【正文】 .......................... 73 致謝 .................................................................. 74 參考文獻(xiàn) ................................................................. 75 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 1 緒論 選題的目的和意義 隨著社會生活的進(jìn)步，人們的生活質(zhì)量越來越高。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?？墒沁@種 報警器只能報警，澆水還 是 需要人們親自動手。 自動澆花器的誕生背景 及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 微噴系統(tǒng)是近幾年利用國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)組裝的新型灌溉設(shè)施，主要是利用水流通過低壓管道系統(tǒng)以一定速度從特制的噴頭噴出，在空氣中分散成細(xì)小的水滴，著落在花草植物、作物及周圍的地面上，從而達(dá)到及時補(bǔ)充水分的目的。 早在很多年前，國外就已經(jīng)開始普及，國內(nèi)使用的電子類 自動澆花器 多數(shù)從國外進(jìn)口的，價格昂貴，但質(zhì)量比較可靠。目前這類小居家用品的廠家主要集中在廣東，上海，浙江一帶。 ⑵ 玻璃、陶瓷類自動澆花器 玻璃、陶瓷類自動澆花器又叫自動滲水裝置，它由本身材質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)構(gòu)成，根據(jù)器具的物理滲水原理完成自動澆灌，當(dāng)自動澆水器內(nèi)部存水，自身形成一定的壓力，當(dāng)遇到干燥的土壤，水就會自上而下的流出，當(dāng)土壤濕潤以后，會形成一個堵塞壓力，從而導(dǎo)致水流速度變慢或者停止。 本次畢業(yè)設(shè)計是設(shè)計一種單片機(jī)控制的自動澆水系統(tǒng) ,實現(xiàn)室內(nèi)盆花澆水的自動化系統(tǒng)。檢測部分，單片機(jī)選用 AT89C51單片機(jī)，溫濕度傳感器選用 SHT11溫濕度傳感器。在澆水系統(tǒng)中也同時設(shè)計一個手動澆水部分，系統(tǒng)工作時通過設(shè)置鍵的按下與否來選擇澆水系統(tǒng)的工作方式。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 圖 21 AT89C51 的基本組成 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 5 AT89C51 主要特性 AT89C51 主要特性 有 ： 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 32 可編程 I/O線 低功耗的閑置和掉電模式 P0口： P0 口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P1口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。并因此 作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址 信號和控制信號。 P3口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口，如表 21 所示 。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 7 字節(jié)。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。 EA /VPP：當(dāng) /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 圖 23給出了 AT89C51單片機(jī)的存儲器分布空間。 圖 23 存儲器空間分布圖 數(shù)據(jù)存儲器 AT89C51單片機(jī)出廠時片內(nèi)已帶有 256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器 RAM，如果不夠用，可以在片外擴(kuò)展，最多可擴(kuò)展 64KB RAM。 振蕩電路和時鐘 在 AT89C51芯片內(nèi)部，有一個振蕩電路和時鐘發(fā)生器，引腳 XTAL1和 XTAL2之間接入晶體振蕩器和電容后構(gòu)成內(nèi)部時鐘方式。大多數(shù)的單片機(jī)采用內(nèi)部時鐘方式，本次設(shè)計亦然。 1C 、 2C 一般取 20～ 30pF的陶瓷電容器。6個中斷源有兩級中斷優(yōu)先級，可形成中斷嵌套。 ① 定時器控制寄存器 TCON TCON是定時器 /計數(shù)器和外部中斷兩者合用的一個可位尋址的特殊功能寄存器，它的格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 各控制位定義如下： 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 11 TF1：定時器 /計數(shù)器 1溢出中斷請求標(biāo)志位。 TF0：定時器 /計數(shù)器 0溢出中斷請求標(biāo)志位。 IE1：外部中斷請求標(biāo)志位。 IT1：用軟件置位 /復(fù)位 IT1來選擇外部中斷 INT1是下降沿觸發(fā)還是電平觸發(fā)中斷請求。 EA=1， CPU開中斷，它是 CPU是否響應(yīng)中斷的前提，在此前提下，如果某中斷源的中斷允許位置 1，才能響應(yīng)該中斷源的中斷請求。 ET1： 定時器 /計數(shù)器 T1中斷控制位， ET1=1，允許 T1計數(shù)溢出中斷； ET1=0，禁止T1中斷。 中斷響應(yīng)過程 CPU中斷處理從響應(yīng)中斷、控制程序轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的中斷矢量地址入口處執(zhí)行中斷服務(wù)程序，到執(zhí)行返回（ RETI）指令為止。在 6個入口地址處存放有中斷處理程序。除此之外還有一個可 編程定時器 /計數(shù)器 2。工作在定時器方式時，對振蕩源 12分頻的脈沖計數(shù)，即每過一個機(jī)器周期（ 1個機(jī)器周期在時間上和 12個振蕩周期河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 13 的時間相等），計數(shù)寄存器中的值就加 1。單片機(jī)每個機(jī)器周期都要對對外部輸入進(jìn)行采樣，如果在第一個周期采得的外部信號為高電平，在下一個周期采得的信號為低電平，則在再下一個機(jī)器周期，即第三個機(jī)器周期計數(shù)寄存器的值才增加 1[1]。 ② 定時器 /計數(shù)器控制寄存器 TCON 定時器 /計數(shù)器控制寄存器 TCON的格式如下： TF1 TR1 TF0 TR1 IE1 IT1 IE0 IT0 TF1為 T/C1的溢出標(biāo)志，溢出時由硬件置 1，進(jìn)入中斷后 又由硬件自動清 0。 ③ 定時器 /計數(shù)器方式控制寄存器 TMOD 定時器 /計數(shù)器方式控制寄存器 TMOD的格式如下所示。當(dāng)河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 14 該位置 1時工作在計數(shù)器方式，清 0時工作在定時器方式。它很好地解決了溫濕度傳感器存在的上述問題 ,實現(xiàn)了數(shù) 字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換功能 [3]。而且將傳感器元件、信號放大器、模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換器、 OTP 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲器、 I2C 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串行總線等，電路功能部件全部采用 CMOS 技術(shù)與溫濕度傳感器一起放置在一個芯片內(nèi)。該傳感器還具有 I2C 二線串行總線接口 ,這可使傳感器方便的與任何類型的微處理器、微控制器接口相連 ,為溫濕度的微機(jī)化測試帶來極大的方便 ,這不僅能減少溫濕度測試系統(tǒng)的開發(fā)時間 ,還可節(jié)約數(shù)字化接口的軟硬件成本。從中可以看出 ,SHT11 的輸出特性呈一定的非線性 ,為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù) ,可按式（ 31）修正濕度值 : ? ?linearRH = 2321 RHRH SOcSOcc ?? ? ?13? 式中 ,SORH 表示傳感器相對濕度測量值 ,系數(shù)取值分別如下 : 12位時： 6321 ,0 4 0 ,4 ??????? ccc ； 8位時： 4321 ,6 4 ,4 ??????? ccc 。 （ 1）線性 當(dāng)系統(tǒng)對濕度測量精度要求不高時 ,可采用以下的線性計算公式。 當(dāng) 1070 ??SO 時， 143?a ， 512?b ；當(dāng) 255108 ??SO 時， 143?a ， 512?b 。 SHT 的詳細(xì)規(guī)格 （ RH）的性能參數(shù)如下： 范圍 ： 0— 100%RH； 精度：177。 ℃（在 25℃時），177。 SHT11的引腳 SHT11的引腳圖如圖 34所示。 DATA三態(tài)門 用于數(shù)據(jù)的讀取。在程序編程時根據(jù)命令編號來設(shè)定 SHT11的工作狀態(tài)。 2) 連接復(fù)位順序 如果與 SHT11傳感器的通訊中斷 ,下列信號順序會使串口復(fù)位 :當(dāng)使 DATA線處于高電河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 22 平時 ,觸發(fā) SCK9 次以上 (含 9 次 ) ,并發(fā)一個前述的“傳輸開始”命令。