【正文】 ............................................................................................................................................. 36 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................................ 37 附 錄 ................................................................................................................................................ 38 一、英文原文 ................................................................................................................................ 38 二、英文翻譯 ................................................................................................................................ 42 三、源程序 .................................................................................................................................... 46 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平得大了極大的提高，越來越多的人開始在家庭和辦公室內(nèi)種養(yǎng)一些花卉盆景。這不僅造成了一定的個(gè)人經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)養(yǎng)花人本身也是一種精神上的損失。根據(jù)濕度澆花時(shí)，LCD 上顯示是目前的濕度。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第一章 單片機(jī)的概述 我們學(xué)習(xí)單片機(jī)就要求我們更好的掌握它的歷史和未來的發(fā)展情況，以及其學(xué)術(shù)背景和理論與實(shí)際的情況。在單片機(jī)產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑耍覀冎恍枰趩纹瑱C(jī)外圍接一點(diǎn)簡(jiǎn)單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。現(xiàn)在廣泛使用的微型計(jì)算機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，因此它屬于第四代計(jì)算機(jī)，而單片機(jī)則是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支。 80 年代末，世界各 地已相繼研制出大約 50 個(gè)系列 300 多個(gè)品種的單片機(jī)產(chǎn)品，其中包括 Motorola 公司的 6801， 6802， Zilog 公司的 Z8 系列， Rockwell 公司的 6501， 6502 等，此外，日本的 NEC 公司，日立公司等也不甘落后，相繼推出了各自的單片機(jī)品種。繼 8 位單片機(jī)之后，又出現(xiàn)了 16 位單片機(jī)， 1983 年 Intel 公司推出的 MCS96 系列單片機(jī)就是其中的典型代表。 第二節(jié) 單片機(jī) 未來的發(fā)展 自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已走過了近 20 年的發(fā)展路程。現(xiàn)在單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛：工業(yè)自動(dòng)化方面自動(dòng)化能使工業(yè)系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，提高經(jīng)濟(jì)效益，改善產(chǎn)品質(zhì)量和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。主要實(shí)現(xiàn)以下功能： ① 通過濕度模塊電路對(duì)土壤進(jìn)行的濕度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集； ② 通過單片機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理； ③ 當(dāng)土壤的濕度低于或高于設(shè)置的溫度時(shí)啟動(dòng)報(bào)警。解析：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制傳感器模塊對(duì)土壤的濕度進(jìn)行檢測(cè)并通過單片機(jī)進(jìn)行處理用 LCD 顯示出來，鍵盤電路可設(shè)置報(bào)警的上下限， 當(dāng)土壤的濕度低于或高重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 于設(shè)置的濕度時(shí)啟動(dòng)報(bào)警，即蜂鳴器響。當(dāng)土壤濕度滿足設(shè)定的澆水標(biāo)準(zhǔn)，單片機(jī)通過電磁閥驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)電磁閥工作，從而對(duì)花卉、植物進(jìn)行澆水作業(yè)，澆水量達(dá)到設(shè)定要求時(shí)，電磁閥關(guān)閉，停止?jié)菜＃?RH； 濕度測(cè)量分辨率 ： ％ RH； 溫度測(cè)量范圍： 40～ +℃ ； 溫度測(cè)量精度 ： 177。 