【文章內(nèi)容簡介】 電磁閥進(jìn)行灌溉，當(dāng)濕度滿足要求是關(guān)閉電磁閥。 單片機(jī)的選擇 電子技術(shù)飛速發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)不斷更新?lián)Q代。其中單片機(jī)更是一枝獨(dú)秀，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，使其自動(dòng)化程度大提高。 單片機(jī)具有體積小，價(jià)格低廉，功能強(qiáng)大，穩(wěn)定可靠，運(yùn)算速度快，功耗低，擴(kuò)展容易，抗干擾能力強(qiáng)，系列齊全，使用方便靈活等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制、自動(dòng)監(jiān)測、智能儀器儀表、家用電器等領(lǐng)域。單片機(jī)成為當(dāng)今世界上銷售量最大、應(yīng)用面最廣、價(jià)格最便宜的微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。 目前世界上最具實(shí)力的單片機(jī)開發(fā)公司有 :美國的 Intel， ATMEL，荷蘭的 PhilipS，德國的 SiemenS等。其中 Intel公司一直處于領(lǐng)先地位，主要有 MCS4 MCS51和 MCS96三大系列，其中 MCS51 系列是 1980 年推出的高檔 8 位單片機(jī)，代表著單片機(jī)的發(fā)展方向，成為單片機(jī)領(lǐng)域中的主流產(chǎn)品。 ATMEL公司的 89系列 Flash單片機(jī) Intel80C51/52作為內(nèi)核，并采用可重復(fù)編程 FlashROM 技術(shù)，是一種源于 8051 而又優(yōu)于 8051 的單片機(jī)，己成為廣大 MCS51 用戶進(jìn)行電子設(shè)計(jì)與開發(fā)的優(yōu)選單片機(jī)品種。 下面我用 at89c52 和 at89s51 做一個(gè)比較： 方案一：采用 at89c52 作為系統(tǒng)的控制器。 AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位 單片機(jī) ，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL公司 的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元， AT89C52 單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。 主要功能特性 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 8 a、兼容 MCS51 指令系統(tǒng) b、 8k 可反復(fù) 擦寫 (大于 1000 次） Flash ROM； c、 32 個(gè)雙向 I/O 口； d、 256x8bit 內(nèi)部 RAM； e、 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷； f、時(shí)鐘頻率 024MHz； g、 2 個(gè)串行中斷，可編程 UART 串行通道； h、 2 個(gè)外部中斷源，共 8 個(gè)中斷源； i、 2 個(gè)讀寫中斷口線， 3 級加密位； j、低功耗空閑和掉電模式， 軟件 設(shè)置睡眠和喚醒功能； k、有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 方案二：采用 at89s51 單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器 AT89S51 單片機(jī)簡介 AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級2 層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 功能特性： MCS51 指令系統(tǒng) 個(gè)雙向 I/O 口 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 UART 串行中斷口線 個(gè)外部中斷源 （ WDT）電路 ISP 字節(jié)和分頁編程 可反復(fù)擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM 工作電壓 033MHz 內(nèi)部 RAM 基于單片機(jī)的定時(shí)噴水控制系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) 9 級加密位 綜合考慮，本次設(shè)計(jì)選用市場上比較普遍的單片機(jī) AT89S51來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其內(nèi)部帶有 4KB的程序存儲器， 128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，足以滿足系統(tǒng)要求。并且他們的引腳相同， at89s51單片機(jī)的成本更低廉，對于我們來說也比較熟悉。 傳感器的選擇 傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信機(jī)技術(shù)構(gòu)成了信息技術(shù)，成為信息時(shí)代的三大支柱。后兩者發(fā)展迅速，唯有傳感器技術(shù)發(fā)展滯后。傳感器技術(shù)是衡量一個(gè)國家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。 依照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) (GB/T76651987 傳感器通用術(shù)語 )的規(guī)定，傳感器的定義為：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置”，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感 元件“指傳感器中能直接感受 (或響應(yīng) )被測量的部分”，此處的被測量一般為非電量；轉(zhuǎn)換元件是“指傳感器中能將敏感元件感受 (或響應(yīng) )的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分”。 傳感器在我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，主要用于環(huán)境參數(shù)的獲取，根據(jù)檢測對象分為空氣環(huán)境和土壤環(huán)境。前者包括溫度、濕度、二氧化碳、光照度等；后者包括土壤溫度、土壤含水量、土壤 PH 值。 方案一：選用溫度采集模塊和濕度采集模塊。 溫度采集 溫度的采集采用的 DS18B20 溫度傳感器，通過溫度傳感器來檢測空氣的溫度來判斷當(dāng)前的天氣狀況，以此溫度作為參考是否灌溉的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 DS18B20 溫度傳感器有超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出，最高 12 位分辨率，精度可達(dá)土 攝氏度。檢測溫度范圍為 – 55176。 C ~+125176。 C (– 67176。 F ~ +257176。 F)，完全適用于本產(chǎn)品的開發(fā)與要求。 濕度采集 濕度采集采用的是 AM1001 濕度傳感器，可以實(shí)時(shí)檢測土壤中的濕度，土壤過濕或者過干，通過濕度傳感器檢測的土壤濕度來判斷植物是否缺 水。