【導(dǎo)讀】本文利用STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)溫濕度的自動(dòng)控制灌溉，采用模塊化，層次化設(shè)計(jì)，采用新型智能溫濕度傳感器SHT10主要是對(duì)溫度、濕度進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)行分析和處理，然后顯示LED1602液晶上，并根據(jù)需求進(jìn)行灌溉與報(bào)警。統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，檢測(cè)精度高，工作穩(wěn)定。

　　

【正文】 0VCCGNDC1CAPR610KVCCSHT10 模塊DATASCLKP P 圖 SHT10 溫濕度傳感器模塊 沈陽航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 LCD1602 液晶模塊 LCD1602 是 一種字符型點(diǎn)陣液晶顯示器，它主要采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)原理由行驅(qū)動(dòng)控制器和列驅(qū)動(dòng)器兩部分組成了 16(列 )*2(行 )的全點(diǎn)陣液晶顯示。 (1)主要特性： ①作電壓位 +5V177。 10%，可自帶驅(qū)動(dòng) LCD 所需的負(fù)電壓； ②全屏幕點(diǎn)陣，點(diǎn)陣數(shù)位 16 (列 )*2(行 )，可顯示 8*2 個(gè)英文字符。， ③與 CPU 接口采用 5 條位控制總線和 8 位并行數(shù)據(jù)總線輸入輸出； ④內(nèi)部有顯示數(shù)據(jù)鎖存器； ⑤簡(jiǎn)單的操作指令顯示開關(guān)設(shè)置，顯示起始行設(shè)置，地址指針設(shè)置和數(shù)據(jù)讀/寫等指令。 (2)LCD1602 與單片機(jī)串行接口實(shí)現(xiàn)顯示。 如圖 所示。 1Vss2Vdd3V04RS5R/W6E7DB08DB19DB210DB311DB412DB513DB614DB715A16Ku1LCD_16021 23R710KVCCGNDGNDVCCLCD1602 液晶顯示模塊D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7RD ENRW 圖 LCD1602 液晶模塊 LED 報(bào)警模塊 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，都設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或記過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進(jìn)行報(bào)警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示。 本設(shè)計(jì)在 溫 濕度測(cè)量中當(dāng) 溫 濕度的上下限超出時(shí)提示報(bào)警，接口位于單片機(jī)沈陽航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 AT89C52 的 P2 口， 采用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的方式連； LED0 接 口， LED1 接 口， LED2 接 口， LED3 接 口。 如圖 所示。 D4LEDD3LEDD2LEDD1LEDVCCR410KR310KR210KR110KLED 燈報(bào)警模塊LED0 LED1 LED2 LED3 圖 LED 報(bào)警模塊 灌溉執(zhí)行模塊 在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，如果濕度超出設(shè)定的范圍，控制部分開始運(yùn)行，執(zhí)行相應(yīng)的控制，通過灌溉等方式使?jié)穸然氐秸５姆秶鷥?nèi)。當(dāng)單片機(jī) 21腳輸出高電平時(shí)，經(jīng)三極管放大，使繼電器吸合?？刂撇糠蛛娐穲D如圖 。 控制設(shè)備K1RelaySPSTU?Optoisolator1Q12N3904D1Diode+5 VCCVCCVCC150R71KR?1KR?交流電P27 圖 灌溉執(zhí)行模塊 沈陽航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 5 章 軟件 程序的 設(shè)計(jì) 軟件工具概述 灌溉控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件采用 C 語言 編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及顯示，包括信號(hào)采集， 轉(zhuǎn)換，顯示及報(bào)警等模塊。 C 語言效率高，可移植性好，并具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動(dòng)畫，它也是數(shù)值計(jì)算的高級(jí)語言。 