【導讀】土壤溫濕度的檢測與控制部分又包括了土壤溫濕度的檢測和顯示、自動澆水系統(tǒng)。單片機，再由其輸出到LCD屏進行顯示。自動澆水系統(tǒng)設計為智能和手動兩個部分：智能澆水部分。軟件程序設定定時澆水的時間與澆水的量。

　　

【正文】 R/W H/L R/W=? H? ,E=? H? ,數(shù)據(jù)被讀到 DB7～ DB0 R/W=? L? ,E=? L? , DB7～ DB0 的數(shù)據(jù)被寫到 IR 或 DR 7 E H/L 使能信號 8 DB0～ DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 9 RST H/L 復位端，低電平有效 10 VOUT — LCD 驅(qū)動電壓輸出端 KS0108 控制器指令功能 KS0108控制器指令功能如表 42所示。具體分析如下： ① 讀狀態(tài)字（ read status）格式： BUSY 0 ON/OFF RESET O 0 0 0 BUSY=1：表示 KS0108 正在處理計算機發(fā)來的指令或數(shù)據(jù)。此時接口電路被封鎖，不能接受除狀態(tài)字以外的任何操作。 BUSY=0表示 KS0108接口控制電路已處于?準備好?狀態(tài)，等待計算機的訪問。 ON/OFF：表示當前的顯示狀態(tài)。 ON/OFF=1表示關顯示狀態(tài)； ON/OFF=0表示開顯示狀態(tài)。 RESSET：表示當前 KS1008 的工作狀態(tài)，即反映 RET 端得電平狀態(tài)。當 RST 為低電平狀態(tài)時，KS0108處于復位工作狀態(tài)， RESET=1；當 RST為高電平狀態(tài)時， KS0108為正常工作狀態(tài)， RESET=0。 在占領設置和數(shù)據(jù)讀寫時要注意狀態(tài)字中的 BUSY標志。只有在 BUSSY=0時，計算機對 KS0108的操作才有效。因此計算機在每次對 KS0108操作之前，都要讀出狀態(tài)字判斷 BUSY是否為? 0?。若不為? 0?，則計算 機需要等待，直至 BUSY=0為止。 ② 顯示開關（ display on/off）格式： 0 0 1 1 1 1 1 D 該指令設置顯示開關 /觸發(fā)器的狀態(tài)，由此控制顯示數(shù)據(jù)鎖存器的工作方式，從而控制顯示狀態(tài)。 D 位為顯示開 /關的控制位。當 D=1 為顯示設置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器正常工作，顯示屏上呈現(xiàn)所需的效果。此時在狀態(tài)字中 ON/OFF=0。當 D=0為關顯示設置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器被清 0，顯示屏呈不顯示狀態(tài)，但顯示存儲器并沒有被破壞，在狀態(tài)組中 ON/OFF=1。 ③ 顯示起始行設置（ display start line）格式： 1 1 L5 L4 L3 L2 L1 L0 該指令設置了顯示起始行寄存器的內(nèi)容。 KS0108 有 64 行顯示的管理能力，該指令中 L5～ L0為顯示起始行的地址，取值在 0～ 3FH（ 1～ 64）范圍內(nèi)，它規(guī)定了顯示屏上最頂一行所對的顯示存儲器的行地址。如果定時間間隔地，等間距地修改（如加一或減一）顯示起始行寄存器的內(nèi)容，則顯示屏將呈現(xiàn)顯示內(nèi)容向上或向下平滑滾動的顯示效果。 ④ 頁面地址設置（ set page(X address)）格式： 1 0 1 1 1 P2 P1 P0 該指令設置了頁面地址→ X地址寄存器的內(nèi)容。 KS0108將顯示存儲器分成了 8頁，指令代碼中P2～ P0就是要確定當前所要的選擇的頁面地址，取值范圍為 0～ 7H，代表第 1～ 8頁。該指令規(guī)定了以后的讀 /寫操作將在哪一個頁面上進行。 ⑤ 列地址設置（ set Y address）格式： 0 1 C5 C4 C3 C2 C1 C0 該指令設置了 Y地址計數(shù)器的內(nèi)容， C5～ C0=0～ 3FH(1～ 64)代表某一頁面上的某一單元地址，隨后的一次讀或?qū)憯?shù)據(jù)將在這個單元上進行。 Y 地址計數(shù)器具有自動加一功能，在每一次讀 /寫數(shù)據(jù)后它將自動加一，所以在連續(xù)進行讀 /寫數(shù)據(jù)時， Y地址 計數(shù)器不必每次都設置一次。 頁面地址的設置和列地址的設置將顯示存儲器單元唯一確定下來，為后來的顯示數(shù)據(jù)的讀 /寫作了地址的選通。 ⑥ 寫顯示數(shù)據(jù)（ write display data）該操作將 8 位數(shù)據(jù)寫入先前已經(jīng)確定的顯示存儲器的單元內(nèi)，操作完成后列地址計數(shù)器自動加一。 ⑦ 讀顯示數(shù)據(jù)（ read display data）該操作將 KS0108 接口部的輸出寄存器內(nèi)容讀出，然后列地址自動加一。 應用說明 用帶中文字庫的 128 64 顯示模塊時應注意以下幾點： ① 欲在某一個位置顯示中文字符時，應先設定顯 示字符位置，即先設定顯示地址，再寫入中文字符編碼。 ② 顯示 ASCII字符過程與顯示中文字符過程相同。不過在顯示連續(xù)字符時，只須設定一次顯示地址，由模塊自動對地址加 1指向下一個字符位置，否則，顯示的字符中將會有一個空 ASCII字符位置。 ③ 當字符編碼為 2字節(jié)時，應先寫入高位字節(jié)，再寫入低位字節(jié)。 ④ 模塊在接收指令前，向處理器必須先確認模塊內(nèi)部處于非忙狀態(tài)，即讀取 BF標志時 BF需為? 0?，方可接受新的指令。如果在送出一個指令前不檢查 BF標志，則在前一個指令和這個指令中間必須延遲一段較長的時間，即等待前一個 指令確定執(zhí)行完成。指令執(zhí)行的時間請參考指令表中的指令執(zhí)行時間說明。⑤? RE?為基本指令集與擴充指令集的選擇控制位。當變更? RE?后，以后的指令集將維持在最后的狀態(tài)，除非再次變更? RE?位，否則使用相同指令集時，無需每次均重設? RE?位。 6 盆花自動澆水系統(tǒng)的設計 該系統(tǒng)包括土壤溫濕度檢測與控制系統(tǒng)和蓄水箱自動上水系統(tǒng)兩個系統(tǒng)。 土壤溫濕度檢測與控制 土壤溫濕度檢測與控制系統(tǒng)以單片機 AT89C51為控制核心，通過軟件設置達到具體動作實現(xiàn)。土壤的溫濕度是由 SHT11數(shù)字溫濕度傳感器檢測并送入單片機， 通過單片機的 I/O 口把檢測到的土壤溫濕度值用 LCD顯示出來。同時，如果系統(tǒng)在智能澆水設置情況下，則該值與設定的澆水上下限值相比較，若低于下限值，則單片機發(fā)出一個控制信號控制電磁閥打開，開始澆水。若高于上限值時，單片機再發(fā)出一個控制信號控制電磁閥關閉，停止?jié)菜?。若果系統(tǒng)設置在手動澆水情況下，則按照設定好的定時澆水時間以及澆水的量進行澆水， SHT11把檢測到的土壤溫濕度值顯示在 LCD上，以達到對土壤溫濕度實時監(jiān)測的目的。具體系統(tǒng)設計框圖如圖 61所示。 圖 61 自動澆水系統(tǒng)設計框圖 硬件電路設計 土壤溫濕度檢測與控制系統(tǒng) 由 AT89C51單片機、 SHT11數(shù)字溫濕度傳感器、 LCD顯示屏、輸入按鍵、二極管、三極管與電磁閥等組成。 在第三章中已經(jīng)介紹過數(shù)字溫濕度傳感器 SHT— 11采用 COMSens專利傳感器技術將溫度濕度傳感器、 A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字接口、校準數(shù)據(jù)存儲器、標準 I2C總線等電路全部集成在一個芯片內(nèi)，因此在與單片機連接時不需要模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器，只需要將 DATA與 SCK兩個引腳連接到單片機的 I/O口上即可。 