ULN2003DarlingtonDriver;LCD12864;DS1302目錄1緒論11.1引言11.2課題來源11.3國內(nèi)外現(xiàn)狀22方案設計與論證42.1總體方案論證42.2鍵盤電路52.3溫濕度傳感器的選取6濕度傳感器原理6數(shù)字溫濕度傳感器DHT1173系統(tǒng)硬件電路設計93.1AT89S52單片機的硬件結構9單片機的結構及信號引腳93.1.2AT89S52最小系統(tǒng)123.2直流穩(wěn)壓電源的設計133.3濕度采集模塊143.3.1溫濕度傳感器的原理143.4pH值檢測裝置173.5時鐘模塊19時鐘模塊接線圖19DS1302內(nèi)部存放器213.6液晶顯示模塊22液晶顯示模塊概述22模塊主要硬件構成說明233.7步進電機驅動模塊25步進電機簡介和原理253.7.2ULN2003驅動芯片25步進電機驅動模塊264系統(tǒng)軟件設計274.1程序設計274.2主程序設計284.312864LCD顯示子程序設計30結論35參考文獻36致謝37附錄一總體電路圖38附錄二源程序391緒論1.1引言水是一切生命過程中不可替代的根本要素，也是維系國民經(jīng)濟和社會開展的重要根底資源。過去，人們認為水是取之不竭、用之不盡的天然資源。因為在那些年代，科學技術不夠興旺，經(jīng)濟開展不夠迅速，人口數(shù)量少，人們對水的使用總是很隨意，水資源似乎總也用不完。隨著科技不斷進步，經(jīng)濟高速開展，生產(chǎn)力極大提高以及人口只增不減，水資源危機開始顯現(xiàn)并日漸明顯。隨著中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程的高速開展、農(nóng)業(yè)結構的調整以及我國參加世貿(mào)組織等因素，節(jié)水灌溉自動化技術的要求越來越高，灌溉控制器在我國有著巨大的市場。節(jié)水灌溉控制器近期在中國應朝著價格低、性能可靠、操作簡便的方向開展。但從長遠利益考慮，新的智能化技術、傳感技術和農(nóng)業(yè)科技的引入、應用和普及，將會有智能化程度更高、功能更強、性能更趨于穩(wěn)定和可靠的灌溉控制器出現(xiàn)。本課題以AT89S52單片機為主要硬件模塊，通過軟件編程實現(xiàn)對土壤溫度和濕度進行多點檢測，當所測的實際濕度低于警戒值時，將觸發(fā)灌溉控制器裝置，進行自動灌溉，系統(tǒng)還可以實現(xiàn)時間控制方式，隨時灌溉，從而也表達了多用途、人性化的現(xiàn)代智能化系統(tǒng)設計要求。根據(jù)本設計的功能要求，可確定此方案：以AT89S52單片機為控制電路的核心，采用模塊化的設計方案。在閉環(huán)控制方式下，利用溫濕度采集模塊將多處不同地點檢測到的溫度、濕度模擬量進行模數(shù)轉化后傳送給單片機，單片機將采集到的數(shù)據(jù)與警戒值比擬；假設采集數(shù)據(jù)低于警戒值，那么啟動步進電機驅動模塊進行灌溉；假設采集數(shù)據(jù)高于警戒值，那么不啟動驅動模塊進行灌溉。顯示模塊將采集數(shù)據(jù)和灌溉信息顯示在顯示屏上。灌溉時間一到，驅動電路那么停止驅動步進電機，灌溉停止。在時間控制方式下，用戶通過鍵盤輸入進行灌溉的時間，時間一到，灌溉停止。1.2課題來源經(jīng)過多年的開展，國外灌溉控制器已逐步趨于成熟化、系列化，但由于價格昂貴，國內(nèi)雖引進一些，但多數(shù)是用于農(nóng)業(yè)示范區(qū)、科研單位、高校實驗室，雖然國外生產(chǎn)的灌溉控制器性能優(yōu)越，但沒有考慮我國特殊的自然、氣候、土地資源、農(nóng)民經(jīng)濟狀況等因素，因而國外引進的灌溉控制器在國內(nèi)應用并不普及。雖然國內(nèi)也有多家研制灌溉控制器，但多數(shù)是小規(guī)模、實驗和理論的探討，應用不夠普及，究其原因一那么是開發(fā)性能完善的灌溉控制系統(tǒng)不僅需要大量的人力、物力的投入，還需要多部門、多學科的融合，這就在一定程度上限制了性能完善、適應性強的控制器的開發(fā)；其次是現(xiàn)在開發(fā)出來的灌溉控制器價格相對昂貴，農(nóng)民盡管知道能節(jié)省人力、灌溉用水、提高產(chǎn)量，但由于一次性投資太大，大多數(shù)農(nóng)民承受不起，這也在一定程度上限制了灌溉控制器的普及。隨著中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程的加快、農(nóng)業(yè)結構的調整、以及我國加人世貿(mào)組織等因素，可以預計對農(nóng)業(yè)灌溉自動化技術的要求會越來越高，灌溉控制器在我國將有巨大的市場。節(jié)水灌溉控制器近期在中國應朝著價格低、性能可靠、操作簡便的方向開展。但從長遠利益考慮，新的智能化技術、傳感技術和農(nóng)業(yè)科技的引入、應用和普及，將會有智能化程度更高、功能更強、性能更穩(wěn)定可靠的灌溉控制器出現(xiàn)。西方興旺國家在節(jié)水灌溉控制器的開發(fā)上已越來越成熟，且開展趨勢是研制大型分布式控制系統(tǒng)和小面積單片機控制系統(tǒng)，并帶有通信功能，能與上位機進行通信，并可由微機對其編程操作。同時隨著人工智能技術的開展，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡等新技術也為節(jié)水灌溉控制器的研發(fā)開辟了廣闊的應用前景。而國內(nèi)在灌溉控制器的研制方面還沒有形成規(guī)模大、應用范圍廣的成套灌溉控制產(chǎn)品。國內(nèi)的一些高爾夫球場等大面積場地灌溉控制，一般都是采用國外現(xiàn)成的成套灌溉控制產(chǎn)品。而廣闊農(nóng)村可根據(jù)我國國情和各地經(jīng)濟和技術開展的實際情況，采取簡單可行的節(jié)水灌溉控制措施及相應的排灌機械和設備，大力開展可靠、實用、本錢低、操作簡便的節(jié)水灌溉控制器，它不僅具有廣闊的市場，而且具有巨大的社會和經(jīng)濟效益。1.3國內(nèi)外現(xiàn)狀國內(nèi)在開發(fā)灌溉自動控制系統(tǒng)方面還處于研制、試用階段，真正能投入實際應用，且應用較廣的灌溉控制器還是很少。在開發(fā)的產(chǎn)品中有著代表性的如中國農(nóng)業(yè)機械化研究院聯(lián)合多家單位研制的2000型溫室自動灌溉施肥系統(tǒng)。該系統(tǒng)是國家“九五”科技攻關工程中自主研發(fā)的科技產(chǎn)品，它結合我國溫室的環(huán)境和實際使用特點，以積木分布式系統(tǒng)結構原理，解決了計算機適時閉環(huán)控制、動態(tài)監(jiān)測、控制顯示中文、施肥泵混合比可調、電磁閥開度可調等關鍵技術問題。該系統(tǒng)具有手動控制、程序控制和自動控制等多種灌溉系統(tǒng)模式，可按需要靈活應用，在大連、北京等地已經(jīng)投入了應用，從系統(tǒng)運行情況來看，該系統(tǒng)有很好控制效果，取的了一定的經(jīng)濟效益和社會效益。天津市水利科學研究所研制的溫室滴灌施肥智能化控制系統(tǒng)主要用于現(xiàn)代溫室，日光溫室作物的灌溉營養(yǎng)液施肥，環(huán)境監(jiān)測的智能控制，采用世界先進的可編程序控制器和觸摸屏控制技術，性能可靠、功能齊全、人機界面友好、操作簡單、價格低廉，此控制系統(tǒng)的控制流量為15，控制規(guī)模為1~2時，能控制24路閥門，系統(tǒng)具有人工干預灌溉施肥功能，定時、定量灌溉施肥功能，條件控制灌溉施肥功能。北京澳作生態(tài)儀器的澳作智能節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)可與各種滴、噴灌系統(tǒng)連接，實時監(jiān)測土壤墑情，根據(jù)要求自動灌溉?？