【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(jì)說(shuō)明書(shū) 1 緒論 選題的目的和意義 隨著社會(huì)生活的進(jìn)步，人們的生活質(zhì)量越來(lái)越高。但是，在生活中人們總是會(huì)有無(wú)暇顧及的時(shí)候，比如工作太忙或者出差、旅游等。可是這種 報(bào)警器只能報(bào)警，澆水還 是 需要人們親自動(dòng)手。 自動(dòng)澆花器的誕生背景 及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 微噴系統(tǒng)是近幾年利用國(guó)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(guò)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?chē)牡孛嫔?，從而達(dá)到及時(shí)補(bǔ)充水分的目的。 早在很多年前，國(guó)外就已經(jīng)開(kāi)始普及，國(guó)內(nèi)使用的電子類(lèi) 自動(dòng)澆花器 多數(shù)從國(guó)外進(jìn)口的，價(jià)格昂貴，但質(zhì)量比較可靠。目前這類(lèi)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(lèi)自動(dòng)澆花器 玻璃、陶瓷類(lèi)自動(dòng)澆花器又叫自動(dòng)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(dòng)澆灌，當(dāng)自動(dòng)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(huì)自上而下的流出，當(dāng)土壤濕潤(rùn)以后，會(huì)形成一個(gè)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(jì)是設(shè)計(jì)一種單片機(jī)控制的自動(dòng)澆水系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)盆花澆水的自動(dòng)化系統(tǒng)。檢測(cè)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(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)手動(dòng)澆水部分，系統(tǒng)工作時(shí)通過(guò)設(shè)置鍵的按下與否來(lái)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(chǔ)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(jì)說(shuō)明書(shū) 5 AT89C51 主要特性 AT89C51 主要特性 有 ： 數(shù)據(jù)保留時(shí)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(gè) 8位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。 P1口： P1口是一個(gè)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(mén)電流。并因此 作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址 信號(hào)和控制信號(hào)。 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(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(jì)說(shuō)明書(shū) 7 字節(jié)。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無(wú)效。 EA /VPP：當(dāng) /EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 圖 23給出了 AT89C51單片機(jī)的存儲(chǔ)器分布空間。 圖 23 存儲(chǔ)器空間分布圖 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 AT89C51單片機(jī)出廠時(shí)片內(nèi)已帶有 256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)鐘 在 AT89C51芯片內(nèi)部，有一個(gè)振蕩電路和時(shí)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(shí)鐘方式。大多數(shù)的單片機(jī)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，本次設(shè)計(jì)亦然。 1C 、 2C 一般取 20～ 30pF的陶瓷電容器。6個(gè)中斷源有兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，可形成中斷嵌套。 ① 定時(shí)器控制寄存器 TCON TCON是定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器和外部中斷兩者合用的一個(gè)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(jì)說(shuō)明書(shū) 11 TF1：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 TF0：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 IE1：外部中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 IT1：用軟件置位 /復(fù)位 IT1來(lái)選擇外部中斷 INT1是下降沿觸發(fā)還是電平觸發(fā)中斷請(qǐng)求。 EA=1， CPU開(kāi)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(qǐng)求。 ET1： 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1中斷控制位， ET1=1，允許 T1計(jì)數(shù)溢出中斷； ET1=0，禁止T1中斷。 中斷響應(yīng)過(guò)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(gè)入口地址處存放有中斷處理程序。除此之外還有一個(gè)可 編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2。工作在定時(shí)器方式時(shí)，對(duì)振蕩源 12分頻的脈沖計(jì)數(shù)，即每過(guò)一個(gè)機(jī)器周期（ 1個(gè)機(jī)器周期在時(shí)間上和 12個(gè)振蕩周期河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 的時(shí)間相等），計(jì)數(shù)寄存器中的值就加 1。單片機(jī)每個(gè)機(jī)器周期都要對(duì)對(duì)外部輸入進(jìn)行采樣，如果在第一個(gè)周期采得的外部信號(hào)為高電平，在下一個(gè)周期采得的信號(hào)為低電平，則在再下一個(gè)機(jī)器周期，即第三個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)寄存器的值才增加 1[1]。 ② 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON 定時(shí)器 /計(jì)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(shí)由硬件置 1，進(jìn)入中斷后 又由硬件自動(dòng)清 0。 ③ 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器方式控制寄存器 TMOD 定時(shí)器 /計(jì)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(jì)說(shuō)明書(shū) 14 該位置 1時(shí)工作在計(jì)數(shù)器方式，清 0時(shí)工作在定時(shí)器方式。它很好地解決了溫濕度傳感器存在的上述問(wèn)題 ,實(shí)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(hào)放大器、模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換器、 OTP 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(gè)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(lèi)型的微處理器、微控制器接口相連 ,為溫濕度的微機(jī)化測(cè)試帶來(lái)極大的方便 ,這不僅能減少溫濕度測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)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(duì)濕度測(cè)量值 ,系數(shù)取值分別如下 : 12位時(shí)： 6321 ,0 4 0 ,4 ??????? ccc ； 8位時(shí)： 4321 ,6 4 ,4 ??????? ccc 。 （ 1）線性 當(dāng)系統(tǒng)對(duì)濕度測(cè)量精度要求不高時(shí) ,可采用以下的線性計(jì)算公式。 當(dāng) 1070 ??SO 時(shí)， 143?a ， 512?b ；當(dāng) 255108 ??SO 時(shí)， 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(shí)），177。 SHT11的引腳 SHT11的引腳圖如圖 34所示。 DATA三態(tài)門(mén) 用于數(shù)據(jù)的讀取。在程序編程時(shí)根據(jù)命令編號(hào)來(lái)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(hào)順序會(huì)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(jì)說(shuō)明書(shū) 22 平時(shí) ,觸發(fā) SCK9 次以上 (含 9 次 ) ,并發(fā)一個(gè)前述的“傳輸開(kāi)始”命令。如果沒(méi)有用 CRC28校驗(yàn)和 ,則控制器就會(huì)在測(cè)量數(shù)據(jù) LSB后，保持 ack為高時(shí)停止通訊 ,SHT11在測(cè)量和通訊完成之后會(huì)自動(dòng)返回睡眠模式。 5) 低電壓檢測(cè) SHT11的工作極限功能可以檢測(cè) 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(shí)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(shí) void Delay() { 。i0。 } ⑷ SHT11啟動(dòng)時(shí)序 void SHT11_Start() 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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(jì)說(shuō)明書(shū) 26 dat=dat1。 } } ⑹ 檢測(cè) SHT11的響應(yīng)信號(hào) (在第九個(gè)時(shí)鐘周期 ) void SHT11_Answer() { SHT11_SCK=1。 SHT11_DATA=1。 SHT11_Answer()。位 6 顯示當(dāng)前檢測(cè)完一次數(shù)據(jù)后電源供電情況：當(dāng)位 6 為 0 時(shí)表明 VDD 當(dāng)位 6為 1時(shí)表明 VDD。 SHT11_Answer()。 } ⑽ 設(shè)置 SHT11 檢測(cè)功能 ,并返回相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果 :mand 形參用于設(shè)定溫度檢測(cè)還是濕度檢測(cè) ,time 形參用于設(shè)定檢測(cè)過(guò)程中的等待時(shí)間，以確定檢測(cè)結(jié)果的位數(shù)11ms/55ms/210ms 分別對(duì)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(cè)到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的濕度數(shù)據(jù) :相對(duì)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(cè)量精度 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 29 float SHT11_Convert_Humidity12bit(uint dat,float temp) { // float RHline,RHtrue。 } else { flag_humidity=0。 DS1302 時(shí)鐘芯片的簡(jiǎn)介 DS1302涓流充電計(jì)時(shí)芯片包含一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31字節(jié)的靜態(tài) RAM。 同步串行通信簡(jiǎn)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(jiǎn)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(shí)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(shí)鐘控制 驅(qū)動(dòng) RST 輸入高電平可啟 動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘周期的上升沿時(shí)間，數(shù)據(jù)必須正確；在時(shí)鐘周期的下降沿，數(shù)據(jù)位輸出。在上電時(shí)， RST必須是邏輯 0，直到 Vcc，當(dāng) RST 被驅(qū)動(dòng)到邏輯 1狀態(tài)時(shí)， SCLK必須為邏輯0。 （ 3）數(shù)據(jù)輸出 繼輸入寫(xiě)命令的 8個(gè) SCLK周期后，在接下來(lái)的 8個(gè) 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(gè) SCLK的上升沿都是三態(tài)的。在日歷 /時(shí)鐘寄存器的地址 9至 31或 RAM寄存器中的地址 31不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。每個(gè)被寫(xiě)入的字節(jié)都將被傳輸?shù)?RAM，無(wú)論 31個(gè)字節(jié)是否都被寫(xiě)入。 2）時(shí)鐘暫停標(biāo)志：秒寄存器的第 7 位定義為時(shí)鐘暫停標(biāo)志。 3） AMPM/1224模式： DS1302能運(yùn)行于 12小時(shí)制或 24小時(shí)制模式下。在 24小時(shí)模式下，第5 位是第二個(gè) 10 小時(shí)位元（ 2023）小時(shí)。對(duì)時(shí)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(shí)，涓流充電器被禁