【正文】 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計報告 目 錄1 緒論 1 1 12 總體方案設(shè)計 23單元模塊設(shè)計 5 5 5 復(fù)位模塊簡介 6 報警模塊簡介 6 顯示模塊簡介 7 8 土壤濕度傳感器簡介 8 51系列單片機(jī)簡介 9 LCD1602簡介 9 蜂鳴器簡介 13 134軟件設(shè)計 14 14 14 155系統(tǒng)調(diào)試 16 硬件調(diào)試 16 軟件調(diào)試 166系統(tǒng)功能及結(jié)論 17 17 17 187總結(jié)與體會 198參考文獻(xiàn) 20附錄1：相關(guān)設(shè)計圖 21附錄2：元器件清單表 23附錄3：相關(guān)設(shè)計軟件 241 1 緒論在中國廣大面積的農(nóng)村，沒有發(fā)達(dá)的工商業(yè)，有的只是大量閑置的田地。如果利用這些閑置的田地，種植美麗的花卉、樹苗，能給當(dāng)?shù)貛硪还P可觀的收入。而這些花卉及樹苗的種植對土壤濕度有著極高的要求。在植物的成長過程中，土壤的濕度起著一個很重要的作用，并且不同的植物，對土壤的濕度需求是不同的。土壤濕度可以直接影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和植物的生長發(fā)育，同時還影響土壤中各種養(yǎng)分的有效性。當(dāng)土壤濕度不適當(dāng)時，不僅嚴(yán)重影響其正常生長，甚至?xí)?dǎo)致種植品死亡，造成種植戶的嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。為此，從事該類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的種植戶非常需要一種成本低、體積小且檢測可靠的土壤濕度檢測儀，為水分供應(yīng)提供依據(jù)。土壤濕度是作物生長發(fā)育的基本條件和作物產(chǎn)量預(yù)報的重要參數(shù)。同時,它也是水文學(xué)、氣象學(xué)等科學(xué)研究領(lǐng)域的重要環(huán)境因子和過程參數(shù),獲取土壤濕度信息以制定人工干預(yù)調(diào)節(jié)措施是穩(wěn)固生產(chǎn)的重要保證, 對于土壤濕度的研究也具有重要意義。實(shí)時、有效地監(jiān)測土壤墑情顯得尤為重要。 目前，在低溫條件下(通常指100℃以下)，濕度的測量已經(jīng)相對成熟。利用新型單總線式數(shù)字濕度傳感器實(shí)現(xiàn)對濕度的測試與控制得到更快的開發(fā)。但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、學(xué)習(xí)、生活提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)字單片機(jī)技術(shù)入手，設(shè)計一種造價低廉、使用方便且測量準(zhǔn)確的溫濕度測量儀，使一切向著數(shù)字化，智能化控制方向發(fā)展。濕度測量被廣泛的應(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。目前，隨著工業(yè)控制自動化進(jìn)程的加快，它的運(yùn)用越來越普遍，并且在不斷的延伸。在日常的生產(chǎn)生活中，經(jīng)常需要檢測環(huán)境中的濕度，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)測在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，例如要確定某些幼苗的生長特性與溫度、濕度有什么樣的關(guān)系等。這些都需要利用溫濕度的實(shí)時記錄才能實(shí)現(xiàn)。繼而濕度測量儀被廣泛應(yīng)用于糧倉、種植園、溫室大棚、自動控制等眾多領(lǐng)域。可以對環(huán)境的濕度進(jìn)行檢測和控制,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、濕度調(diào)節(jié)以及超限報警等各項功能。溫濕度傳感器除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質(zhì)離子型濕敏元件、重量型濕敏元件（利用感濕膜重量的變化來改變振蕩頻率）、光強(qiáng)型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測環(huán)境濕度時，濕敏元件要長期暴露在待測環(huán)境中，很容易被污染而影響其測量精度及長期穩(wěn)定性。 本文設(shè)計的是基于單片機(jī)STC89C52的溫濕度檢測系統(tǒng)，主要以廣泛應(yīng)用的土壤濕度傳感器YL69作為溫度和濕度的檢測，該儀器具有測量精度較高、硬件電路簡單、并能很好的進(jìn)行顯示，可測試不同土壤環(huán)境濕度的特點(diǎn)。單片機(jī)是系統(tǒng)的控制核心，所以單片機(jī)的性能關(guān)系到整個系統(tǒng)的好壞。因此單片機(jī)的選擇，對所設(shè)計系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以及功能的擴(kuò)展有著很大的影響。