C 語言一共只有32 個(gè)關(guān)鍵字， 9 種控制語句，程序書寫形式自由，區(qū)分大小寫。把高級(jí)語言的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級(jí)語言的實(shí)用性結(jié)合起來。 C 語言可以像匯編語言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。 C 語言的運(yùn)算符包含的范圍很廣泛，共有 34 種運(yùn)算符。 C 語言把括號(hào)、賦值、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換等都作為運(yùn)算符處 理。從而使 C 語言的運(yùn)算類型極其豐富，表達(dá)式類型多樣化。靈活使用各種運(yùn)算符可以實(shí)現(xiàn)在其它高級(jí)語言中難以實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算。 C語言的數(shù)據(jù)類型有：整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等。能用來實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算。并引入了指針概念，使程序效率更高。另外 C 語言具有強(qiáng)大的圖形功能，支持多種顯示器和驅(qū)動(dòng)器且計(jì)算功能、邏輯判斷功能強(qiáng)大，同時(shí)對(duì)于不同的編譯器也有各種編輯方式。 C結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟?清晰，便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。 C 語言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。語法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大，雖然 C 語言也是強(qiáng)類型語言，但它的語法比較靈活，允許程序編寫者有較大的自由度。允許直接訪問物理地址，對(duì)硬件進(jìn)行操作，由于 C 語言允許直接訪問物理地址，可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作，因此它既具有高級(jí)語言的功能，又具有低級(jí)語言的許多功能，能夠像匯編語言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元，可用來寫系統(tǒng)軟件。 沈陽航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 主程序 程序流程圖 主程序流程圖 本系統(tǒng) 主程序 啟動(dòng)后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，調(diào)用顯示程序，報(bào)警子程序和按鍵處理子程序， 進(jìn)行鍵碼識(shí)別， 溫 濕度 處理及 顯示， 超 限報(bào)警和處理， 流程圖如圖 。 圖 主程序流程圖 溫濕度轉(zhuǎn)換子程序 流程圖 壽險(xiǎn)，選擇供電電壓后給傳感器通電，上電速度不能低于 1V/ms 進(jìn) 入休眠狀態(tài)，在此之前不允許對(duì)傳感器發(fā)送任何命令。用一組“ 啟動(dòng)傳輸”時(shí)序，來完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?。它包括：?dāng) SCK 時(shí)鐘高電平時(shí) DATA 翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著 SCK 變?yōu)榈碗娖?，隨后是在 SCK 時(shí)鐘高電平時(shí) DATA 翻轉(zhuǎn)為高電平。發(fā)布一組測(cè)量命令（‘ 00000101’表示相對(duì)濕度 RH，‘ 00000011’表示溫度 T）后，控制器要等待測(cè)量結(jié)束。這個(gè)過程需要大約 20/80/320ms，分別對(duì)應(yīng) 8/12/14bit 測(cè)量。確切的時(shí)間隨內(nèi)部晶振速度，最多可能有 30%的變化。 SHT10 通過下拉DATA 至低電平并進(jìn)入空閑模式，表示測(cè)量的結(jié)束?？刂破髟谠俅斡|發(fā) SCK 時(shí)開始 軟件初始化，硬件初始化 調(diào)用溫濕度轉(zhuǎn)換子程序 調(diào)用鍵盤掃描子程序 調(diào)用執(zhí)行及報(bào)警子程序 沈陽航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 鐘前，必須等待這個(gè)“數(shù)據(jù)備妥”信號(hào)來讀出數(shù)據(jù)。檢測(cè)數(shù)據(jù)可以先被存儲(chǔ)，這樣控制 器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時(shí)再讀出數(shù)據(jù)。 