【文章內(nèi)容簡介】 時(shí)，表示正在進(jìn)行灌溉，當(dāng)指示燈熄滅時(shí)，表示停止灌溉。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)利用 STC89C52 單片機(jī)設(shè)計(jì)了自動灌溉系統(tǒng)，利用溫濕度傳感器檢測土壤的溫濕度，將采集到的溫濕度傳送到單片機(jī)芯片，單片機(jī)根據(jù)溫濕度控制是否進(jìn)行灌溉，如果需要灌溉，那么單片機(jī)的一個(gè)引腳將置高電平，給水泵驅(qū)動芯片信號，打開水泵抽水，實(shí)現(xiàn)自動灌溉（即綠色指示燈亮起） 。設(shè)計(jì)還配有一塊 LCD1602 液晶顯示器，用于顯示土壤溫濕度實(shí)際數(shù)值和設(shè)定用戶溫濕度值。系統(tǒng)還配有 4 個(gè)獨(dú)立按鍵輔助設(shè)定溫濕度值。自動灌溉系統(tǒng)方框圖如圖 21 所示。5圖 21 自動灌溉系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件電路總原理圖系統(tǒng)硬件部分由單片機(jī)核心控制模塊、溫濕度采集模塊、按鍵輸入模塊、水泵驅(qū)動模塊、液晶顯示模塊、供電模塊等組成，硬件系統(tǒng)的總電路圖如圖 31 所示。核心控制模塊由 STC89C52RC 芯片、排阻、復(fù)位和晶振電路組成；按鍵輸入模塊由 4 個(gè)獨(dú)立按鍵組成；水泵驅(qū)動模塊由二極管和綠色指示燈組成，顯示模塊由 LCD1602 顯示屏完成，溫濕度數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換由 DHT11 芯片完成。6圖 31 系統(tǒng)總電路圖 STC89C51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)STC89C52RC 是 STC 公司出產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具備 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié)Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路，3 個(gè) 16 位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器，4 個(gè)外部中斷，一個(gè) 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)） ，全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止，最高運(yùn)作頻率 35MHz，6T/12T 可選 [10]。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及信號引腳1）STC89C52RC 單片機(jī)的特性（如表 所示）表 STC89C52RC 單片機(jī)的特性2）芯片引腳介紹：圖 32 為 STC89C52 單片機(jī)的引腳封裝圖。7圖 32 STC89C52 引腳封裝圖表 為單片機(jī)的引腳功能說明。表 STC8C52 引腳功能說明 電源供電模塊8為整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)模塊供電是對于一個(gè)完整的電路來講的首要問題，為了克服 STC89C51 單片機(jī)在實(shí)際的操作過程中因容易受到外來因素的干擾而出現(xiàn)程序跑飛或陷入死循環(huán)等現(xiàn)象，這就需要為 STC89C52RC 單片機(jī)系統(tǒng)配置一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源模塊。本設(shè)計(jì)采用的是兩個(gè)電源接口，連接外部電源，圖 33是電源模塊原理圖。圖 33 電源模塊原理圖 單片機(jī)控制模塊 單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)是一個(gè)完整電路系統(tǒng)的核心控制部分，控制著整個(gè)系統(tǒng)是否能成功運(yùn)行并達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)。單片機(jī)的最小系統(tǒng)由晶振電路和復(fù)位電路組成，如圖34 是復(fù)位和晶振部分的原理圖。圖 34 復(fù)位和晶振部分原理圖9（1）復(fù)位電路在系統(tǒng)開始運(yùn)行的時(shí)候，都需要對系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)初始化，而在單片機(jī)的最小系統(tǒng)中，復(fù)位電路就是為了把電路系統(tǒng)初始化而存在的，復(fù)位電路的原理就是在將單片機(jī)的電阻和電容接在單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 上，實(shí)現(xiàn)一個(gè)上電復(fù)位，只有當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位才有效。具體的數(shù)值可以由 RC電路計(jì)算出來。（2）晶振電路（時(shí)鐘電路）只要是一個(gè)完整的單片機(jī)系統(tǒng)，就一定會有晶振，晶振是通過一種能把機(jī)械能和電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下進(jìn)行工作，從而提供穩(wěn)定而精確的單頻振蕩。