【導(dǎo)讀】利用濕度傳感器檢測土壤的濕度，采集的濕度傳送到單片機(jī)處理單元，單片機(jī)根據(jù)濕度控制電磁閥自動給花卉澆水。應(yīng)按鍵能夠調(diào)整定時時間。第4周～第6周：針對課題進(jìn)行查閱相關(guān)資料；第7周～第10周：確定系統(tǒng)設(shè)計方案，完成硬件電路設(shè)計；第11周～第12周：完成軟件設(shè)計，完善系統(tǒng)控制電路；第13周～第15周：撰寫論文、修改論文，完成答辯。[4]湯競南，沈國琴．51單片機(jī)C語言開發(fā)與實例[M]．人民郵電出版社，晶顯示模塊、控制執(zhí)行模塊、時鐘及復(fù)位模塊和報警模塊幾大部分主成。大的提高了花卉澆水控制的自動化水平，并具有擴(kuò)展性好、實用性強(qiáng)、便于操作等特點。且用LED燈顯示電磁閥的狀態(tài)，在此選取二個LED燈，當(dāng)其中一個顯示紅色燈。還能通過按鍵對濕度的上下限和定時時間進(jìn)行設(shè)置，這樣就能在不同的季節(jié)中?；ɑ芸梢愿玫纳L，讓它隨時都處在良好的生存環(huán)境中。

　　

【正文】 s technology），確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和出色的長期穩(wěn)定性。該傳感器 包括一個電容性聚合體濕度敏感元件、一個用能隙材料制成的溫度敏感元件，并在同一芯片上，與 l4 位的 A／ D 轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實現(xiàn)無縫連接。每個傳感器芯片都在極為精確的濕度腔室中進(jìn)行標(biāo)定，以鏡面冷凝式濕度計為參照。校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式存儲在 OTP 內(nèi)存中，在校正的過程中使用。兩線制的串行接口，使外圍系統(tǒng)集成變得快速而簡單。微小的體積、極低的功耗，使其成為各類應(yīng)用的首選。 該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車、消費(fèi)電子、 自動控制等領(lǐng)域。共主要特點如下： ① 高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、 A/D 轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上； 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 ② 提供二線數(shù)字串行接口 SCK 和 DATA，接口簡單，支持 CRC 傳輸校驗，傳輸可靠性高； ③ 測量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置 A/D 轉(zhuǎn)換器 (分辨率為 8～ 12 位，可以通過對芯片內(nèi)部寄存器編程米選擇 )； ④ 測量精確度高，由于同時集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y量值和高質(zhì)量的露點計算功能； ⑤ 封裝尺寸超小 ( mm mm)，測量和通信結(jié)束后，自動轉(zhuǎn)入低功耗模式； ⑥ 高可 靠性，采用 CMOSens 工藝，測量時可將感測頭完全浸于水中 [10]。 二、 SHT11 的引腳功能 SHT11 溫濕度傳感器采用 SMD(LCC)表面貼片封裝形式，接口非常簡單。 其各引腳的功能如下： ① 腳 1 和 4－信號地和電源，其工作電壓范圍是 ～ V； ② 腳 2 和腳 3－二線串行數(shù)字接口，其中 DATA 為數(shù)據(jù)線， SCK 為時鐘線； ③ 腳 5～ 8－ 未連接。 三、 SHT11 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理 SHT11 的溫濕度檢測運(yùn)用電容式結(jié)構(gòu)，并采用具有不同保護(hù)的 “微型結(jié)構(gòu) ”檢測電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來組成傳感器芯片 的電容，除保持電容式濕敏器件的原有特性外，還可抵御來自外界的影響。由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個單一的個體，因而測量精度高且可精確得出露點，同時不會產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤會。 