一、可靠性 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(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都應(yīng)該將可靠性作為首要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)配有現(xiàn)場(chǎng)故障自動(dòng)診斷程序，一旦發(fā)生故障能保證有效地對(duì)故障進(jìn)行定位，以便進(jìn)行維修。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 基于土壤定時(shí)檢測(cè)的家庭自動(dòng)澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)由 AT89C51 單片機(jī)以及相應(yīng)的振蕩、復(fù)位等外圍電路模塊和按鍵設(shè)置、報(bào)警電路與 LCD1602 液晶顯示電路構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的核心。 ① 通用型單片機(jī)的內(nèi)部資源豐富，性能全面，適應(yīng)能力強(qiáng)。因此，它能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最簡(jiǎn)化和資源的最優(yōu)化，可靠性高、成本低，在應(yīng)用中有很明顯的優(yōu)勢(shì)。 ③ 多板機(jī)：在計(jì)算機(jī)組成中，如果組成計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件是由多塊電路板連接而成的，那么這樣的計(jì)算機(jī)稱為多板機(jī) [4]。 P3 口： P3 口是準(zhǔn)雙向口以外每個(gè)口都還具有第二種功能，如表 所示。在讀外部 ROM 時(shí)，有效 (低電平 )，以實(shí)現(xiàn)外 ROM 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 單元的操作。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有效，用以 完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。 因此時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。晶振的頻率可以 1MHz24MH 電平時(shí)，芯片為 ROM 的 00H 處開始運(yùn) z 內(nèi)選擇。 在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平，芯片便循環(huán)復(fù)位。 圖 AT89C51 時(shí)鐘振蕩電路圖 二、復(fù)位電路設(shè)計(jì) 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只需給 AT89C51 的位復(fù)引腳 RST 加上大于 2 個(gè)機(jī)器周期（即 24 個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高 電平就可使 AT89C51 復(fù)位。 圖 AT89C51 的片內(nèi)復(fù)位電路結(jié)構(gòu) 復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。因此為保證系統(tǒng)能可靠地復(fù)位， RST 引腳上的高電平必須維持足夠的時(shí)間。 圖 按鍵電平復(fù)位電路 脈沖復(fù)位是利用 RC 微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的，脈沖復(fù)位電路如圖 所示。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 AT89C51 按鍵復(fù)位圖 第三節(jié) 報(bào)警電路 在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對(duì)于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都沒有緊急狀太報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其原理很簡(jiǎn)單就是用一個(gè)晶體管來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，圖中 接晶體管基極輸入端。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、文字、圖形等。 現(xiàn)在 的字符型液晶模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 LCD1602 與 AT89C51 外圍 硬件 電路圖 引腳功能說明： 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引 腳接口說明如下 : 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 第 15 腳：背光源正極。 一、鍵盤輸入應(yīng)解決的問題 （一）鍵盤的任務(wù) 任務(wù)有三項(xiàng)： ① 判別是否有鍵按下，若有，則進(jìn)入下一步工作。按鍵實(shí)質(zhì)上重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 就是一個(gè)開關(guān)。高電平，表示鍵斷開，低電平則表示鍵閉合，通過對(duì)行線電平的高低狀態(tài)的檢測(cè)，可確認(rèn)按鍵按下以及按鍵釋放與否。使用這種鍵盤，系統(tǒng)功能通常比較簡(jiǎn)單，需要處理的任務(wù)較少，但是可以降低成本、簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。 對(duì)于圖 的鍵盤，圖中的上拉電阻保證按鍵釋放時(shí)，輸入檢測(cè)線上有穩(wěn)定的高電平。 