圖 LCD1602 顯示流程圖 鍵盤掃描子程序 流程圖 鍵盤設(shè)置部分共三個(gè)按鍵，“切換鍵” K3 有三個(gè)功能，分別是設(shè)置上限，設(shè)置下限和確定， K1 鍵為“加 1”設(shè)置， K2 鍵為“減 1”設(shè)置， 按設(shè)置鍵一次進(jìn)入濕度上限報(bào)警值，按參數(shù)加 /減鍵可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；按設(shè)置鍵兩次進(jìn)入濕度下限報(bào)警值，按參數(shù)加 /減鍵可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；按設(shè)置鍵三次進(jìn)入溫度上溫濕度傳感器初始化 發(fā)送地址命令 等待應(yīng)答命令 發(fā)送溫濕度轉(zhuǎn)換命令 等 待轉(zhuǎn)換應(yīng)答命令 溫濕度轉(zhuǎn)換 開始 沈陽航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 限報(bào)警值，按參數(shù) 加 /減鍵可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；按設(shè)置鍵四次進(jìn)入溫度下限報(bào)警值，按參數(shù)加 /減鍵可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；按設(shè)置鍵五次進(jìn)入倒計(jì)時(shí)時(shí)間設(shè)置，按參數(shù)加 /減鍵可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；按設(shè)置鍵六次進(jìn)入界面菜單，此時(shí)加 /減鍵無效。當(dāng)溫度大于報(bào)警值時(shí) LED2 亮，當(dāng)溫度低于報(bào)警值時(shí) LED1 亮；當(dāng)濕度大于報(bào)警值時(shí) LED4 亮，當(dāng)濕度低于報(bào)警值時(shí) LED3 亮，并合上繼電器，開始倒計(jì)時(shí)灌溉計(jì)數(shù)。 程序流程圖如圖 所示。 圖 鍵盤設(shè)置部分程序流程圖 開始 返回 顯示當(dāng)前溫濕度 N K K2 按下否 確定切換模式 Y Y K3 是否按下？ 進(jìn)行相應(yīng)按鍵處理 N K3 鍵按下 沈陽航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 控制及 超限報(bào)警部分流 程圖 超限報(bào)警部分是在當(dāng)前濕度值下，判斷濕度是否大于上限，是則點(diǎn)亮 LED1燈，否則繼續(xù)判斷濕度是否低于下限，是則進(jìn)行 LED 燈 光報(bào)警 并 在 LCD 屏上顯示灌水倒計(jì)時(shí)剩余時(shí)間（可以預(yù)設(shè)置） ， 并且同時(shí)控制繼電器工作，繼電器正常工作指示燈 LED5 亮起 ， 否則返回 。 程序流程圖如圖 所示。 圖 超限報(bào)警部分流程圖 開始 濕度是否大于上限 LED5 燈亮起，進(jìn)行相應(yīng)控制 點(diǎn)亮 LED1 燈報(bào)警 濕度是否低于下限 返回 N N Y Y 沈陽航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 第 6 章 系統(tǒng)硬件及軟件調(diào)試結(jié)果 硬件調(diào)試 按照要求連接好硬件與仿真器，經(jīng)調(diào)試后，硬件仿真現(xiàn)象良好，顯示十分穩(wěn)定。系統(tǒng)軟硬件調(diào)試的目的 是通過控制程序和硬件電路的配合工作，進(jìn)行一些操作，以驗(yàn)證系統(tǒng)的軟、硬件是否能夠完成設(shè)計(jì)的功能。調(diào)試的過程是按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能來劃分的。 硬件電路系統(tǒng)測(cè)試首先是保證各個(gè)元件之間以及各個(gè)模塊之間的連接正確并且接觸良好，這是整個(gè)硬件電路系統(tǒng)正常工作的前提。接著分別測(cè)試各個(gè)硬件模塊的性能。按照測(cè)試性質(zhì)的不同可分為電壓測(cè)試和信號(hào)測(cè)試兩種。一、單片機(jī)輸入輸出接口主要是信號(hào)測(cè)試；二、根據(jù)理論計(jì)算和軟件仿真的預(yù)期結(jié)果，再通過對(duì)響應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果與預(yù)期結(jié)果基本一致，保證了系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)的思路正常運(yùn)行。通過測(cè)試硬件電路 系統(tǒng)中的幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)，確保關(guān)鍵的電壓信號(hào)滿足要求，確保各個(gè)引腳連接正確，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。 