CMOSensTM 技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信號放大器、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲器、標(biāo)準(zhǔn) I2C 總線等電路全部集成在一個芯片內(nèi)。 SHT11 的每一個傳感器都是在極為精確得濕度室內(nèi)中校準(zhǔn)的。 SHT11 傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)預(yù)先存在 OTP 內(nèi)存中。經(jīng)校準(zhǔn)的相對濕度和溫度傳感器與一 個 14 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器相連，可將裝換后的數(shù)字溫濕度值送給 I2C 總線器件，從而將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為符合 I2C 總線協(xié)議的串行數(shù)字信號。由于將傳感器與電路部分結(jié)合在一起，因此，該傳感器具有比其他類型的溫濕度傳感器優(yōu)越得多的性能。首先是傳感器信號強(qiáng)度的增加增強(qiáng)了傳感器的抗干擾性能，保證了傳感器的長期穩(wěn)定性，而 A/D 轉(zhuǎn)換的同時完成，則降低了傳感器對干擾噪聲的敏感程序。其次在傳感器芯片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只溫濕度傳感器都具有相同的功能，即具有重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 100%的互換性。最后，傳感器可直接通過 I2C 總線與任何類型的微處理器、微控 制器系統(tǒng)連接，從而減少了接口電路的硬件成本，簡化了接口方式。 溫濕度傳感器 SHT11 將溫度感測、濕度感測、信號變換、 A/D 轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 。 SHT11 內(nèi)部還集成了一個加熱元件，加熱元件接通后可以將 SHT11 的溫度升高 5℃ 左右，同時功耗也會有所增加。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗證兩個傳感器元件的性能。在高濕 (95％ RH)環(huán)境中，加熱傳感器可預(yù)防傳感器結(jié)露，同時縮短響應(yīng)時間，提高精度。加熱后 SHT11 溫度升高、相對濕度降低，較加熱前，測量 值會略有差異。 微處理器是通過二線串行數(shù)字接口與 SHT11 進(jìn)行通信的。通信協(xié)議與通用的 I2C 總線協(xié)議是不兼容的，因此需要用通用微處理器 I/O 口模擬該通信時序。微處理器對 SHT11 的控制是通過 5 個 5 位命令代碼來實現(xiàn)的。 溫濕度傳感器 SHT11 集溫度傳感器和濕度傳感器于一體，因此采用 SHT11 進(jìn)行溫濕度實時監(jiān)測的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接口簡單等優(yōu)點；另外 SHT11 芯片內(nèi)部集成了 14 位 A／ D 轉(zhuǎn)換器，且采用數(shù)字信號輸出，因此抗干擾能力也比同類芯片高。該芯片在溫濕度監(jiān)測、自動控制等領(lǐng)域均已得到廣泛應(yīng)用 [11]。 圖 SHT11 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DATA GND VDD 濕度傳感 溫度傳感 放大器 14 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 標(biāo)定儲存 I2C 總 線 接 口 SCK 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 第七節(jié) 系統(tǒng)整體硬件電路圖 系統(tǒng)硬件電路圖如圖 所示： 圖 系統(tǒng)整體硬件電路圖 第八節(jié) 本章小結(jié) 本章硬件設(shè)計是為了設(shè)計的思路清晰，對各個部分都要求很慎重，比如單片機(jī)選擇問題，考慮到了很多因數(shù)：抗干擾、節(jié)約性、方便、速度快等方面，而且從實際的使用仿真角度出發(fā)，由于一些老的芯片已經(jīng)完全停產(chǎn)了，所以不利于購買，因此放棄了一些芯片的選擇，最后選擇功能比較全面的 AT89C51，適合該設(shè)計的需要。