刂品绞届`活，手動、半自動、全自動任選且可隨意在計算機上更改，可同時控制多個設備，受控區(qū)位置及形狀，環(huán)境參數(shù)及設備狀態(tài)可同時顯示在中心計算機上。北京奧特思達科技研制的WT-02型微噴灌定時自動控制器，是一種供農(nóng)業(yè)、草坪、果園、溫室一般場合給水的電子灌溉自動控制系統(tǒng)。國外一些先進國家，如美國、以色列和加拿大等，運用先進的電子技術、計算機和控制技術，在節(jié)水灌溉技術方面起步較早，并已經(jīng)日趨成熟。這些國家從最早的水力控制、機械控制，到后來的機械電子混合協(xié)調式控制，到現(xiàn)今應用廣泛的計算機控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制等，控制精度和智能化程度越來越高，可靠性越來越好，操作也越來越簡便。近年來隨著農(nóng)業(yè)對自動化程度要求的提高，以色列出現(xiàn)灌溉用的可編程邏輯控制器(PLC)，這種控制器通過把不同的網(wǎng)絡連接到主機上進行數(shù)據(jù)采集和處理。隨著控制技術、傳感器技術的開展，以色列開發(fā)出了現(xiàn)代診斷式控制器，這種控制器把以前不可能采集到的信息通過不同的傳感器來獲得，通過因特網(wǎng)、遠程控制、GSM等來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，然后通過計算機中的一些模型來處理信息，作出灌溉方案。加拿大、澳大利亞和韓國等國家和地區(qū)也都有開發(fā)成功并形成系列的灌溉控制器產(chǎn)品，其中，比擬有代表性的如澳大利亞的HARDIEIRRGATION公司的灌溉控制器，已形成了MICRO-MASTER、RAINJET等多個系列，幾十種型號的產(chǎn)品。其中HR6100系列本錢較低，是一種小型自動灌溉控制器，主要是面對家庭庭院和小面積的商業(yè)綠化場地的灌溉，而MICRO-MASTER，系列產(chǎn)品是HARDIE公司為進行大面積灌溉而開發(fā)的控制器。該系統(tǒng)采用分布式布置，可與上位機雙向通信，用微機對其進行編程操作和對其子控制器進行控制，并能用微機隨時監(jiān)控灌溉系統(tǒng)的工作狀況。2方案設計與論證2.1總體方案論證本課題以AT89S52單片機為主要硬件模塊，通過軟件編程實現(xiàn)對土壤溫度、濕度、PH值、EC值〔灌溉液中肥料濃度〕進行多點檢測，當所測的實際濕度、PH值和EC值低于警戒值時，將觸發(fā)灌溉控制器裝置，進行自動灌溉，系統(tǒng)還可以實現(xiàn)手動控制灌溉方式，隨時灌溉，從而也表達了多用途、人性化的現(xiàn)代智能化系統(tǒng)設計要求。根據(jù)本設計的功能要求，由于時間和花費的種種問題，本設計的PH值和EC值局部先不考慮，現(xiàn)確定此方案：以AT89S52單片機為控制電路的核心，采用模塊化的設計方案。所謂的模塊化設計，簡單地說就是將產(chǎn)品的某些要素組合在一起，構成一個具有特定功能的子系統(tǒng)，將這個子系統(tǒng)作為通用性的模塊與其他產(chǎn)品要素進行多種組合，構成新的系統(tǒng)，產(chǎn)生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列產(chǎn)品。模塊化是在傳統(tǒng)設計根底上開展起來的一種新的設計思想，現(xiàn)已成為一種新技術被廣泛應用，尤其是信息時代電子產(chǎn)品不斷推陳出新，模塊化設計的產(chǎn)品正在不斷涌現(xiàn)。模塊化設計已被廣泛應用于機床、電子產(chǎn)品、航天、航空等設計領域。模塊化設計是綠色設計方法之一，它已經(jīng)從理念轉變?yōu)檩^成熟的設計方法[3]。本設計總分為六大模塊：溫濕度采集電路模塊、PH值檢測模塊、時鐘模塊、鍵盤接口電路模塊和液晶顯示電路模塊、步進電機控制電路模塊。其中溫濕度采集模塊核心器件為數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11，PH值檢測模塊有玻璃電極、玻璃電極信號處理電路和A／D轉化電路，時鐘模塊以DS1302為核心器件，顯示電路以液晶顯示器LCD12864為核心構成，步進電機控制電路以達林頓驅動芯片ULN2003為核心，再配合鍵盤電路實現(xiàn)對土壤濕度進行檢測。在本系統(tǒng)中，PH值執(zhí)行裝置通過單片機控制電磁閥，當所測PH值達不到土壤的PH值要求時，單片機通過PH值執(zhí)行裝置開啟PH值電磁閥；濕度灌溉分兩種控制方式：閉環(huán)控制方式和時間控制方式，用戶可在兩種方式之間自由選擇。在閉環(huán)控制方式下，利用濕度采集模塊將多處不同地點檢測到的溫濕度已校準數(shù)字信號數(shù)據(jù)進行綜合處理，再傳送給單片機。單片機將接收到的數(shù)據(jù)和單片機內(nèi)存的數(shù)據(jù)進行比擬，假設收到的數(shù)據(jù)低于設定的數(shù)值，那么步進電機控制電路模塊啟動步進電機進行灌溉。假設收到的數(shù)據(jù)不低于設定的數(shù)值，那么不啟動步進電機進行灌溉。同時單片機將采集到的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的灌溉狀況在現(xiàn)實模塊的顯示屏上顯示出來。灌溉進行一定的時間后自動停止，該時間由用戶加載在單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)決定。用戶可通過灌溉方式切換鍵切換到時間控制方式。在時間控制方式下，用戶通過鍵盤輸入灌溉的時間和灌溉的周期，對應的數(shù)據(jù)將在顯示屏上顯示出來。這種灌溉方式主要應用于特殊情況[4]。綜上所述，本系統(tǒng)不但具有非常友好的人機交互界面，而且具有良好的實時控制功能，能及時響應用戶請求。系統(tǒng)支持的灌溉方式靈活多樣，用戶可根據(jù)實際情況進行模式選擇。系統(tǒng)結構簡潔，各類功能易于實現(xiàn)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和實用性。系統(tǒng)的根本模塊原理圖如圖2.1所示。LCD12864液晶顯示PH值檢測電路LCD12864液晶顯示PH值檢測電路AT89S52單片機PH值執(zhí)行裝置PH值執(zhí)行裝置溫度濕度傳感器灌溉控制電路步進電機驅動電路灌溉控制電路步進電機驅動電路鍵盤控制電路時間電路DS1302時間電路DS1302系統(tǒng)時鐘器圖2-1智能灌溉系統(tǒng)根本模塊原理框圖2.2鍵盤電路獨立式按鍵是指直接用一根I/O口線構成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵單獨占有一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵的工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線的工作狀態(tài)。獨立式按鍵接口電路配置靈活，軟件結構簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時，I/O口線浪費較大。故在按鍵數(shù)量不多時，常采用這種按鍵結構。獨立式按鍵電路如圖2.2所示。上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O口線上有確定的高電平。本設計外圍電路接有七個獨立按鍵，其中兩個作為電機手動啟停按鍵，一個作為PH值演示按鍵，剩下四個按鍵作為時鐘調整按鍵。因為本設計所用的I/O口不是很多，而且需要的按鍵數(shù)目不多，應選用獨立式鍵盤。