【導(dǎo)讀】利用濕度傳感器檢測(cè)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(dòng)給花卉澆水。應(yīng)按鍵能夠調(diào)整定時(shí)時(shí)間。第4周～第6周：針對(duì)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(jì)方案，完成硬件電路設(shè)計(jì)；第11周～第12周：完成軟件設(shè)計(jì)，完善系統(tǒng)控制電路；第13周～第15周：撰寫(xiě)論文、修改論文，完成答辯。[4]湯競(jìng)南，沈國(guó)琴．51單片機(jī)C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)與實(shí)例[M]．人民郵電出版社，晶顯示模塊、控制執(zhí)行模塊、時(shí)鐘及復(fù)位模塊和報(bào)警模塊幾大部分主成。大的提高了花卉澆水控制的自動(dòng)化水平，并具有擴(kuò)展性好、實(shí)用性強(qiáng)、便于操作等特點(diǎn)。且用LED燈顯示電磁閥的狀態(tài)，在此選取二個(gè)LED燈，當(dāng)其中一個(gè)顯示紅色燈。還能通過(guò)按鍵對(duì)濕度的上下限和定時(shí)時(shí)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(zhǎng)，讓它隨時(shí)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(zhǎng)期穩(wěn)定性。該傳感器 包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件、一個(gè)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(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。每個(gè)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(jì)為參照。校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式存儲(chǔ)在 OTP 內(nèi)存中，在校正的過(guò)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(jiǎn)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(dòng)控制等領(lǐng)域。共主要特點(diǎn)如下： ① 高度集成，將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、 A/D 轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上； 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 ② 提供二線數(shù)字串行接口 SCK 和 DATA，接口簡(jiǎn)單，支持 CRC 傳輸校驗(yàn)，傳輸可靠性高； ③ 測(cè)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(guò)對(duì)芯片內(nèi)部寄存器編程米選擇 )； ④ 測(cè)量精確度高，由于同時(shí)集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y(cè)量值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能； ⑤ 封裝尺寸超小 ( mm mm)，測(cè)量和通信結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式； ⑥ 高可 靠性，采用 CMOSens 工藝，測(cè)量時(shí)可將感測(cè)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(jiǎn)單。 其各引腳的功能如下： ① 腳 1 和 4－信號(hào)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(shí)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(cè)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(cè)電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來(lái)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(lái)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(gè)單一的個(gè)體，因而測(cè)量精度高且可精確得出露點(diǎn)，同時(shí)不會(huì)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(huì)。 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(hào)放大器、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、標(biāo)準(zhǔn) I2C 總線等電路全部集成在一個(gè)芯片內(nèi)。 SHT11 的每一個(gè)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(duì)濕度和溫度傳感器與一 個(gè) 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(hào)轉(zhuǎn)換為符合 I2C 總線協(xié)議的串行數(shù)字信號(hào)。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(hào)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(zhǎng)期穩(wěn)定性，而 A/D 轉(zhuǎn)換的同時(shí)完成，則降低了傳感器對(duì)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(jì)（論文） 22 100%的互換性。最后，傳感器可直接通過(guò) 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(jiǎn)化了接口方式。 溫濕度傳感器 SHT11 將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、 A/D 轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 。 SHT11 內(nèi)部還集成了一個(gè)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(shí)功耗也會(huì)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(yàn)證兩個(gè)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(shí)縮短響應(yīng)時(shí)間，提高精度。加熱后 SHT11 溫度升高、相對(duì)濕度降低，較加熱前，測(cè)量 值會(huì)略有差異。 微處理器是通過(guò)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(shí)序。微處理器對(duì) SHT11 的控制是通過(guò) 5 個(gè) 5 位命令代碼來(lái)實(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；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(hào)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(cè)、自動(dòng)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(chǔ)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(jì)（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(jì)是為了設(shè)計(jì)的思路清晰，對(duì)各個(gè)部分都要求很慎重，比如單片機(jī)選擇問(wèn)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(shí)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(gòu)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(jì)的需要。