在系統(tǒng)的硬件 設(shè)計(jì) 過程中， 當(dāng)硬件設(shè)計(jì)從布線到焊接安裝完成之后，就開始進(jìn)入硬件調(diào)試階段，調(diào)試 主 要包括 脫焊、 錯(cuò)線、開路、短路。 排除邏輯故障， 排除的方法是首先將加工 ， 印制板認(rèn)真對(duì)照原理圖，看兩者是否一致。應(yīng)特別注意電源系統(tǒng) 的檢查 以防止電源短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）是否存在相互之間短路或與其它信號(hào)線路短路。必要時(shí)利用數(shù)字萬用表的短路測(cè)試功能，可以縮短排錯(cuò)時(shí)間。 排除元器件失效 ， 造成這類錯(cuò)誤的 原因有兩個(gè)：一個(gè)是元器件買來時(shí)就已壞了；另一個(gè)是由于安裝錯(cuò)誤，造成器件燒壞。可以采取檢查元器件與設(shè)計(jì)要求的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否一致。在保證安裝無誤后，用替換方法排除錯(cuò)誤 。例如顯示電路中，數(shù)碼管與驅(qū)動(dòng)器連接后，有個(gè)數(shù)碼管不亮，經(jīng)檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管損壞，換后可以正常工作。 沈陽航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 軟件調(diào)試 程序編寫完畢后，進(jìn)行軟件整體調(diào)試。本次設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)流程是將 溫 濕度傳感器測(cè)量得到的數(shù)據(jù)信號(hào)送入單片機(jī) STC89C52 的 T0 引腳，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0工作在計(jì)數(shù)方式，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 工作在定時(shí)方式。相對(duì) 溫 濕度通過 SHT10 內(nèi)部電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之成一定 關(guān)系的頻率信號(hào)，用這種測(cè)量頻率法測(cè)出方波信號(hào)的頻率，從而也就測(cè)出了空氣中的相對(duì)濕度。 按照要求連接好硬件與仿真器，使用偉福仿真器模擬相關(guān)的軟件環(huán)境。創(chuàng)建項(xiàng)目，把編寫的程序進(jìn)行調(diào)試編譯。查看程序能否實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。如果不能，查找錯(cuò)誤進(jìn)行修改直到達(dá)到設(shè)計(jì)需要。 在程序運(yùn)行過程中，出現(xiàn) LCD 屏 閃爍現(xiàn)象，可將延時(shí)時(shí)間調(diào)短，從而使 LCD 刷新頻率變快， LCD 顯示穩(wěn)定。 軟硬件綜合調(diào)試 若濕度高于設(shè)置的正常范圍，則“高 濕 報(bào)警 ”燈亮，顯示當(dāng)前濕度值，濕度單位為 rH，仿真結(jié)果如圖 所示。 圖 濕度過高時(shí)的仿真現(xiàn)象 若濕度低于設(shè)置的正常范圍，則“低濕報(bào)警 ”燈亮， 并且繼電器吸合燈 D5亮；在 LCD 屏顯示當(dāng)前濕度值， 濕度單位為 rH，并同時(shí)開始倒計(jì)時(shí)，若濕度恢沈陽航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 復(fù)正常值，則倒計(jì)時(shí)結(jié)束，顯示當(dāng)前濕度值，仿真結(jié)果如圖 所示。 圖 濕度過低時(shí)的軟件仿真現(xiàn)象 若溫度高于設(shè)置的正常范圍，則“高溫報(bào)警”燈亮，顯示當(dāng)前溫度值，溫度單位為℃，仿真結(jié)果如圖 所示。 圖 溫度過高時(shí)的仿真現(xiàn)象 若溫度低于設(shè)置的正常范圍，則“低溫報(bào)警”燈亮；顯示當(dāng)前溫度值，仿真結(jié)果如圖 所 示。 沈陽航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 圖 溫度過低時(shí)的軟件仿真現(xiàn)象 按切換鍵 進(jìn)入 濕度上下限 設(shè)置模式，設(shè)置上限值，按 “加 1”鍵加 1，按 “減1”鍵減 1，仿真結(jié)果如圖 所示。 圖 設(shè)置上限值的軟件仿真圖 按切換鍵 進(jìn)入 溫度上下限 設(shè)置模式，設(shè)置下限值，按 “加 1”鍵加 1，按 “減1”鍵減 1，再按 “切換”鍵，設(shè)置結(jié)束，顯示當(dāng)