圖2-2獨立式按鍵鍵盤框圖2.3溫濕度傳感器的選取濕度傳感器原理濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。下面對各種濕度傳感器進行簡單的介紹。1、氯化鋰濕度傳感器〔1〕電阻式氯化鋰濕度計〔2〕露點式氯化鋰濕度計2、碳濕敏元件3、氧化鋁濕度計4、陶瓷濕度傳感器目前市場上測量濕度和溫度的方法有很多種，也有很多種傳感器，它主要通過傳感器采集土壤中的水分含量和室外溫度，對灌溉系統(tǒng)實現(xiàn)智能控制。但由于符合應用要求的土壤濕度傳感器購置麻煩、價格昂貴且在最后演示時還得需要土壤樣本，故本設計選取了空氣濕度溫度傳感器作為替代。而溫度濕度傳感器又分為模擬式溫濕度傳感器和數(shù)字式溫濕度傳感器，在實際溫濕度采集時，模擬式溫濕度傳感器在與單片機之間還需加上模數(shù)轉換芯片，所以本設計采用數(shù)字溫濕度傳感器DHT11，它是廣州奧松電子新近推出的一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。2.3.2數(shù)字溫濕度傳感器DHT111、DHT11產(chǎn)品概述DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最正確選那么。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。溫濕度傳感器DHT11外觀圖如圖2-3圖2-3溫濕度傳感器DHT11外觀圖2、DHT11應用領域?暖通空調?測試及檢測設備?汽車?數(shù)據(jù)記錄器?消費品?自動控制?氣象站?家電?濕度調節(jié)器?醫(yī)療?除濕器3系統(tǒng)硬件電路設計3.1AT89S52單片機的硬件結構單片機的全稱為微型計算機〔SingleChipMicrocomputer〕。從應用領域來看，單片機主要用于控制，所以又稱微控制器〔MicroControllerUnit〕或嵌入式控制器〔EmbeddedController〕。單片機是將計算機的根本部件微型化并集成在一塊芯片上的微型計算機，其根本組成和工作原理與通用微型計算機是一致的。主要由微處理器〔CPU〕、存儲器、I/O接口三大功能局部通過總線有機連接而成，在外部通過I/O接口配置各種外部設備就構成微機的硬件系統(tǒng)[7]。單片機體積小，本錢低，運用靈活，易于產(chǎn)品化；面向控制，能針對性地解決從簡單到復雜的各類控制任務；抗干擾能力強，適用范圍廣。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。單片機的結構及信號引腳1、主要特性與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz三級加密程序存儲器32個可編程I/O口線三個16位定時器/計數(shù)器八個中斷源全雙工UART串行通道低功耗空閑和掉電模式掉電后中斷可喚醒看門狗定時器雙數(shù)據(jù)指針掉電標識符AT89S52具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。2、芯片引腳封裝：AT89S52引腳封裝圖如圖3-1所示。圖3-1AT89S52引腳封裝圖3、芯片引腳說明：VCC:電源GND:地P0端口〔P0.0-P0.7〕：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0P1端口〔P1.0-P1.7〕：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入〔P1.0/T2〕和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入〔P1.1/T2EX〕，具體如下表3-1所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8表3-1P1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P1.7SCK在系統(tǒng)編程用P2端口〔P2.0-P2.7〕：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器〔例如執(zhí)行MOVX@DPTR〕時，P2口送出高八位地址。在這種應用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址〔如MOVX@RI〕訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8P3端口〔P3.0-P3.7〕：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。P3口亦作為AT89S52特殊功能〔第二功能〕使用，如下表3-2所示。在flash編程和校驗時，P3表3-2P3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。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊存放器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號〔ALE〕是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳〔PROG〕也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。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MOVX或MOVC指令時有效。否那么，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位〔地址為8EH的SFR的第PSEN:外部程序存儲器選通信號〔PSEN〕是外部程序存儲器選通信號。當AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從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應該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.2AT89S52最小系統(tǒng)在本設計中，AT89S52單片機的P0口用于單片機與LCD12864之間的數(shù)據(jù)傳送，P1.0~P1.3用于步進電機的驅動接口，P2.0用于LCD12864顯示的位驅，P2.1用于控制對LCD12864的讀寫控制信號，P2.2用于控制對LCD12864的指令是屬于寫數(shù)據(jù)還是寫指令。P用作鍵盤電路，一共設置7個按鍵。P1.0-P1.3用于驅動步進電機，P1.5口用于時鐘芯片DS1302的SCLK串行時鐘，P1.6口用于時鐘芯片DS1302的I/O數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出，P1.7口用于時鐘芯片DS1302的RST復位腳。P3.0用于溫濕度傳感器DHT11數(shù)據(jù)輸入通道。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。由于輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個十二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。AT89S52最小系統(tǒng)接線如圖3-2所示，在XTAL1、XTAL2端接上11.0592MHZ晶振及兩個30P諧振電容，在RESET端接上相應的電阻、電容，如需要按鍵復位，加上按鍵即可組成一個最小系統(tǒng)，按要求通電后，系統(tǒng)就可以工作了。