晶振在整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里的作用是不可或缺的，它與單片機(jī)的內(nèi)部電路相結(jié)合，產(chǎn)生一個(gè)單片機(jī)所需要的時(shí)鐘頻率，晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度就會越快，單片對整個(gè)系統(tǒng)所執(zhí)行的一切指令都是建立在晶振提供的這個(gè)時(shí)鐘頻率之上的。 單片機(jī)控制的電路設(shè)計(jì)在整個(gè)系統(tǒng)中，單片機(jī)外接電源供電模塊、溫濕度采集模塊、按鍵輸入模塊、顯示模塊和水泵驅(qū)動模塊（此系統(tǒng)用一個(gè)綠色的指示燈來代替） 。當(dāng)電源為整個(gè)系統(tǒng)供電后，溫濕度采集模塊和按鍵輸入模塊對單片機(jī)提供數(shù)字信號，單片機(jī)再依據(jù)編寫的程序指令來控制顯示屏的顯示結(jié)果以及水泵是否啟動繼電器進(jìn)行灌溉（綠色指示燈是否亮） 。圖 35 是單片機(jī)控制模塊（MCU）原理圖。圖 35 MCU 原理圖 濕度采集模塊 溫濕度傳感器 DHT11 的原理1）DHT11 的概述10DHT11 傳感器是一款溫濕度復(fù)合傳感器，它和單片機(jī)之間工作時(shí)不需要進(jìn)行 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換，直接輸送給單片機(jī)的信號就是已校準(zhǔn)的數(shù)字信號，由于它的這一性能，所以專用于溫濕度傳感技術(shù)和數(shù)字模塊采集技術(shù)方面，以確保產(chǎn)品有極高的穩(wěn)定性與可靠性。傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由一個(gè)電阻式感濕原件和一個(gè)NTC 測溫元件組成，同時(shí)還與一個(gè)高性能的 8 位單片機(jī)相連接。因此，該產(chǎn)品具有體積小、接口簡單、品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等特點(diǎn)，性價(jià)比極高。也正是由于 DHT11 傳感器的這些優(yōu)勢，使它在自動控制和家電品領(lǐng)域中擁有較高的應(yīng)用價(jià)值。圖 36 為溫濕度采集模塊系統(tǒng)原理圖。圖 36 溫濕度模塊系統(tǒng)原理圖2）DHT11 的引腳及硬件電路設(shè)計(jì)DHT11 傳感器采用的是 4 針單排引腳封裝。引腳說明如表 所示　表 DHT11 引腳說明DHT11 溫濕度傳感器有 4 個(gè)引腳，其中第一和第四個(gè)引腳分別接電源正極和接地，第三個(gè)引腳置空，第二個(gè)引腳和 STC89C52 單片機(jī)的 引腳連接，當(dāng)接通電源后，主機(jī)（微處理器）發(fā)送一次開始信號，DHT11 從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)的開始信號結(jié)束后，DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號，送出 40位的測量數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。當(dāng) DHT11 接收到開始信號后觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有接收到 mcu 發(fā)送的開始信號，DHT11 不會主動對溫濕度進(jìn)行采集。采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。3）DHT11 特性（如表 所示）11表 DHT11 特性 液晶顯示模塊 LCD1602 液晶模塊簡介本系統(tǒng)的顯示器采用的是 LCD1602 液晶顯示器，它專門用于數(shù)字、字母、符號等的顯示。同時(shí)它也是一個(gè) 2 行16 個(gè)字符的字符型液晶顯示器。它是由32 個(gè)字符點(diǎn)陣塊組成的，而每個(gè)字符點(diǎn)陣塊又由 57 或 511 個(gè)點(diǎn)陣組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，可以顯示 ASCII 碼表中的所有可視的字符。圖 37 為液晶顯示模塊系統(tǒng)原理圖。液晶顯示模塊和單片機(jī)的 p0 端口連接，單片機(jī)會把傳感器傳送給它的數(shù)字信號進(jìn)行處理后把實(shí)際溫濕度值和設(shè)定的溫濕度下限值顯示在顯示屏上。圖 37 液晶顯示模塊系統(tǒng)原理圖 LCD1602 的引腳及電路設(shè)計(jì)LCD1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中各引腳的功能如下（表 ）：表 LCD1602 各引腳的功能12LCD1602 的第 1 和第 2 號引腳分別接 GND 和 VCC，第 3 引腳 VEE 沒有接，這個(gè)腳是控制屏幕對比度的?？梢詫㈦娢黄鞯膬啥朔謩e接 VCC 和 GND，中間端接 LCD1602 的第 3 腳。第 4 號腳與單片機(jī)的 端口連接，第 5 號引腳接地，第 6 號引腳與單片機(jī)的 端口連接，第 7—14 號引腳與單片機(jī)的— 端口連接，第 15 和 16 號引腳分別接 VCC 和 GND。當(dāng)單片機(jī)與LCD1602 顯示屏電路連接好后，只要把控制液晶顯示模塊的程序下載到單片機(jī)中，單片機(jī)就能控制顯示屏的顯示結(jié)果。本設(shè)計(jì)顯示屏能夠分別顯示