濕度傳感器 AM1001 具有低功耗，小體積、帶溫度補(bǔ)償、單片機(jī)校準(zhǔn)線性輸出、使用方便、成本低、完全互換、超長的信號傳輸距離、精確校準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)。采集外界的模擬信號，傳給單片機(jī)處理。 第二種方案：將溫度和濕度合成一個(gè)模塊來處理。 采用 AM2301 來對土壤中的溫濕度進(jìn)行采集。 AM2301 濕敏電容數(shù)字溫濕度模塊是一款含有己校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 10 感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)高精度測溫元件，并與一個(gè)高性能 8 位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在單片機(jī)中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這 些校準(zhǔn)系數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)單總線接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離 可達(dá) 20 米以上，使其成為溫濕度測量的最佳選擇。 顯示器的選擇 方案一：選擇 led 七位數(shù)碼管顯示 LED數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成 8 字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是 8 個(gè)。這些段分別由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的 2 個(gè) 8 數(shù)碼管字樣了。它有原理簡單，容易理解和操作的特點(diǎn)，對于一些簡單的顯示系統(tǒng)是非常理想的器件。 方案二：選擇液晶顯示屏 液晶顯示器，即 LCD，為英文 Liquid Crystal Display 的縮寫，是一種現(xiàn)在非常普遍的數(shù)字顯示技術(shù)，廣泛應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。與傳統(tǒng)的陰極射線管（ CRT）相比， LCD 具有占用空間小、低功耗、低輻射、無閃爍、降低視覺疲勞、重量輕、易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。 LCD 的原理與 CRT大不相同。 LCD是基于液晶電光效應(yīng)的顯示器件 ,是一種借助外界光線照射液晶材料而實(shí)現(xiàn)顯示的被動(dòng)顯示器件?？梢酝ㄟ^液晶和彩色過濾器過濾光源，利用液晶的物理特性，在通電時(shí)導(dǎo)通，使液晶排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時(shí)，排列則變得混亂，阻止光線通過，讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透，在平面面板上產(chǎn)生圖象。 LCD 雖然功能強(qiáng)大，但是操作復(fù)雜，并且 led 在本系統(tǒng)中就足以發(fā)揮作用，并且成本低廉，所以在本次設(shè)計(jì)中選用 LED 作為顯示用。 程序開發(fā)語言選擇 本課題的軟件設(shè)計(jì)主要由 數(shù)據(jù)輸入子程序 ， 液晶顯示 子程序， 數(shù)據(jù)處理程序 程序及輸出程序 程序組成。匯編語言程序則具有較高的效率并且容易精確計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間， C 語言它既具有高級語言的特點(diǎn)，又具有匯編語言的特點(diǎn)。 C 程序設(shè)計(jì)有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，根據(jù)課題以及實(shí)際情況選擇 C 語言。 開發(fā)工具我選用 Keil uVision3， KeilSoftware 公司推出的 uVision3 是一款可用于多種 8051MCU 的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)，該 IDE 同時(shí)也是 PK51 及其它開發(fā)套件的一個(gè)重要組件。除增加了源代碼、功能導(dǎo)航器、模板編輯以及改進(jìn)的搜索功能外， uVision3還提供了一 個(gè)配置向?qū)Чδ埽铀倭藛?dòng)代碼和配置文件的生成。此外其內(nèi)置的仿真器基于單片機(jī)的定時(shí)噴水控制系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) 11 可模擬目標(biāo) MCU，包括指令集、片上外圍設(shè)備及外部信號等。 uVision3 提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于 MCUI/O 引腳和外設(shè)狀態(tài)變化下的程序變量。 uVision3 提供對多種最新的 8051 類微處理器的支持，包括 AnalogDevices 的ADuC83x 和 ADuC84x，以及 Infineon 的 XC866 等。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 12 3 系統(tǒng)硬件主要器件選擇 系統(tǒng)硬件的組成部分 這個(gè)控制系統(tǒng)的接受網(wǎng)絡(luò)是由許多網(wǎng)絡(luò)傳感器子節(jié)點(diǎn)組成的，每一個(gè)子節(jié)點(diǎn)包括： 1 個(gè) 地表溫濕度傳感器 ，及相關(guān)電路。 如圖 31 所示 顯 示 部分?jǐn)?shù) 據(jù) 分析 部 分?jǐn)?shù) 據(jù) 采集 部 分?jǐn)?shù) 據(jù) 輸出 部 分 圖 3— 1 系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)主控制器采用的是單片機(jī)作為主控芯片，供電系統(tǒng)主要是由 控壓 芯片組成。 供電，由 220v 交流電供電的。 單片機(jī)通過土壤溫濕度傳感器 采集地表的水分 和溫度數(shù)據(jù)，并讀取自己片內(nèi)非遺失性數(shù)據(jù)儲存器中的上下限數(shù) 據(jù)，得出控制結(jié)果控制電磁閥實(shí)施滴灌操作。 主控制器 系統(tǒng)中我們選擇主控制器芯片的時(shí)候需要考慮整個(gè)系統(tǒng)的功耗要低，并且有非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲器方便數(shù)據(jù)的掉電存儲，要集成內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源并采用 at89s51 單片機(jī)。 AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存基于單片機(jī)的定時(shí)噴水控制系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) 13 儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元， AT89S51 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 AT89S51 的管腳圖如圖 42 所示 。