【正文】 .......................................................................... 16 致 謝 ................................................................................................................................... 17 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 1 選題的目的與 意義 隨著社會生活的進(jìn)步，人們對生活品質(zhì)追求越來越高。在家里養(yǎng)盆花不但可以陶冶高尚情操、增添生活情趣，激發(fā)對生活的情感。還可以裝點空間，舒緩人們緊張的情緒 。綠色植物不但可以吸收二氧化碳釋放氧氣，許多植物還可以吸收空氣中的有害氣體， 使人健康生活 改善人們居住的生活環(huán)境。因此，養(yǎng)盆花被許多的人所青睞。 盆花澆水量是否能做到適時適量，是養(yǎng)花成敗的關(guān)鍵。但是，在生活中人們總是會有無暇顧及的時候，比如工作太忙或者出差、旅游等。大多數(shù)的 花草生長問題是由花兒澆灌問題引起， 因此，我想通過設(shè)計一種采集空氣濕度檢測智能澆水和實時 時間顯示手動澆水于一體的盆花自動澆水系統(tǒng)。讓盆花在人們無暇照顧時也能得到及時的澆灌 。 自動澆花器目前的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著人們生活水平的提高以及生活節(jié)奏的加快誕生了自動澆花器這一種園藝用品。早在多年前自動澆花器在國外就普及了，但從國外進(jìn)口的電子類自動澆花器昂貴的價格決定了了它不適用于國內(nèi)。目前國內(nèi)陶瓷制作的自動澆花器由于價格低廉而受到人們的喜愛，但從實用性來看遠(yuǎn)不如電子類的自動澆花器實用。 目前在市面上出售的自動澆花器主要有電子類自動澆花器與玻璃、陶瓷類自動澆花器。電子類自動澆花器又稱時控淋裝置，根據(jù)電源不 同分為交流電自動澆花器和電池自動澆水器兩種。電子類自動澆花器可控制連續(xù)作業(yè) 1 分鐘到 168 個小時；每天可以完成十次以上的花作業(yè)，手動自動兩用，是比較先進(jìn)的系統(tǒng)。而玻璃、陶瓷類自動澆水系統(tǒng)又稱自動滲水裝置，它是根據(jù)物理滲水原理而制成的，當(dāng)土壤干燥時水就會自動流出，這類自動澆花器的制作工藝不同，其效果也有所差距。 目前傳感器技術(shù)與單片機技術(shù)發(fā)展迅速，其應(yīng)用逐步從工業(yè)、軍事擴展到各個領(lǐng)域，與人們的日常生活息息相關(guān)。并且目前智能家居概念也越來受人們的推崇，由此可見，微電腦控制的電子類自動澆花系統(tǒng)有著很好的發(fā)展前景。 設(shè)計方案 設(shè)計了一款基于單片機 STC89C51 的 自動澆花系統(tǒng)，用以實現(xiàn)無人照看花卉時智能澆花。本設(shè)計是通過檢測空氣的濕溫度，對花卉進(jìn)行適時適量的澆水。主要核延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 心由單片機和濕溫度傳感器以及控制電路構(gòu)成。 其中控制部分選用 STC89C51 單片機，空氣濕溫度采集選用 DHT11 溫濕度傳感器，定時選用 DS1302 時鐘芯片，顯示選用 LCD1602 液晶顯示。本 設(shè)計分為智能澆水和手動澆水兩個部分：智能澆水部分是通過單片機程序設(shè)定澆水的上下限值與 DHT11 送入單片機的空氣濕度值相比較，當(dāng)?shù)陀谙孪拗禃r，單片機輸出一個信號控制 電磁閥打開，開始澆水，高于上限值時再由單片機輸出一個信號控制電磁閥關(guān)閉，停止?jié)菜皇謩硬糠质怯蓡纹瑱C從時鐘芯片 DS1302 讀入月份與每天的實時時刻，通過軟件程序設(shè)定定時澆水的時間與澆水的量。 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 應(yīng)用場所 該設(shè)計主要應(yīng)用于家庭或辦公室，主要針對種植了盆栽但沒時間管理的人群。其價格低廉，易于操作。 系統(tǒng)預(yù)期功能 每種植物對其周圍環(huán)境的濕度、溫度要求多有一定的范圍，一旦高于或低于這個范圍其生長就會受到影響。本設(shè)計有兩種澆水模式進(jìn)行選擇。若是選擇智能模式澆花，則是通過對植物周圍空 氣的濕溫度進(jìn)行檢測，來進(jìn)行判定是否澆水。當(dāng)周圍空氣過于干熱燥時可以進(jìn)行噴水對環(huán)境進(jìn)行降溫加濕。若是選擇手動模式澆花，則是定時定量的澆水，就在規(guī)定的時間按照澆水時間的長短對植物進(jìn)行定量澆水。 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 主題分類 本設(shè)計主要分為兩種澆花方式：智能澆花和手動澆花。 智能澆花：包括了空氣濕溫度的監(jiān)測和顯示、智能澆水系統(tǒng)?？