單片機在啟動運行時都需要復位，以便CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機的復位是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的RST引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖(2個機械周期)以上的高電位，單片機便實現(xiàn)初始化狀態(tài)復位。為了保證應用系統(tǒng)可靠地復位，在設計復位電路時，通常使RST引腳保持IOms以上穩(wěn)定的高電平。只要RST保持高電平，單片機就循環(huán)復位;當RST從高電平變?yōu)榈碗娖揭院?，單片機從0000H地址開始執(zhí)行程序。在復位有效期間，ALE引腳輸出高電平。復位后，PO口--P3口輸出高電平，且皆處于輸入狀態(tài)，并且將07H寫入棧指針SP(即設定堆棧底為O7H)，同時，將程序計數(shù)器PC和其余的特殊存放器清0(不定位除外)。但復位不影響單片機內(nèi)部的RAM狀態(tài)。圖3-2AT89S52最小系統(tǒng)圖和復位電路3.2直流穩(wěn)壓電源的設計隨著集成技術的開展，穩(wěn)壓電路也迅速實現(xiàn)集成化。特別是三端集成穩(wěn)壓器，芯片只引出三個端子，分別接輸入端、輸出端和公共端，根本上不需外接元件，而且內(nèi)部有限流保護、過熱保護和過壓保護電路，使用十分平安、方便[6]。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路及穩(wěn)壓電路組成，電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓U1轉換成整流電路所需的電壓U2。整流電路的作用是將交流電壓U2轉換成脈動的直流電壓U3。濾波電路的作用是將脈動直流電壓濾除紋波，變成紋波小的直流電壓U4。穩(wěn)壓集成塊的作用就是將不穩(wěn)定的直流電壓轉換成穩(wěn)定的直流電壓U5。圖3-3直流穩(wěn)壓電流電路圖本設計選擇的方案是三端集成穩(wěn)壓器的最根本的應用電路，如圖3-3所示。整流濾波后得到的直流輸入電壓U4接在LM7805輸入端和公共端之間，在LM7805的輸出端即可得到穩(wěn)定的+5V輸出電壓U5。3.3濕度采集模塊3.3.1溫濕度傳感器的原理1、概述新型單總線數(shù)字溫濕度傳感器DHT11是廣州奧松電子新近推出的一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它具有體積小巧、接口簡單、響應速度快、性價比高等特點。由于DHT11的諸多優(yōu)點,使其在自動控制和家電消費品領域中擁有較高的應用價值。２、產(chǎn)品特性①濕溫度傳感器的一體化結構能相對的同時對相對濕度和溫度進行測量。②數(shù)字信號輸出，從而減少用戶信號的預處理負擔。③單總線結構輸出有效的節(jié)省用戶控制器的I/O口資源。并且，不需要額外電器元件。④獨特的單總數(shù)據(jù)傳輸線協(xié)議使得讀取傳感器的數(shù)據(jù)更加便捷。⑤全部校準。編碼方式為8位二進制數(shù)。⑥40bit二進制數(shù)據(jù)輸出。其中濕度整數(shù)局部占1Byte，小數(shù)局部1Byte；溫度整數(shù)局部1Byte，小數(shù)局部1Byte。其中，濕度為高16位。最后1Byte為校驗和。⑦卓越的長期穩(wěn)定性，超低功耗。⑧4引腳安裝，超小尺寸，各型號管腳完全可以互換。⑨測量濕度范圍從20％RH到90％RH；測量溫度范圍從0℃到50⑩適用范圍包括恒濕控制，消費家電類產(chǎn)品，溫濕度計等領域。３、外型與引腳排列圖3-4DHT11外型及管腳4、連接接口說明DHT11數(shù)字濕溫度傳感器連接電路簡單，只需要占用控制器一個I/O口即可完成上下位的連接。典型應用電路如下列圖3-5所示。另外，建議連接線長度短于20時用5K上拉電阻,大于20米時根據(jù)實際情況使用適宜的上拉電阻，如圖3.5圖3-5DHT11典型電路連接5、串行接口(單線雙向)DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)局部和整數(shù)局部,具體格式在下面說明,當前小數(shù)局部用于以后擴展,現(xiàn)讀出為零.操作流程如下:一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結果的末8位。用戶MCU發(fā)送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉換到高速模式,等待主機開始信號結束后,DHT11發(fā)送響應信號,送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取局部數(shù)據(jù).從模式下,DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號,DHT11不會主動進行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉換到低速模式。通訊過程如圖3-6所示圖3-6通訊過程總線空閑狀態(tài)為高電平,主機把總線拉低等待DHT11響應,主機把總線拉低必須大于18毫秒,保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機的開始信號后,等待主機開始信號結束,然后發(fā)送80us低電平響應信號.主機發(fā)送開始信號結束后,延時等待20-40us后,讀取DHT11的響應信號,主機發(fā)送開始信號后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可,總線由上拉電阻拉高。圖3-7DHT11復位時序總線為低電平,說明DHT11發(fā)送響應信號,DHT11發(fā)送響應信號后,再把總線拉高80us,準備發(fā)送數(shù)據(jù),每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時隙開始,高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是0還是1.格式見下面圖示.如果讀取響應信號為高電平,那么DHT11沒有響應,請檢查線路是否連接正常.當最后一bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us,隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態(tài)。數(shù)字0信號表示方法如圖3-8所示圖3-8數(shù)字0信號數(shù)字1信號表示方法.如圖3-9所示圖3-9數(shù)字1信號3.4pH值檢測裝置農(nóng)作物對灌溉液的pH值也有一定要求，需加pH調節(jié)液進行調節(jié)。灌溉液的pH要求值一般為5.5一6.5之間的某一值。由于肥料一般或呈堿性，或溶于水后，在作物所能承受的濃度范圍內(nèi)pH大于農(nóng)藝要求，故施肥時，往往加酸，在本論文中，“pH調節(jié)液”一般指酸。1、PH值傳感器本設計采用的是美國奧立龍868型酸度計。其主要技術參數(shù)有:(1)測量范圍:0-14PH(2)分辨率:0.1(3)精度:0.001PH(4)溫度補償:自動溫度補償0-本設計PH值檢測裝置，土壤pH值的測試采用的那么是電位分析法。電位分析法基于兩個電極上發(fā)生的電化學反響，即將兩個電極插在同一土壤稀釋溶液中，其中一個電極作為測量電極，其輸出電位隨被測溶液中的氫離子活度的變化而變化，另一電極作為參比電極，其電位固定不變，兩個電極構成原電池，產(chǎn)生大小與pH值有關的電動勢。