液晶顯示器從實(shí)用的角度出發(fā)，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)是濕度顯示、設(shè)置顯示和定時(shí)時(shí)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(lái)考察各器件的使用和性質(zhì)、接線，難度比較大的是如何來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的各個(gè)功能，除了認(rèn)真的去研究各個(gè)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(jì)（論文） 24 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第一節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(guò)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(shí)完成對(duì)各個(gè)端口的初始化工作，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，產(chǎn)生申請(qǐng)中斷，進(jìn)入響應(yīng)的中斷程序，完成鍵盤處理工作。當(dāng)沒(méi)有外部控制信息的輸入時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)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(kāi) 始初 始 化寫(xiě) 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(bào) 警低 于 下 限 值則 報(bào) 警 且 L E D 顯示 綠 燈判 斷 有 無(wú) 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(shí)間N設(shè) 置 定時(shí) 時(shí) 間延 時(shí) 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(jì)（論文） 25 程序流程圖實(shí)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(xiě)入濕度報(bào)警的上下限值與設(shè)定的定時(shí)時(shí)間； ③ 然后讀取溫濕度且顯示溫濕度值及當(dāng)前時(shí)間； ④ 將檢測(cè)的 濕度與我們?cè)O(shè)置的報(bào)警上下限的濕度值進(jìn)行比較，若高于上限值，則啟動(dòng)報(bào)警且不用對(duì)花卉進(jìn)行澆水；若低于下限值，則啟動(dòng)報(bào)警且要對(duì)花卉進(jìn)行澆水；若正常，則不作任何動(dòng)作； ⑤ 判斷有無(wú)按鍵處理，若有則返回到設(shè)置定時(shí)時(shí)間的部分，若無(wú)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(kāi)對(duì)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(lái)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(lái)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(diǎn)，它使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，控制方便，易于實(shí)現(xiàn)。 1 單總線通信簡(jiǎn)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(shí)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(shí)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(jì)（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(hào)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(jì) 算 溫 濕 度 值結(jié) 束開(kāi) 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(xiě)指令數(shù)據(jù)到 LCD 寫(xiě)指令寄存器子程序入口寄存器為 R1。因?qū)懭霑r(shí)，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(xiě)入過(guò)程。寫(xiě)指令的時(shí)候要求 E 為高脈沖， RS=0，RW=0， D0D7=指令碼。寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)到 LCD 寫(xiě)數(shù)據(jù)寄存器子程序入口寄存器為 R2， 。寫(xiě)入時(shí)同樣要求 E 出現(xiàn)負(fù)調(diào)變，而且與寫(xiě)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(xiě)入過(guò)程。寫(xiě)指令的時(shí)候要求 E 為高脈沖， RS=1（不同點(diǎn)）。 RW=0，重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 D0D7=指令碼。 LCD 顯示流程圖如圖 所示： 開(kāi) 始LCD初 始 化延 時(shí)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(bào)警電路模塊 本次設(shè)計(jì)的報(bào)警電路是利用當(dāng)前 讀取到 的 溫 濕度與寫(xiě)入的上 下限 的 值進(jìn)行比較，若高于上限值，則啟動(dòng)報(bào)警且不用對(duì)花卉進(jìn)行澆水；若低于下限值，則啟動(dòng)報(bào)警且要對(duì)花卉進(jìn)行澆水；若正常，則不作任何動(dòng)。報(bào)警模塊具備兩項(xiàng)功能，即為報(bào)警燈和聲音報(bào)警。報(bào)警燈模塊是完成 LED 有規(guī)律的轉(zhuǎn)換，以便從視覺(jué)上提醒用戶。 LED 是由單片機(jī)控制 2 個(gè)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(shí)，紅色 LED 燈亮表示電磁閥不動(dòng)作，綠色 LED 燈不亮。 ② 系統(tǒng)溫濕度值超出給定的范圍時(shí)，當(dāng)?shù)陀谙孪拗禃r(shí)綠色 LED 燈亮表示電磁閥工作且紅色 LED 燈亮，高于上限值時(shí)，有紅色 LED 燈亮，綠色 LED 燈不 亮。 在 LED 燈轉(zhuǎn)換的同時(shí)，聲音報(bào)警也會(huì)同時(shí)啟動(dòng)，可采用延時(shí)的方式來(lái)延長(zhǎng)聲音報(bào)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(jì)（論文） 28 開(kāi) 始寫(xiě) 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(bào) 警 圖 報(bào)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(kāi)關(guān)來(lái)反映一個(gè)電壓信號(hào)的開(kāi)、斷。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在閉合和斷開(kāi)會(huì)發(fā)生有抖動(dòng)現(xiàn)象。抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)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(dòng)作，在編寫(xiě)按鍵處理程序中必須有防抖動(dòng)措施。防抖動(dòng)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(shí)，本思想是 ：在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，該鍵所對(duì)應(yīng)的行線為低電平，執(zhí)行一段延時(shí) 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(shí)有鍵按下。當(dāng)按鍵松開(kāi)時(shí)，行線的低電平變?yōu)楦唠娖?，?zhí)行一段延時(shí) 10ms 的子程序后，檢測(cè)該行線為高電平，說(shuō)明按鍵確實(shí)已經(jīng)松開(kāi)。采取本措施，可消除兩個(gè)抖動(dòng)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(dòng)去抖動(dòng)的硬件電路 [6]。 二、攛鍵的處理 用戶在操作時(shí)常常因不小心同時(shí)按下了一個(gè)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(jì)（論文） 29 也有用硬件方法實(shí)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(chǔ)單元中預(yù)先設(shè)定了