諝鉂駵囟鹊臋z測和顯示以濕溫度傳感器 DHT11 為感應(yīng)部件，將檢測的空氣濕溫度值送入STC89C51 單片機，再由其輸入到 LCD 屏上進(jìn)行顯示。并通過單片機程序設(shè)定澆水的上下 線值與 DHT11 送入單片機的空氣濕溫度值相比較，當(dāng)?shù)陀谙戮€值時，單片機輸出一個信號控制電磁閥打開，開始澆水，高于上限時與上線值時再由單片機輸出一個信號控制電磁閥關(guān)閉，停止?jié)菜? 手動澆花：是由單片機從時鐘芯片 DS1302 讀入月份與每天的實時時刻，通過軟件程序設(shè)定定時澆水的時間與澆水的量，已達(dá)到定時定量澆水。 本設(shè)計的主題流程圖如圖 21 所示： 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 4 圖 21 主題流程圖 模式 1 模式 2 是 是 開始 選擇模式 智能澆花 手動澆花 開 始澆水 開始澆水 低于設(shè)置濕度 設(shè)置時間到？ 停止?jié)菜? 否 否 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 STC89C51 單片機 STC89C51 是由美國設(shè)計、深圳宏晶科技在國內(nèi)最新推出的一種新型 51 內(nèi)核單片機。其片內(nèi)含有 Flash 程序存儲器、 SRAM、 UART、 SPI、 A/D、 PWM 等模塊。該器件基本功能與普通的 51 單片機完全兼容。 STC89C51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) STC89C51 單片機的基本結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。 圖 31 STC89C51 單片機的基本結(jié)構(gòu) 由圖可知，是 STC89C51 單片機有以下幾部分組成。 系統(tǒng) （ 1） 8 位 CPU，能夠進(jìn)行布爾處理。 （ 2）內(nèi)部時鐘 電路。 （ 3）總線控制邏輯。 （ 1） 4KB 程序存儲器（ ROM/EPROM/Flash），可外擴至 64KB。 （ 2） 128B 的數(shù)據(jù)存儲器 (RAM，可外擴至 64KB)。 （ 3） 21 個特殊功能寄存器（ SFR）。 Vss 串行通信 P0 P1 P2 P3 外中斷 ALE RST Vcc XTAL1 時鐘電路 總線控制邏輯 數(shù)據(jù)存儲器RAM128B SFR21B 定時器 /計數(shù)器 T0 T1 中斷控制系統(tǒng) 5 個中斷源 2 個優(yōu)先級 可編程并行 I/O 接口 4 個 串行 I/O 接口 全雙工 1 個 程序計數(shù)器 PC 4KB 程序存儲器ROM/EPROM/Flash CPU 內(nèi)中斷 XTAL2 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 、定時部件 （ 1） 4 個 8 位并行 I/O 接口。 （ 2） 5 個中斷源的系統(tǒng)， 2 個優(yōu)先級。 （ 3） 2 個 16 位定時器 /計數(shù)器。 （ 4） 1 個全雙工的串行 I/O 口。 STC89C51 單片機引腳功能 STC89C51 器引腳排列和邏輯符號如圖 32 所示。 圖 32 STC89C51 的引腳圖 其引腳功能如下。 （ 1） Vcc：接 5V 電源。 （ 2） GND：接地。 （ 3） XTAL1：外接晶振輸入端（采用外部時鐘時，此引腳接地）。 （ 4） XTAL2：外接晶振輸入端（采用外部時鐘時，此引腳作為外部時鐘信號輸入端）。 I/O 接口引腳（ 32 個，分成 4 個 8 位并行口） （ 1） ～ ：通用 I/O 口引腳或數(shù)據(jù) /低 8 位地址總線復(fù)用引腳。 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 （ 2） ～ ：通用 I/O 口引腳。 （ 3） ～ ：通用 I/O 口引腳或高 8 位地址總線引腳。 （ 4） ～ ：一般 I/O 口引腳或第二功能引腳。 （ 1） RST/VPD：復(fù)位信號引腳 /備用電源輸入引腳。 （ 2） ALE/PROG：地址鎖存信號引腳 /編程脈沖輸入引腳。 （ 3） EA /VPP：內(nèi)外程序存儲器選擇信號引腳 /編程電壓輸入引腳。 （ 4） PSEN ：外部程序存儲器選通信號輸出引腳。 單片機存儲器結(jié)構(gòu) STC89C51 單片機存儲器分為兩種類型，一種是程序存儲器（ ROM），一種是數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）。 ROM 用來存放程序或常數(shù)， RAM 用來存放暫時性的輸入，輸出數(shù)據(jù)和運算中間結(jié)果。 程序存儲器 ROM 程序存儲器是只讀存儲器，用于存放程序代碼和表格常 數(shù)。 AT89C51 片內(nèi)的程序存儲器為 Flash Memory，地址為 0000H～ 0FFFH。 AT89C51 單片機有 16 位地址線，尋址空間為 64KB，地址范圍為 0000H～ FFFFH。當(dāng) EA 接地時，僅使用外部程序存儲器；當(dāng) EA 接 VCC時， CPU 從片內(nèi) 0000H 開始取指令。