液晶顯示器從實用的角度出發(fā)，因為本次設(shè)計是濕度顯示、設(shè)置顯示和定時時間的調(diào)整，我們就可以用四行的顯示器，而 LCD1604正是 16字 4行，就滿足了需要。 基本完成選擇后，就是進(jìn)一部來考察各器件的使用和性質(zhì)、接線，難度比較大的是如何來實現(xiàn)設(shè)計要求的各個功能，除了認(rèn)真的去研究各個元器件的功能和作用之外，就很難完成要求的內(nèi)容。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 第一節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計程序流程圖 本系統(tǒng)的智能核心是 AT89C51，其監(jiān)控程序和應(yīng)用軟件全部固化在 EPROM 內(nèi)。他的工作過程是：當(dāng)系統(tǒng) 接通電源后， AT89C51 單片機(jī)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，同時完成對各個端口的初始化工作，當(dāng)有按鍵按下時，產(chǎn)生申請中斷，進(jìn)入響應(yīng)的中斷程序，完成鍵盤處理工作。當(dāng)沒有外部控制信息的輸入時，系統(tǒng)會自動采集溫濕度傳感器的電壓值，最終數(shù)據(jù)在 LCD顯示屏上顯示。主程序流程圖 如圖 所示。 開 始初 始 化寫 入 上 下限 濕 度 值讀 取 溫 濕 度 值與 設(shè) 定 的 上 下 限溫 濕 值 比 較高 于 上 限 值則 報 警低 于 下 限 值則 報 警 且 L E D 顯示 綠 燈判 斷 有 無 按 鍵按 下Y在 范 圍 內(nèi) 則 L E D顯 示 紅 燈 且 L C D顯 示 濕 度 與 時間N設(shè) 置 定時 時 間延 時 程序 圖 主程序流程圖 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 程序流程圖實現(xiàn)步驟： ① 接通電源之后，系統(tǒng)初始化； ② 接通單片機(jī)的 EEPROM 及 Flash技術(shù)與程序的結(jié)合寫入濕度報警的上下限值與設(shè)定的定時時間； ③ 然后讀取溫濕度且顯示溫濕度值及當(dāng)前時間； ④ 將檢測的 濕度與我們設(shè)置的報警上下限的濕度值進(jìn)行比較，若高于上限值，則啟動報警且不用對花卉進(jìn)行澆水；若低于下限值，則啟動報警且要對花卉進(jìn)行澆水；若正常，則不作任何動作； ⑤ 判斷有無按鍵處理，若有則返回到設(shè)置定時時間的部分，若無則繼續(xù)顯示當(dāng)前濕度值。 第二節(jié) 初始化模塊 系統(tǒng)初始化模塊的主要功能是完成系統(tǒng)的初始化以及設(shè)定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，初始化部分包括以下方面的內(nèi)容： ① 單片機(jī)初始化以及各種引腳定義。 ② 1602 液晶初始化及工作方式。 ③ 系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 第三節(jié) 傳感器模塊 SHT11 數(shù)字溫濕傳 感器加濕器溫濕度傳感器隨著科技的不斷發(fā)展，汽車、空調(diào)、除濕器、烘干機(jī)等種類繁多的電器都已進(jìn)入人們的日常生活，而這些電器設(shè)備很多都離不開對溫度、濕度等環(huán)境因素的要求。因此，溫度、濕度傳感器用途越來越廣泛。新一代的數(shù)字傳感器不再需要外置的 A／ D 轉(zhuǎn)換模塊，并具有標(biāo)準(zhǔn)接口，使用方便，得到了越來越多的應(yīng)用。 SHT11作為一種新型的單總線溫濕度數(shù)字傳感器，具有更多的優(yōu)點，它使系統(tǒng)設(shè)計更加簡單，控制方便，易于實現(xiàn)。 1 單總線通信簡介目前常用的微機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€主要有 2C 總線、 SPI 總線和 SCI 總線。其中 I2C 總線以同步串行兩線方式進(jìn)行通信 (1 條時鐘線，1 條數(shù)據(jù)線 )， SPI 總線則以同步串行三線方式進(jìn)行通信 (1 條時鐘線， 1 條數(shù)據(jù)輸入線， 1 條數(shù)重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 據(jù)輸出線 )，而 SCI 總線是以異步方式進(jìn)行通信的 (1 條數(shù)據(jù)輸入線， 1 條數(shù)據(jù)輸出線 )。這些總線至少需要兩條或兩條以上的信號線。 