后通過A/D轉換芯片0809，將模擬信號轉換成數(shù)字信號傳送到單片機。2、A/D轉換芯片0809圖3-10A如圖3-10所示，A/D0809芯片的引腳圖，其信號引腳：IN1～IN7——模擬量輸入通道ALE——地址鎖存允許信號。對應ＡＬＥ上跳沿，Ａ、B、Ｃ地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START——轉換啟動信號。START上升沿時，復位ADC0809：START下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉換；A/D轉換期間，START應保持低電平。本信號有時簡寫為ST。A、B、C——地址線。通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。CLK——時鐘信號。ADC0808的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHZ的時鐘信號。EOC——轉換結束信號。EOC=0,正在進行轉換；EOC=1,轉換結束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求信號使用。D7～D0——數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高。OE——輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。Vcc——+5V電源。圖3-11A由于需要檢測土壤PH值的傳感器市場上很少且價格相對昂貴，故在本設計中采用一個按鍵來替代，當按鍵按下后，將單片機P3.3口接低電平，表示所測土壤PH值稱堿性，需要加酸液中和，在本設計中表達為，當所測PH值高于7.0，單片機就會點亮發(fā)光二極管〔翻開酸液電磁閥〕并在液晶顯示屏上顯示PH值異常；再按下按鍵會使土壤PH值呈中性時，發(fā)光二極管就會熄滅〔關閉酸液電磁閥〕，且液晶顯示屏會顯示PH值正常。3.5時鐘模塊時鐘模塊接線圖時鐘模塊主要由DS1302和32.768kHz的晶體組成，假設時間有誤差可用鍵盤設置。與單片機的連接僅需3各接口：SCLK、I/O、RST。另外，由于DS1302提供了31*8位的RAM并帶有備用電源，可采用它來存儲目標濕度、當前水閥狀態(tài)等變量、防止主電源掉電后數(shù)據(jù)喪失。在本設計中，DS1302為本設計提供時鐘源，當我們需要手動灌溉時，可以讓我們控制灌溉時間。液晶屏顯示初始時間為2007年7月26日0時0分0秒，我們可以通過按鍵來調整時間。圖3-12時鐘模塊接線圖DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM通過簡單的串行接口與單片機進行通信實時時鐘/日歷電路提供、秒、分、時、日、日期、月、年的信息每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調整時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時格式DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信僅需用到三個口線1RES復位2I/O數(shù)據(jù)線3SCLK串行時鐘時鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的字符組方式通信DS1302工作時功耗很低保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mWDS1302是由DS1202改良而來增加了以下的特性雙電源管腳用于主電源和備份電源供給Vcc1為可編程涓流充電電源附加七個字節(jié)存儲器它廣泛應用于便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領域下面將主要的性能指標作一綜合實時時鐘具有能計算2100年之前的秒、分、時、日、日期、星期、月、年的能力還有閏年調整的能力31*8位暫存數(shù)據(jù)存儲RAM串行I/O口方式使得管腳數(shù)量最少寬范圍工作電壓2.0--5.5V工作電流2.0V時,小于300nA讀/寫時鐘或RAM數(shù)據(jù)時有兩種傳送方式單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送字符組方式8腳DIP封裝或可選的8腳SOIC封裝根據(jù)外表裝配簡單3線接口與TTL兼容Vcc=5V可選工業(yè)級溫度范圍-40+85與DS1202兼容在DS1202根底上增加的特性3.5.2DS1302內(nèi)部存放器CH:時鐘停止位存放器2的第7位12/24小時標志CH=0振蕩器工作允許bit7=1,12小時模式CH=1振蕩器停止bit7=0,24小時模式WP:寫保護存放器2的第5位:AM/PM定義WP=0存放器數(shù)據(jù)能夠寫入AP=1下午模式WP=1存放器數(shù)據(jù)不能寫入AP=0上午模式TCS:涓流充電選擇DS:二極管選擇位TCS=1010使能涓流充電DS=01選擇一個二極管TCS=其它禁止涓流充電DS=10選擇兩個二極管DS=00或11,即使TCS=1010,充電功能也被禁止RS位電阻典型位00沒有沒有01R12K10R24K11R38K3.6液晶顯示模塊液晶顯示模塊概述本設計的液晶顯示模塊采用的是帶中文字庫的LCD12864，各行依次顯示日期、時間、溫度、濕度。液晶的電路連接比擬簡單，把LCD12864與單片機的P0口進行通信。12864是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64,內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點陣的漢字.也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不管硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。

模塊并行接口說明表3-3LCD12864液晶顯示器的引腳功能管腳號管腳符號電平管腳功能描述1VSS0V邏輯電源地2VDD3.0+5V邏輯電源+5V3V0-比照度〔亮度〕調整4RS(CS)H/LRS=“H”表示DB7-DB0為顯示數(shù)據(jù)RS=“L”表示DB7-DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H“數(shù)據(jù)被讀到DB7-DB0R/W=“L”,E=“H→L”,DB7——DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信號7-14DB0-DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)總線15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式16NC-空腳17/RESETH/L系統(tǒng)復位，低電平有效18VOUT-LCD驅動電壓輸出端19LEDAVDD背光電源，LED+(+5V)20LEDKVSS背光電源，LED-(0V)3.6.2控制器接口信號說明：RS，R/W的配合選擇決定控制界面的4種模式：表3-4RS、R/W選擇模式RSR/W功能說明LLMPU寫指令到指令暫存器〔IR〕LH讀出忙標志〔BF〕及地址記數(shù)器〔AC〕的狀態(tài)HLMPU寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器〔DR〕HHMPU從數(shù)據(jù)暫存器〔DR〕中讀出數(shù)據(jù)(2)E信號表3-5E信號E狀態(tài)執(zhí)行動作結果高—>低I/O緩沖—>DR配合/W進行寫數(shù)據(jù)或指令高DR—>I/O緩沖配合R進行讀數(shù)據(jù)或指令低/低—>高無