當(dāng) PC 值超過 0FFFH時，自動轉(zhuǎn)到片外存儲器 1000H～ FFFFH 空間執(zhí)行程序。 數(shù)據(jù)存儲器 RAM 數(shù)據(jù)存儲器用于暫存數(shù)據(jù)和運算結(jié)果等。它分為片內(nèi) RAM 和片外 RAM 兩種，兩者物理空間相互獨立，各自有不同的訪問指令。片外 RAM 用 16 位地址指針 DPTR尋址，最大地址空間是 64KB，地址范圍為 0000H～ FFFFH,用 MOVX 指令訪問。片內(nèi) RAM 的地址范圍是 00H～ FFH，用 MOV 指令訪問。 片內(nèi) RAM 可劃分為兩部分： 00H～ 7FH 為低 128 字節(jié)地址； 80H～ FFH 為高128 字節(jié)地址。 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11 傳感器是一款含有以校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它的數(shù)字模塊采集技術(shù)以及溫濕度傳感技術(shù)確保了 DHT11 傳感器的可靠性與穩(wěn)定性。其內(nèi)部含有一個電阻式感濕元件和一個 NTC 測溫元件，并且與一個高性能的 8 位單片機相連。因而 DHT11 具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高的優(yōu)點。 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 DHT11 的性能指標(biāo)和特性 DHT11 低功耗， 5V 電源電壓下，工作平均最大電流 。其性能指標(biāo)和特性如下： ? 工作電壓范圍： 3～ ? 工作電流：平均 ? 濕度測量范圍： 20～ 90%RH ? 溫度測量范圍： 0～ 50℃ ? 濕度分辨率： 1%RH 8 位 ? 溫度分辨率： 1℃ 8 位 ? 采樣周期： 1S ? 單總線結(jié)構(gòu) ? 與 TTL 兼容（ 5V） DHT11 的引腳說明 DHT11 為四針單排引腳。 1：（ VDD）電源引腳。 2：（ DATA）串行數(shù)據(jù)，單總線。 3：（ NC）空腳，懸浮。 4：（ GND）接地 。 DS1320 時鐘芯片 DS1302是一款美國 DALLAS公司推出的涓流充電式的時鐘芯片，其片內(nèi)含有一個實時時鐘 /日歷和 31字節(jié)靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器，可通過簡單的串行接口與單片機進(jìn)行通信。 DS1302 的性能指標(biāo)和特性 DS1302是一款高性能，低功耗的時鐘芯片，其主要性能有如下幾點 ： ? 工作電壓范圍： 2～ 。 ? 工作電流 2V時，小于 300nA。 ? 可對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計時，并且具有閏年補償?shù)裙δ堋? ? 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） ? 與 TTL 兼容（ 5V） DS1302 的引腳說明 DS1302 含有 8 針雙排引腳。 1：（ VCC1）主電源。 3：（ X X2）震蕩源，外接 32768Hz 晶振。 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 4：（ GND）地線。 5：（ RST ）復(fù)位 /片選端。 6：（ I/O）串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出（雙向）。 7：（ SCLK）串行數(shù)據(jù)輸入端。 8：（ VCC2）后備電源。 DS1302 的控制字節(jié) DS1302 控制字節(jié)的高有效位（位 7）必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入 DS1302 中，位 6 如果為 0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取 RAM數(shù)據(jù)；位 5 至位 1 指示操作單元的地址；最低有效位（位 0）如果為 0 表示要進(jìn)行寫操作，為 1 表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出 。 LCD1602 液晶顯示屏 LCD 液晶顯示器簡介 LCD1602 液晶顯示器是目前廣泛使用的一種字符型液晶顯示模塊。它是由字符型液晶顯示屏（ LCD），控制驅(qū)動主電路 HD44780 及其擴展驅(qū)動電路 HD44100，以及少量電阻，電容原件和結(jié)構(gòu)件等裝配在 PCB 板上而組成。不同廠家生產(chǎn)的LCD1602 芯片可能有所不同，但使用方法都是一樣的。為了降低成本，現(xiàn)在絕大多數(shù)制造商都直接將裸片做到板子上。 它是一種字符型液晶顯示器，目前國際上已經(jīng)對字符型液晶顯示模塊進(jìn)行了規(guī)范，使得無論顯示屏規(guī)格如何變化，其電特