對于 LCD顯示屏將 DB0～ DB7 通過排阻 RESPACK8 連接到單片機的 ～ ， E、 R/W、 RS與 、 、 ，片選 CS CS2與 、 。 (1) 鍵盤 在單片機控制系統(tǒng)中可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令。鍵盤是由一組常開的按鍵組成，每個按鍵都被賦予一個代碼，稱為鍵碼。鍵碼分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是通過一個編碼電路識別閉合鍵的鍵碼，非編碼鍵盤是通過軟件來識別鍵碼。由于非編碼鍵盤的硬件電路簡單，用戶可以方便的改變鍵的數(shù)量，因此在單片機系統(tǒng)中應用廣泛。 非編碼鍵盤可以分為獨立式鍵盤和行列式鍵盤兩種結(jié)構形式。行列式鍵盤是將 I/O線的一部分作為行線，另一部 分作為列線，按鍵設置在行線和列線的交叉點上，這種結(jié)構形式的鍵盤適用于鍵數(shù)較多的場合，但硬件電路結(jié)構較復雜。獨立式非編碼鍵盤中每一按鍵都獨立地占用一條數(shù)據(jù)線，當一按鍵閉合時，相應的 I/O線變?yōu)榈碗娖健Ｈ鐖D 62所示為處于常開狀態(tài)的獨立式鍵盤，當按鍵閉合時 I/O線為低電平，當按鍵為常態(tài)時 I/O線為高電平。由于機械觸點的彈性作用，觸點在閉合和彈開瞬間的電接觸情況不穩(wěn)定，造成電壓信號的抖動，如圖 63所示。鍵的抖動時間一般為 5～10ms。為了避免一次閉合引起的 CPU多次處理，就要采用措施消除抖動。去抖動的方法有硬件 去抖和軟件去抖兩種方法。硬件去抖一般采用雙穩(wěn)態(tài)去抖電路（如圖 64所示）。軟件消抖方法是在 CPU檢測到有鍵按下是，延時 10～ 20ms，再次檢測該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)，如果保持閉合狀態(tài)，則確認有鍵按下，否則從頭檢測。 圖 62 按鍵輸入電路 圖 63 電壓抖動 圖 64 單穩(wěn)態(tài)去抖電路 在本次設計中用到的鍵數(shù)較少，為了簡化硬件電路，選用獨立式非編碼鍵盤，并采用軟件消抖的方法來消除按鍵抖動。 (2) 電磁閥 電磁閥（ solenoid valve）使用電磁鐵操縱閥芯移動的閥，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介子的方向、流向、速度和其他的參數(shù)。電磁閥是用電磁效應進行控制的，主要的控制方式由繼電器控制。這樣，電磁閥可以配合不同的電路來實現(xiàn)預期的控制。控制的精度和靈活性都能夠保證。它的工作原理是：電磁閥里有密閉的腔，在不同的位置開有通孔，每個通孔都可以通向介質(zhì)流通的通道，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸到哪邊，通過控制閥體的移動來擋住或漏出不同的介質(zhì)流通通道。 電磁閥從原理上分為三大類： 1）直動式電磁閥 直動式電 磁閥在通電時，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把關閉件壓在閥座上，閥門關閉。它的特點是在真空、負壓、零壓是能正常工作，通徑一般不超過 25mm。 2）先導式電磁閥 先導式電磁閥在通電時，電磁力把先導孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關閉件周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動關閉件向上移動，閥門打開；斷電時，彈簧力把先導孔關閉，入口壓力通過旁通孔迅速在腔室關閉件周圍形成下地上高的壓差，流體壓力推動關閉件向下移動，關閉閥門。