無〔3〕忙標志BF：BF標志提供內(nèi)部工作情況。BF=1表示模塊在進行內(nèi)部操作,此時模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù)。BF=0時,模塊為準備狀態(tài),隨時可接受外部指令和數(shù)據(jù)。利用STATUSRD指令,可以將BF讀到DB7總線,從而檢驗模塊之工作狀態(tài)?！?〕字型產(chǎn)生ROM〔CGROM〕：字型產(chǎn)生ROM〔CGROM〕提供8192個此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關的控制。DFF=1為開顯示〔DISPLAYON),DDRAM的內(nèi)容就顯示在屏幕上，DFF=0為關顯示〔DISPLAYOFF)。DFF的狀態(tài)是指令DISPLAYON/OFF和RST信號控制的?！?〕顯示數(shù)據(jù)RAM〔DDRAM〕：模塊內(nèi)部顯示數(shù)據(jù)RAM提供64×2個位元組的空間，最多可控制4行16字〔64個字〕的中文字型顯示，當寫入顯示數(shù)據(jù)RAM時，可分別顯示CGROM與CGRAM的字型；此模塊可顯示三種字型，分別是半角英數(shù)字型(16*8)、CGRAM字型及CGROM的中文字型，三種字型的選擇，由在DDRAM中寫入的編碼選擇，在0000H—0006H的編碼中〔其代碼分別是0000、0002、0004、0006共4個〕將選擇CGRAM的自定義字型，02H—7FH的編碼中將選擇半角英數(shù)字的字型，至于A1以上的編碼將自動的結合下一個位元組，組成兩個位元組的編碼形成中文字型的編碼BIG5〔A140—D75F〕，GB〔A1A0-F7FFH〕?！?〕字型產(chǎn)生RAM(CGRAM)：字型產(chǎn)生RAM提供圖象定義(造字)功能,可以提供四組16×16點的自定義圖象空間，使用者可以將內(nèi)部字型沒有提供的圖象字型自行定義到CGRAM中，便可和CGROM中的定義一樣地通過DDRAM顯示在屏幕中?！?〕地址計數(shù)器AC：地址計數(shù)器是用來貯存DDRAM/CGRAM之一的地址,它可由設定指令暫存器來改變，之后只要讀取或是寫入DDRAM/CGRAM的值時，地址計數(shù)器的值就會自動加一，當RS為“0”時而R/W為“1”時，地址計數(shù)器的值會被讀取到DB6-DB0中。3.7步進電機驅動模塊3.7.1步進電機簡介和原理步進電機是將給定的電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。給定一個電脈沖信號，步進電機轉子就轉過相應的角度，這個角度就稱作該步進電機的步距角。目前常用步進電機的步距角大多為1.8度〔俗稱一步〕或0.9度〔俗稱半步〕。以步距角為0.9度的步進電機來說，當我們給步進電機一個電脈沖信號，步進電機就轉過0.9度；給兩個脈沖信號，步進電機就轉過1.8度。以此類推，連續(xù)給定脈沖信號，步進電機就可以連續(xù)運轉。由于電脈沖信號與步進電機轉角存在的這種線性關系，使得步進電機在速度控制、位置控制等方面得到了廣泛的應用【22】。步進電機的使用至少需要三個方面的配合，一是電脈沖信號發(fā)生器，它按照給定的設置重復為步進電機輸送電脈沖信號，目前這種信號大多數(shù)由可編程控制器或單片機來完成；二是驅動器〔信號放大器〕，它除了對電脈沖信號進行放大、驅動步進電機轉動以外，還可以通過它改善步進電機的使用性能，事實上它在步進電機系統(tǒng)中起著重要的作用，一般一種步進電機可以根據(jù)不同的工況具有多種驅動器；三是步進電機，它有多種控制原理和型號，現(xiàn)在常用的有反響式、感應子式、混合式等。

步進電機的速度控制是通過輸入的脈沖頻率快慢實現(xiàn)的。當發(fā)生脈沖的頻率減小時，步進電機的速度就下降；當頻率增加時，速度就加快。還可以通過頻率的改變而提高步進電機的速度或位置精度。3.7.2ULN2003驅動芯片一般ULN2003是用作灌電流驅動。ULN2003是高耐壓、大電流達林頓陳列，由七個硅NPN達林頓管組成。ULN2003的每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關態(tài)時承受50V的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行【16】?！?〕ULN2003引腳說明：1-7號引腳：輸入端10-16號引腳：輸出端8號引腳：地端9號引腳：電源+〔2〕達林頓驅動的典型應用：①用于大功率開關電路,電機調速,逆變電路，利用CMOS電路經(jīng)過達林頓管驅動高靈敏度繼電器的電路；②驅動LCD智能顯示屏LCD智能顯示屏是由微型計算機控制,以LCD矩陣板作顯示的系統(tǒng),可用來顯示各種文字及圖案。該系統(tǒng)中的行驅動器和列驅動器均可采用高β,高速低壓降的達林頓管。應注意的是,達林頓管由于內(nèi)部由多只管子及電阻組成,用萬用表測試時,基極的正反向阻值與普通三極管不同。3.7.3步進電機驅動模塊單片機輸出波形信號脈沖的寬度可由延時子程序來確定。只要改變延時時間，就可以改變驅動脈沖的頻率，也就改變了步進電機的轉速。顯然，使用方便、靈活。單片機向P1口輸出驅動代碼由程序進行。在實際編程中，單片機驅動代碼存入存儲器，構成控制表。只要CPU執(zhí)行傳送命令，數(shù)據(jù)依次取出，送P1口就可以了。每輸出一個代碼，步進電機旋轉一步，連續(xù)循環(huán)輸出，步進電機連續(xù)運行；倒序輸出，步進電機反向運行；停止輸出，步進電機停止運行。改變數(shù)據(jù)輸出的速度，可改變輸出脈沖的頻率，也就改變了步進電機運行的速度【23】。圖3.13步進電機驅動模塊電路圖由于設計灌溉控制電路所需的時間和花費太大，本設計在硬件電路方面沒有做灌溉電路，原意是設計一個水閥控制電路，它有一個水閥灌溉局部和一個酸液電磁閥，最后有一個控制總閥門，當濕度低于最小值時，水閥自動翻開灌溉，假設土壤PH值呈堿性，那酸液電磁閥也會翻開。4系統(tǒng)軟件設計4.1程序設計程序設計是指設計、編制、調試程序的方法和過程。它是目標明確的智力活動。由于程序是軟件的本體，軟件的質量主要通過程序的質量來表達，在軟件研究中，程序設計的工作非常重要，內(nèi)容涉及到有關的根本概念、工具、方法以及方法學等。程序設計通常分為問題建摸，算法設計，編寫代碼和編譯調試四個階段。按照結構性質，有結構化程序設計與非結構化程序設計之分。前者是指具有結構性的程序設計方法與過程。它具有由根本結構構成復雜結構的層次性，后者反之。按照用戶的要求，有過程式程序設計與非過程式程序設計之分。前者是指使用過程式程序設計語言的程序設計，后者指非過程式程序設計語言的程序設計。按照程序設計的成分性質，有順序程序設計、并發(fā)程序設計、并行程序設計、分布式程序設計之分。按照程序設計風格，有邏輯式程序設計、函數(shù)式程序設計、對象式程序設計之分。程序設計的根本概念有程序、數(shù)據(jù)、子程序、子例程、協(xié)同例程、模塊以及順序性、并發(fā)性、并行性、和分布性等。程序是程序設計中最為根本的概念，子程序和協(xié)同例程都是為了便于進行程序設計而建立的程序設計根本單位，順序性、并發(fā)性、并行性和分布性反映程序的內(nèi)在特性。在硬件系統(tǒng)設計好以后，就要設計相應的程序實現(xiàn)系統(tǒng)功能。把整個過程分成假設干個局部，每一局部叫做一個模塊。