本次設(shè)計是以STC89C52單片機(jī)為核心，配合土壤濕度傳感器YL69，以及相關(guān)的外圍電路組成的簡易濕度檢測系統(tǒng)，通過終端傳感器檢測環(huán)境中的濕度的變化，可以接收所測土壤環(huán)境的濕度信號，并對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和傳輸，檢測人員可以通過1602液晶顯示器顯示的數(shù)據(jù)，實(shí)時監(jiān)控環(huán)境的濕度數(shù)據(jù)。傳感器得到的土壤濕度信號，經(jīng)電路轉(zhuǎn)換為電信號，通過轉(zhuǎn)換送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后送到顯示部分進(jìn)行顯示。本文給出了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計和軟件程序的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了土壤濕度的實(shí)時自動檢測的功能。實(shí)踐證明該溫濕度測量儀具有測量精度高、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，具有一定的實(shí)用價值。系統(tǒng)主要由STC89C52單片機(jī)、土壤濕度傳感器YL6LCD1602和其他外圍電路組成，實(shí)現(xiàn)的基本功能和要求如下:（1）用STC89C52單片機(jī)通過編程來控制土壤濕度正常與否的顯示；（2）通過調(diào)節(jié)模塊中藍(lán)色的電位器的大小來控制濕度控制范圍；（3）超出設(shè)計范圍時蜂鳴報警；（4）畫出相關(guān)設(shè)計圖，能做出實(shí)物，寫出設(shè)計和和總結(jié)報告2 總體方案設(shè)計要求單片機(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)計的每一個環(huán)節(jié)，都應(yīng)該將可靠性作為首要的設(shè)計準(zhǔn)則。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個方面考慮：使用可靠性高的元器件；設(shè)計電路板時布線和接地要合理；對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)計時，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)勢在于高性能價格比。一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價比是其中一個關(guān)鍵因素。因此，再設(shè)計時，除了保持高性能外，盡可能降低成本，如簡化外圍硬件電路，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。 方案一：可利用濕度傳感器采樣土壤中的濕度信號，以提供給顯示電路部分，關(guān)于濕度含量可采用ADC的方法將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后再用譯碼器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號提給顯示電路實(shí)現(xiàn)顯示，ADC轉(zhuǎn)換電路所需脈沖由555構(gòu)成的多諧振蕩器來提供。 數(shù)碼顯示譯碼器濕度采集A/D轉(zhuǎn)換 方案一流程圖方案二: 在本次設(shè)計中，以51單片機(jī)為主控芯片，各部分功能用外部電路來完成，主要包括時鐘晶振電路，濕度測量電路，液晶顯示模塊，報警模塊，按鍵模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。STC89C52單片機(jī)時 鐘 模 塊LCD1602顯示模塊濕度采集模塊復(fù) 位 模 塊報警模塊 方案二流程圖最終方案選擇：在以上兩種方案中，方案一中的譯碼器74HC4511存在消隱狀態(tài)，即當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)超過1001時，對于1010~1111六個代碼，譯碼器輸出均為低電平，顯示器不能正常顯示出每一單位下的濕度值。所以該方案的精確度不及方案二，而且方案二中單片機(jī)除體積小、功耗低等特點(diǎn)外，最大的優(yōu)勢在于高性能價格比。單片機(jī)控制速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于方案一，這種方法的工作速率較高，而且精度較高。，再設(shè)計時，除了保持高性能外，簡化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下能使用軟件功能取代硬件功能等。所以最終選擇方案二作為本次畢業(yè)設(shè)計的制作方案。3單元模塊設(shè)計本次設(shè)計采用單片機(jī)最小系統(tǒng)，所謂單片機(jī)的最小系統(tǒng)是指使單片機(jī)能運(yùn)行程序、正常工作的最簡單電路系統(tǒng)，是保證單片正常啟動、開始工作的必須電路，缺一不可。單片機(jī)最小系統(tǒng)一般由單片機(jī)、程序存儲器、時鐘電路和復(fù)位電路組成。對于51單片機(jī)，由于片內(nèi)有4K的程序存儲器，所以其最