如果沒有用 CRC28校驗和 ,則控制器就會在測量數(shù)據(jù) LSB后，保持 ack為高時停止通訊 ,SHT11在測量和通訊完成之后會自動返回睡眠模式。 5) 低電壓檢測 SHT11的工作極限功能可以檢測 VDD電壓是否低于 ，準(zhǔn)確度為177。因 SHT11內(nèi)部集成了 A/D 轉(zhuǎn)換器、數(shù)字接口等，在與單片機(jī)連接時就不需要再外接轉(zhuǎn)換部件 [6]。 sbit SHT11_SCK=P2^5。 uint i,temp1,temp2,dat=0,count。 } ⑵ SHT11內(nèi)部延時 void Delay() { 。i0。 } ⑷ SHT11啟動時序 void SHT11_Start() 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 25 { SHT11_SCK=1。 Delay()。 Delay()。 Delay()。0x80) { SHT11_DATA=1。 } 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 26 dat=dat1。 } } ⑹ 檢測 SHT11的響應(yīng)信號 (在第九個時鐘周期 ) void SHT11_Answer() { SHT11_SCK=1。 SHT11_DATA=1。 SHT11_Answer()。位 6 顯示當(dāng)前檢測完一次數(shù)據(jù)后電源供電情況：當(dāng)位 6 為 0 時表明 VDD 當(dāng)位 6為 1時表明 VDD。 SHT11_Answer()。 } ⑽ 設(shè)置 SHT11 檢測功能 ,并返回相應(yīng)的檢測結(jié)果 :mand 形參用于設(shè)定溫度檢測還是濕度檢測 ,time 形參用于設(shè)定檢測過程中的等待時間，以確定檢測結(jié)果的位數(shù)11ms/55ms/210ms 分別對應(yīng) 8位 /12位 /14位 uint SHT11_Measure(uchar mand,uchar time) { uint dat=0。 SHT11_Answer()。 MCU_Answer()。 dat=(dat8)|data_low。 if(tempeture1) { flag_tempeture=1。 } ⑿ 將檢測到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的濕度數(shù)據(jù) :相對濕度轉(zhuǎn)換公式RHline=C1+C2*SOrh+C3*SOrh*SOrh， RHtrue=(tempeture25)*(t1+t2*SOrh)+RHline 式中參數(shù) C1=4,C2=0,0405,C3=， t1=,t2=；適用于 12位測量精度 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 29 float SHT11_Convert_Humidity12bit(uint dat,float temp) { // float RHline,RHtrue。 } else { flag_humidity=0。 DS1302 時鐘芯片的簡介 DS1302涓流充電計時芯片包含一個實時時鐘 /日歷和 31字節(jié)的靜態(tài) RAM。 同步串行通信簡化了 DS1302與微處理的接口。 引腳 DS1302的引腳（引腳圖如圖 41所示）及功能簡介如下： 圖 41 DS1302引腳圖 第 2腳： Vcc Vcc2電源。 第 7腳： X X2是 /輸出端。第 6 位是邏輯 1時指定 RAM數(shù)據(jù)。 表 41 DS1302命令字節(jié) 7 6 5 4 3 2 1 0 1 RAM SCLK A4 A3 A2 A1 A0 RD W （ 1） RST 及時鐘控制 驅(qū)動 RST 輸入高電平可啟 動所有的數(shù)據(jù)傳輸。對于數(shù)據(jù)輸入，在時鐘周期的上升沿時間，數(shù)據(jù)必須正確；在時鐘周期的下降沿，數(shù)據(jù)位輸出。在上電時， RST必須是邏輯 0，直到 Vcc，當(dāng) RST 被驅(qū)動到邏輯 1狀態(tài)時， SCLK必須為邏輯0。 （ 3）數(shù)據(jù)輸出 繼輸入寫命令的 8個 SCLK周期后，在接下來的 8個 SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。此外， I/O引腳在每個 SCLK的上升沿都是三態(tài)的。在日歷 /時鐘寄存器的地址 9至 31或 RAM寄存器中的地址 31不能存儲數(shù)據(jù)。每個被寫入的字節(jié)都將被傳輸?shù)?RAM，無論 31個字節(jié)是否都被寫入。 2）時鐘暫停標(biāo)志：秒寄存器的第 7 位定義為時鐘暫停標(biāo)志。 3） AMPM/1224模式： DS1302能運(yùn)行于 12小時制或 24小時制模式下。在 24小時模式下，第5 位是第二個 10 小時位元（ 2023）小時。對時鐘或 RAM進(jìn)行任何操作前，第 7位必須為 0。 5）涓流充電寄存器：該寄存器控制 DS1302的涓流特性。 DS1302上電時，涓流充電器被禁