把一個程序分成具有多個明確任務的程序模塊，分別編制、調試后再把它們連接在一起形成一個完整的程序，這樣的程序設計方法稱為模塊化程序設計。所謂“模塊”，實質上就是能完成一定功能，并相對獨立的程序段，這種程序設計方法稱為模塊程序設計法[16]。模塊程序設計法的主要優(yōu)點是：〔1〕單個模塊比起一個完整的程序易編寫、調試及修改?！?〕程序的易讀性好?！?〕程序的修改可局部化?！?〕模塊可以共存，一個模塊可以被多個任務在不同條件下調用?！?〕模塊程序允許設計者分割任務和利用已有程序，為設計者提供方便。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結構，由主程序﹑鍵盤子程序、12864LCD液晶顯示子程序構成。4.2主程序設計在本系統(tǒng)的程序設計中，主控模塊負責啟動系統(tǒng)后顯示屏上的初級顯示，開外部中斷，判斷系統(tǒng)模式，以及執(zhí)行相應的子程序，完成系統(tǒng)功能。在主程序模塊中，需要完成對各模塊接口的初始化工作，另外，在主程序模塊中還需要檢測模式標志單元的值，假設該單元的值為0，那么為手動模式，假設為1，那么為自動模式。用戶選定模式后，主程序負責執(zhí)行相應的子程序。假設為手動模式，閥門翻開后，那么屏幕顯示倒計時，時間一到，閥門就關閉。假設為自動模式，那么單片機定時檢測P3.3口的值，假設該值為高電平那么不啟動閥門，假設該值為低電平，那么啟動閥門。啟動閥門后，單片機還要繼續(xù)檢測P3.3口的值，假設變高電平，那么關閉閥門。執(zhí)行完一個灌溉周期后繼續(xù)循環(huán)檢測P3.3口的電平值。主程序流程圖如圖4-1所示。當接通電源時，自動灌溉控制系統(tǒng)啟動，同時LCD液晶顯示提示語，提示用戶選擇模式。假設選擇手動模式，顯示屏還會提示用戶通過鍵盤設置灌溉時間。在運行中鍵盤采用中斷方式，假設有鍵按下，那么轉向相應的子程序。圖4-1主程序流程圖主程序如下：main(){ t=0; flag=0; TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1;P3_0=1; init_lcd(); clrram_lcd(); Initial_DS1302();//時鐘芯片初始化 up_flag=0; down_flag=0; done=0;//進入默認液晶顯示 pp=2; LED=ft=1; RH(); delay1(20); while(1) {while(done==1)keydone();//進入調整模式 while(done==0) { RH(); if(pp==2) { show_time();pp=0;//初始化 while(ff==0){RH();show_time();} }show_time();//液晶顯示數(shù)據(jù) if(flag==2)//100后flag為2，進行比擬 { if(a==U8T_data_H&&b==U8RH_data_H) while(a==U8T_data_H&&b==U8RH_data_H); flag=0; } Setkey(); //掃描各功能鍵 if(ff<38)K1=0; //濕度小于38% jiaoshui(); P1=0x00; PH(); } }}4.312864LCD顯示子程序設計12864LCD顯示屏有著自己的指令集，根本指令集有11條指令。它的指令是通過選擇RS的上下電平來區(qū)別所從DB0~DB7輸入的是數(shù)據(jù)還是指令，RW的上下電平來選擇對現(xiàn)實屏是讀操作還是寫操作。CS1、CS2不同組合代表選擇左半屏或者右半屏。數(shù)據(jù)或者指令的代碼從DB0~DB7輸入。對12864LCD寫程序的步驟如下：〔1〕開啟兩個半屏〔2〕清左半屏和右半屏〔3〕選擇左半屏〔4〕設置頁和起始行〔5〕寫左半屏顯示屏顯示子程序流程圖如圖4-2所示：圖4-2顯示屏顯示子程序流程圖顯示屏顯示子程序：voidshow_time(){if(pp==2){gotoxy(1,0);print("");gotoxy(2,0);print("系統(tǒng)初始化中，");//顯示時間gotoxy(3,0);print("請稍候");//顯示日期gotoxy(4,0);print("");RH();delay1(3000);}else{DS1302_GetTime(&CurrentTime);//獲取時鐘芯片的時間數(shù)據(jù)TimeToStr(&CurrentTime);//時間數(shù)據(jù)轉換液晶字符DateToStr(&CurrentTime);//日期數(shù)據(jù)轉換液晶字符if(pp==0){gotoxy(2,0);print("時間：");gotoxy(2,3);print(CurrentTime.TimeString);//顯示時間gotoxy(1,3);print(CurrentTime.DateString);//顯示日期gotoxy(1,0);print("星期");gotoxy(1,2);print(week_value);//顯示星期}if(pp==1){gotoxy(1,0);print("智能灌溉系統(tǒng)");gotoxy(2,0);print("電機狀態(tài)：工作");}gotoxy(3,0);print("溫濕度：");gotoxy(3,4);//液晶字符顯示位置write_dht11(U8T_data_H); print(dht_11);gotoxy(3,5);print("℃");/*gotoxy(3,5);print("濕度:");*///gotoxy(4,2); gotoxy(3,6);write_dht11(U8RH_data_H); print(dht_11);gotoxy(3,7);print("%");if(ft==1){gotoxy(4,0);print("PH值：正常！"); }if(ft==2){gotoxy(4,0);print("PH值：異常！"); }mdelay(500);//掃描延時}}經(jīng)過調試，本設計實現(xiàn)根本功能，本設計采用閉環(huán)控制，溫濕度傳感器一直采集實時數(shù)據(jù)，假設所測濕度高于警戒值時，步進電機停止，液晶顯示屏會實時顯示此時溫度和濕度，并顯示時鐘，且此時土壤PH值設定為正常，液晶屏顯示狀態(tài)如圖4-3所示。圖4-3濕度大于警戒值假設所測濕度小于警戒值時，電機就會自啟動，如圖4-4所示，直到所測濕度高于警戒值之后，步進電機就會自動停止，且此時PH值呈堿性，顯示為異常。圖4-4濕度小于警戒值結論經(jīng)過了兩個多月的學習和工作，我終于完成了《智能灌溉系統(tǒng)的設計》的論文。從開始接到論文題目到系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受，開始了獨立的學習和試驗，查看相關的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改良都是我學習的收獲，每一次試驗的成功都會讓我興奮好一段時間。在本次畢業(yè)設計過程中，我學會了在網(wǎng)絡上查找有關本設計的各硬件的資源，其中包括：灌溉的方法、傳感器應用接口電路、AT89S52單片機應用、LCD12864引腳圖及其引腳功能、步進電機的驅動等，為本設計提供了一定的資料。本設計在粟田禾老師的悉心指導和嚴格要求下業(yè)已完成，從課題選擇、方案論證到具體設計和調試，無不凝聚著粟老師的心血和汗水，在此向粟田禾老師表示深深的感謝和崇高的敬意。雖然我的論文作品不是很成熟，還有很多缺乏之處，其中缺少了土壤中EC值的模塊和灌溉控制電路都沒有做，是一大遺憾。但我可以自豪的說，這里面的每一段代碼，都有我的勞動。當看著自己的程序，自己成天相伴的系統(tǒng)能夠成功的運行，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會化為甜美的甘泉。