它的特點是流體壓力范圍上限較高，可任意安裝（需定制） 但必須滿足流體壓差條件。 3）分布直動式電磁閥 分布直動式電磁閥是一種直動和先導式相結(jié)合的原理結(jié)構，當入口與出口沒有壓差時，通電后，電磁力直接把先導小閥和主閥關閉件依次向上提起，閥門打開。當入口與出口達到啟動壓差時，通電后，電磁力先導小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時，先導閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動關閉件向下移動，使閥門關閉。它的特點是在零壓差、真空或高壓時亦能動作，只是功率較大，要求必須水平安裝。 本次設計的是盆花的自動澆水系統(tǒng)，根據(jù)盆花每次的需水量并不大，通徑選取 20mm 左右就能滿足要求，而且澆水的時間遠比不交水的時間長，所以應選用常閉型，即通電打開，斷電關閉。綜上所述，在本次設計中采用常閉型的直動式電磁閥，不僅控制電路簡單而且經(jīng)濟適用。 (4) 電路連接 具體的土壤溫濕度檢測控制系統(tǒng)硬件電路連接如圖 65所示。 （ a）土壤溫濕度檢測顯示電路 (b) 澆水驅(qū)動電路 圖 65 土壤溫濕度檢測控制電路 在澆水控制電路中，當 口輸出高電平時，三極管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，處于放大狀態(tài)。由單片機輸出的電壓經(jīng)三極管放大后驅(qū)動電磁閥動作。在電路中二極管作保護，用以 防止過電壓。 系統(tǒng)軟件設計 土壤溫濕度檢測與控制系統(tǒng)有自動和手動兩種澆水方法。通過設置鍵來選擇澆水方式，若設置鍵按下則為手動澆水方式，否則為智能澆水方式。手動澆水時，由單片機向時鐘芯片 DS1302 讀取實時時間，若與設定的定時澆水的時間相符，則單片機執(zhí)行定時器 /計數(shù)器 0 中斷程序，完成定量澆水。智能澆水時，傳感器起感應作用，當傳感器把感應到的土壤溫濕度信號傳給單片機，由控制程序判斷是否需要進行澆水，若需要澆水，單片機輸出高電平打開電磁閥，給植物澆水。當澆了足量的水，傳感器感應到后，把信號傳給單片機判斷， 單片機再發(fā)出信號讓電磁閥閉合。由此，實現(xiàn)了智能澆水，澆水的上下限由程序編程 時設定。 土壤溫濕度的檢測后在 LCD液晶屏上顯示由定時器 /計數(shù)器 1中斷實現(xiàn)。 在本次設計中定時器 /計數(shù)器 0、 1均工作在計數(shù)器方式的模式 1。為方便時間計算設定中斷一次為 50ms，這樣計數(shù) 20 次就是一秒?？梢砸源祟愅朴嬎愠鏊O定的時間。計數(shù)初值為? ? 61256/5000065536TH X ??? ； ? ? 176256%5 0 0 0 06 5 5 3 6TL X ??? 。 主程序和智能澆水與手動澆水子程序如下： main() { int i,j。 if (button==0) //檢測 P3^0口按鍵是否按下 { for(i=5。i0。i) for(j=248。j0。j)。 if(button==0) { hand_out()。 else(button==1) auto()。 } } } （ 1） 智能澆水子程序 對于一般花卉來講，四季的供水量是：每年開春后氣溫逐漸升高，花卉進入生長旺期，澆水量是逐 漸加多。早春澆水宜在午前進行。夏季氣溫高，花卉生長旺盛，蒸騰作用強，澆水量應充足。夏季澆水宜在晨、夕進行。立秋后氣溫漸低，花卉生長緩慢，適當少澆水。冬季氣溫低，許多花卉進入休眠或半休眠期，要控制澆水，盆土不太干就不要澆水，以免因澆水過多而爛根、落葉，影響明年生長開花。冬季澆水宜在午后 1－ 2時進行。 void auto() { dat=SHT11_Measure(TEM_TEST,210)。//14位 tempet