SHT11 傳感器模塊的軟件流程圖如圖 所示： 初 始 化 S H T 1 1讀 取 溫 濕 度 值計 算 溫 濕 度 值結(jié) 束開 始溫 濕 度 值是 否 正 常NY顯 示 溫 濕 度 值 圖 SHT11 傳感器模塊程序流程圖 第四節(jié) 液晶顯示模塊 顯示模塊的液晶操作主要是數(shù)據(jù)和指令的處理。 寫指令數(shù)據(jù)到 LCD 寫指令寄存器子程序入口寄存器為 R1。因?qū)懭霑r，要求 E 出現(xiàn)負(fù)調(diào)變， 所以送出數(shù)據(jù)后需另 E 置 0，方可完成寫入過程。寫指令的時候要求 E 為高脈沖， RS=0，RW=0， D0D7=指令碼。寫顯示數(shù)據(jù)到 LCD 寫數(shù)據(jù)寄存器子程序入口寄存器為 R2， 。寫入時同樣要求 E 出現(xiàn)負(fù)調(diào)變，而且與寫指令寄 存器 IR 有相似的地方，所以 DR 送出數(shù)據(jù)后和還是要求 E 置 0，方可完成寫入過程。寫指令的時候要求 E 為高脈沖， RS=1（不同點）。 RW=0，重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 D0D7=指令碼。 LCD 顯示流程圖如圖 所示： 開 始LCD初 始 化延 時設(shè) 置 第 一 行 顯示 位 置顯 示 第 一 行 內(nèi)容設(shè) 置 第 二 行 顯示 位 置顯 示 第 二 行 內(nèi)容結(jié) 束 圖 LCD 顯示流程圖 第五節(jié) 報警電路模塊 本次設(shè)計的報警電路是利用當(dāng)前 讀取到 的 溫 濕度與寫入的上 下限 的 值進(jìn)行比較，若高于上限值，則啟動報警且不用對花卉進(jìn)行澆水；若低于下限值，則啟動報警且要對花卉進(jìn)行澆水；若正常，則不作任何動。報警模塊具備兩項功能，即為報警燈和聲音報警。報警燈模塊是完成 LED 有規(guī)律的轉(zhuǎn)換，以便從視覺上提醒用戶。 LED 是由單片機(jī)控制 2 個雙色 LED 燈組成的，其轉(zhuǎn)換規(guī)律為： ① 系統(tǒng)溫濕度值在給定的范圍時，紅色 LED 燈亮表示電磁閥不動作，綠色 LED 燈不亮。 ② 系統(tǒng)溫濕度值超出給定的范圍時，當(dāng)?shù)陀谙孪拗禃r綠色 LED 燈亮表示電磁閥工作且紅色 LED 燈亮，高于上限值時，有紅色 LED 燈亮，綠色 LED 燈不 亮。 在 LED 燈轉(zhuǎn)換的同時，聲音報警也會同時啟動，可采用延時的方式來延長聲音報警的聲音。 其程序流程圖如圖 所示： 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 開 始寫 入 上 下 限 溫濕 度 值讀 取 溫濕 度 值與 上 下 限 溫 濕度 值 比 較在 其 范 圍 內(nèi) 則只 顯 示高 于 上 限 值 或低 于 下 限 值 則報 警 圖 報警電路模塊程序流程圖 第六節(jié) 按鍵處理 一、按鍵消抖編程 一般情況下，鍵盤采用機(jī)械彈力開關(guān)來反映一個電壓信號的開、斷。由于機(jī)械觸點的彈性作用，在閉合和斷開會發(fā)生有抖動現(xiàn)象。抖動時間的長短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般在510ms 之間。為保證按鍵不發(fā)生誤動作，在編寫按鍵處理程序中必須有防抖動措施。防抖動措施有軟件和硬件兩種方法。具體介紹如下： 一種 是 軟件延時，本思想是 ：在檢測到有鍵按下時，該鍵所對應(yīng)的行線為低電平，執(zhí)行一段延時 10ms 的子程序后，確認(rèn)該行線電平是否仍為低電平，如果仍為低電平，則確認(rèn)該行確實有鍵按下。當(dāng)按鍵松開時，行線的低電平變?yōu)楦唠娖?，?zhí)行一段延時 10ms 的子程序后，檢測該行線為高電平，說明按鍵確實已經(jīng)松開。采取本措施，可消除兩個抖動期 t1 和 t3的影響。 另一種是采用專用的鍵盤 /顯示器接口芯片，這類芯片中都有自動去抖動的硬件電路 [6]。 二、攛鍵的處理 用戶在操作時常常因不小心同時按下了一個以上的鍵鍵的處理一般用軟件的方法解決，重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 也有用硬件方法實現(xiàn)的， 但是用硬件的方法既復(fù)雜有不經(jīng)濟(jì)，而用軟件的方法只需幾行程序就能夠解決，所以在本例中我選用了用軟件的方法完成竄鍵的處理。具體方法如下： 在 8051 單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲單元中預(yù)先設(shè)定了