這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學習就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那就失去畢業(yè)論文的意義了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學習中鼓勵我繼續(xù)進步。參考文獻[1],2003-02-011[2],1999-08-038[3]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．[4]節(jié)水灌溉編委會．節(jié)水灌溉技術手冊[M]．北京：中國大地出版社，2003．[5]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．[6]徐科軍．傳感器與檢測技術[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2007．[7]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.[8]王毅．單片機器件應用手冊[M]．北京：人民郵電出版社，1994．[9]李朝青．單片機原理及接口技術[M]．北京：北京航空航天大學出版社，1999．[10]趙家貴．新編傳感器電路設計手冊[M].北京:中國計量出版社,2002.[11]潘新民．微型計算機控制技術實用教程[M]．北京：電子工業(yè)出版社,2007．[12]周航慈．單片機程序設計根底[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2004．[13]邵敏權．單片機原理實驗及應用[M]．吉林：吉林科學技術出版社，1995．[14]楊振江．智能儀器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的新器件及應用[M]．西安：西安電子科技大學出版社，2001．[15]康華光．電子技術根底[M].北京：高等教育出版社，2005.[16]朱兵，彭宣戈．匯編語言程序設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.[17]朱清慧，張鳳蕊等．PROTUES教程[M]．北京：清華大學出版社，2008．[18]何希才．傳感器應用接口電路[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1997．[19]馮博琴．微型計算機原理與接口技術[M].北京：清華大學出版社，2004.[20]MatthewChapman.TheUsingSkillsOfSingle-Chip[J].ElectronicDesign,1999.[21.txt/980810-2.html,1998-08-16/1998-10-04.[22]王鴻鈺.步進電機控制技術入門[M].上海:同濟大學出版社,1990.[23]霍迎輝,陳宇翔.步進電機的微機和單片機控制[J].電機電器技術,2003.[24]張迎新.單片機微型計算機原理、應用及接口技術[M].北京:國防工業(yè)出版社,2004.[25]趙志杰.集成電路應用識圖方法[D].北京:機械工業(yè)出版社,2003.致謝我的畢業(yè)設計從開始到根本完成大概用了二個月，時間雖然不是很長，主要因為自己不斷的努力和粟在這一段時間里，我努力復習單片機的相關知識，在網(wǎng)上不斷的搜尋跟論文相關的材料。遇到不懂的硬件軟件設計，我首先是自己鉆研，找資料，如果還是弄不明白，就向粟老師尋求幫助。記得在寫程序的過程中，我遇到了液晶顯示屏12864的軟件設計問題，研究了很久，但是還是沒搞明白。后來我和粟老師一起研究討論，終于弄明白了原理。粟老師是一位年輕的老師，對單片機頗有研究，他對學生要求嚴格，對學術態(tài)度嚴謹，他在忙碌中也會抽出時間來指導我的畢業(yè)設計，沒有粟老師的幫助，我的論文不會這么順利的完成。粟老師的人格和精神是我的典范，也是我人生的財富，在此對他表示深深的感謝。感謝我的每一位老師，他們對我的教導我將永遠銘記在心間。感謝應教專業(yè)各位同窗好友，他們的關心和照顧讓我在這個集體里倍感溫暖，一起走過的日子將成為我人生的美好回憶。最后，感謝我的家人，他們的支持與鼓勵，永遠是支撐我前進的最大動力。在此對他們表示衷心的感謝，他們的名字我一直銘記在心！最后，衷心感謝在百忙之中抽出時間審閱本論文的專家老師們。附錄一總體電路圖附錄二源程序#include<REG52.H>#include<intrins.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#definelcddataP0#defineAM(X) X#definePM(X) (X+12) //轉成24小時制#defineDS1302_SECOND 0x80//時鐘芯片的存放器位置,存放時間#defineDS1302_MINUTE 0x82#defineDS1302_HOUR 0x84#defineDS1302_WEEK 0x8A#defineDS1302_DAY 0x86#defineDS1302_MONTH 0x88#defineDS1302_YEAR 0x8CsbitDS1302_CLK=P1^5;//實時時鐘時鐘線引腳sbitDS1302_IO=P1^6;//實時時鐘數(shù)據(jù)線引腳sbitDS1302_RST=P1^7;//實時時鐘復位線引腳sbitSet=P3^4;//模式切換鍵sbitUp=P3^5;//加法按鈕sbitDown=P3^6;//減法按鈕sbitout=P3^7;//立刻跳出調整模式按鈕sbitK1=P3^1;//正轉sbitK2=P3^2;//tingsbitrs=P2^0;sbitrw=P2^1;sbite=P2^2;sbitLED=P2^7;sbitK3=P3^3;sbitbusy=P0^7;//lcdbusybitsbitACC0=ACC^0;sbitACC7=ACC^7;sbitP3_0=P3^0;intpp=0;intff,ft;typedefunsignedcharU8;typedefunsignedintU16;U8U8FLAG,k;U8U8temp;U8U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkdata;U8U8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L_temp,U8checkdata_temp;U8U8comdata;U16a,b,t; U8flag,i;uchartemp_value,temp1_value;//temp_value溫度值正數(shù)局部temp1_value溫度值小數(shù)局部uchardone,count,temp,up_flag,down_flag;ucharhide_sec,hide_min,hide_hour,hide_day,hide_week,hide_month,hide_year;//秒,分,時到日,月,年位閃的計數(shù)ucharTempBuffer[8],week_value[3],dht_11[2];ucharcodeFFW[8]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09};//四相八拍正轉編碼voidshow_time();//液晶顯示程序voidwr_d_lcd(ucharcontent);voidwr_i_lcd(ucharcontent);voidclrram_lcd(void);voidinit_lcd(void);voidbusy_lcd(void);voidrev_row_lcd(ucharrow);voidr