圖 獨(dú)立式鍵盤接口電路 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 （二）矩陣式鍵盤 矩陣式（也稱行列式）鍵盤用于按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。列線的電平如果為低，則行線電平為低；列線的電平如果為高，則 行線的電平也為高，這是識(shí)別按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。下面以圖 所示的鍵 3 被按下為例，說明識(shí)別過程。只能得出第 1 行有鍵被按下的結(jié)論。 綜上所述，掃描法的思想是，先 把某一列置為低電平，其余各列置為高電平，檢查各行線電平的變化，如果某行線電平為低電平，則可確定此行此列交叉點(diǎn)處的按鍵被按下。 再把行線編程為輸出線，列線編程為輸入線，并使輸出線輸出為全低電平，則列線中電重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 平由高變低所在列為按鍵所在列。該傳感器 包括一個(gè)電容性聚合體濕度 敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件，并在同一芯片上，與 l4 位的 A／ D 轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無縫連接。微小的體積、極低的功耗，使其成為各類應(yīng)用的首選。 其各引腳的功能如下： ① 腳 1 和 4－信號(hào)地和電源，其工作電壓范圍是 ～ V； ② 腳 2 和腳 3－二線串行數(shù)字接口，其中 DATA 為數(shù)據(jù)線， SCK 為時(shí)鐘線； ③ 腳 5～ 8－ 未連接。 SHT11 的每一個(gè)傳感器都是在極為精確得濕度室內(nèi)中校準(zhǔn)的。首先是傳感器信號(hào)強(qiáng)度的增加增強(qiáng)了傳感器的抗干擾性能，保證了傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，而 A/D 轉(zhuǎn)換的同時(shí)完成，則降低了傳感器對(duì)干擾噪聲的敏感程序。 SHT11 內(nèi)部還集成了一個(gè)加熱元件，加熱元件接通后可以將 SHT11 的溫度升高 5℃ 左右，同時(shí)功耗也會(huì)有所增加。 微處理器是通過二線串行數(shù)字接口與 SHT11 進(jìn)行通信的。該芯片在溫濕度監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制等領(lǐng)域均已得到廣泛應(yīng)用 [11]。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第一節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序流程圖 本系統(tǒng)的智能核心是 AT89C51，其監(jiān)控程序和應(yīng)用軟件全部固化在 EPROM 內(nèi)。 開 始初 始 化寫 入 上 下限 濕 度 值讀 取 溫 濕 度 值與 設(shè) 定 的 上 下 限溫 濕 值 比 較高 于 上 限 值則 報(bào) 警低 于 下 限 值則 報(bào) 警 且 L E D 顯示 綠 燈判 斷 有 無 按 鍵按 下Y在 范 圍 內(nèi) 則 L E D顯 示 紅 燈 且 L C D顯 示 濕 度 與 時(shí)間N設(shè) 置 定時(shí) 時(shí) 間延 時(shí) 程序 圖 主程序流程圖 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 程序流程圖實(shí)現(xiàn)步驟： ① 接通電源之后，系統(tǒng)初始化； ② 接通單片機(jī)的 EEPROM及 Flash技術(shù)與程序的結(jié)合寫入濕度報(bào)警的上下限值與設(shè)定的定時(shí)時(shí)間； ③ 然后讀取溫濕度且顯示溫濕度值及當(dāng)前時(shí)間； ④ 將檢測(cè)的濕度與我們?cè)O(shè)置的報(bào)警上下限的濕度值進(jìn)行比較，若高于上限值，則啟動(dòng)報(bào)警且不用對(duì)花卉進(jìn)行澆水；若低于下限值，則啟動(dòng)報(bào)警且要對(duì)花卉進(jìn)行 澆水；若正常，則不作任何動(dòng)作； ⑤ 判斷有無按鍵處理，若有則返回到設(shè)置定時(shí)時(shí)間的部分，若無則繼續(xù)顯示當(dāng)前濕度值。 第三節(jié) 傳感器模塊 SHT11 數(shù)字溫濕傳感器加濕器溫濕度傳感器隨著科技的不斷發(fā)展，汽車、空調(diào)、除濕器、烘干機(jī)等種類繁多的電器都已進(jìn)入人們的日常生活，而這些電器設(shè)備很多都 離不開對(duì)溫度、濕度等環(huán)境因素的要求。 1 單總線通信簡(jiǎn)介目前常用的微機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€主要有 2C 總線、 SPI 總線和 SCI 總線。 寫指令數(shù)據(jù)到 LCD 寫指令寄存器子程序入口寄存器為 R1。寫入時(shí)同樣要求 E 出現(xiàn)負(fù)調(diào)變，而且與寫指令寄 存器 IR 有相似的地方，所以 DR 送出數(shù)據(jù)后和還是要求 E 置 0，方可完成寫入過程。報(bào)警模塊具備兩項(xiàng)功能，即為報(bào)警燈和聲音報(bào)警。 在 LED 燈轉(zhuǎn)換的同時(shí)，聲音報(bào)警也會(huì)同時(shí)啟動(dòng)，可采用延時(shí)的方式來延長(zhǎng)聲音報(bào)警的聲音。為保證按鍵不發(fā)生誤動(dòng)作，在編寫按鍵處理程序中必須有防抖動(dòng)措施。采取本措施，可消除兩個(gè)抖動(dòng)期 t1 和 t3的影響。竄鍵標(biāo)志寄存器在行掃描期間用于記錄被按按鍵個(gè)數(shù)，故發(fā)生竄鍵時(shí)竄鍵標(biāo)志必大于 01H。 按鍵處理主要的兩個(gè)流程圖就是按鍵掃描子程序流程圖和按鍵消抖子程序流程圖，以下就是兩流程圖的全部?jī)?nèi)容。然后在 Keil C51 軟件中編寫程序，并編譯后輸入 Proteus中進(jìn)行仿真。 第一節(jié) 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試主要使 用 Pr