【正文】 [2],李紅剛，方 佳，王 強(qiáng)，錢雙艷,基于At89C51的八路溫濕度巡回檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J],熱帶農(nóng)業(yè)工程,2010。因此，還應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)濕度傳感器、二氧化碳以及風(fēng)速、雨量傳感器等監(jiān)測(cè)其它環(huán)境因子的傳感器；上位機(jī)的功能有待豐富，由于本系統(tǒng) 上位機(jī)程序只是為刺痛實(shí)驗(yàn)提供條件，暫時(shí)沒有實(shí)際應(yīng)用，如果有實(shí)際應(yīng)用，還需要根據(jù)用戶的要求進(jìn)一步完善上位機(jī)的功能；在通訊方面，本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)均是采用的接線連接，固然對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊戄^小，但在實(shí)際生活中會(huì)造成排線較多，容易混亂，在通訊技術(shù)日益完善的今天，還可以采用Zig Bee無線傳輸技術(shù)來完成信號(hào)間的傳遞過程。鑒于時(shí)間緊、編程量大和實(shí)驗(yàn)條件的限制，有些功能還存在不足，需要進(jìn)一步改進(jìn)。系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)合理，其中硬件設(shè)計(jì)比較完善合理，抗干擾性能強(qiáng)，單片機(jī)軟件采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，各模塊相互獨(dú)立，提高了系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性，整個(gè)系統(tǒng)具有較高的性能價(jià)格比。半年的設(shè)計(jì)鍛煉了我的分析問題解決問題的能力，雖然本設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，但其中也難免出現(xiàn)不足和漏洞，希望老師指正。圖47 單片機(jī)開發(fā)試驗(yàn)儀首先將寫好的程序HEX文件下載到單片機(jī)上，然后按照電路設(shè)計(jì)將線路連接好，接上電源，打開開關(guān)，便可以開始檢查實(shí)物實(shí)驗(yàn)是否能夠滿足設(shè)計(jì)的要求。當(dāng)然，由于實(shí)際需要，有一些芯片上的接口在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中是不需要連接的，而電氣檢查調(diào)試中會(huì)提醒出來，這些不必較真，只要不出現(xiàn)錯(cuò)誤（error）警告就OK。因此，Proteus 有較高的推廣利用價(jià)值。使用Proteus 軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)，是虛擬仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)相結(jié)合的綜合運(yùn)用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力及仿真軟件的操作能力；在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)和全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，我們使用 Proteus 開發(fā)環(huán)境對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識(shí)更容易接受，更容易提高。可使設(shè)計(jì)時(shí)間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險(xiǎn)。隨著科技的發(fā)展，“計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計(jì)部門重要的前期設(shè)計(jì)手段。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。PROTEUS不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過程形象化。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。Proteus可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯器。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。它是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。 protues電氣調(diào)試Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。 硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要是對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行電氣調(diào)試，并且令實(shí)驗(yàn)實(shí)物實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的功能。首先將寫好的完整程序在編譯環(huán)境中全部輸入完畢，并且添加好相應(yīng)的頭文件程序，組成對(duì)應(yīng)的工程后，開始調(diào)試準(zhǔn)備。也可以在完成后再進(jìn)行編譯。如果程序不大，可以用人工方法去模擬計(jì)算機(jī)對(duì)源程序的這幾個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改處理；如果程序比較大，人工模擬顯然行不通，這時(shí)只能設(shè)置成單步執(zhí)行的方式，一步步跟蹤程序的運(yùn)行。第四步，將修改后的程序進(jìn)行試算，這時(shí)可以假設(shè)幾個(gè)模擬數(shù)據(jù)去試運(yùn)行，并把輸出結(jié)果與手工處理的正確結(jié)果相比較。在連接過程中，一般不會(huì)出現(xiàn)連接錯(cuò)誤，如果出現(xiàn)了連接錯(cuò)誤，說明源程序中存在子程序的調(diào)用混亂或參數(shù)傳遞錯(cuò)誤等問題。如果經(jīng)編譯程序檢查，發(fā)現(xiàn)有語法錯(cuò)誤，那就必須用編輯程序來修改源程序中的語法錯(cuò)誤，然后再編譯，直至沒有語法錯(cuò)誤為止。第一步，用編輯程序把編制的源程序按照一定的書寫格式送到計(jì)算機(jī)中，編輯程序會(huì)根據(jù)使用人員的意圖對(duì)源程序進(jìn)行增、刪或修改。 軟件調(diào)試軟件調(diào)試主要是程序調(diào)試，是將編制的程序投入實(shí)際運(yùn)行前，用手工或編譯程序等方法進(jìn)行測(cè)試，修正語法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤的過程。圖313 電動(dòng)機(jī)條件控制流程圖第四章 基于太陽能的滴灌控制系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試是設(shè)計(jì)中必不可少的階段。圖312 顯示模塊程序 執(zhí)行程序設(shè)計(jì)開始轉(zhuǎn)動(dòng)停止退出RH40%?RH80%?YNYN程序執(zhí)行是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)按照設(shè)定條件工作，為了維護(hù)方便等原因，這里采用PWM控制方法，可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)設(shè)定定時(shí)器，使其能夠按照設(shè)定進(jìn)行延時(shí)工作。 }} 顯示程序設(shè)計(jì)此程序模塊設(shè)計(jì)主要是對(duì)數(shù)碼管譯碼和位選程序進(jìn)行編輯，并且確定每一位數(shù)碼管的顯示實(shí)時(shí)接收到的數(shù)據(jù)。 delay(5)。 delay(5)。其驅(qū)動(dòng)是由單片機(jī)輸出高電平控制，當(dāng)接收到高電平信號(hào)時(shí)，蜂鳴器工作；當(dāng)接收到低電平時(shí)，蜂鳴器停止工作。而濕度傳感器和光照強(qiáng)度傳感器則必須通過A/D轉(zhuǎn)換才能得到所需要的具體數(shù)據(jù)。檢測(cè)環(huán)境監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)獲得數(shù)字/模擬信號(hào)輸?shù)紸D/COM開始結(jié)束圖36 數(shù)據(jù)采集流程圖圖 37 數(shù)據(jù)采集程序 數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理主要是對(duì)傳感器傳來的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換和判定，最重要的是通過AD轉(zhuǎn)換器PCF8591對(duì)濕度和光照強(qiáng)度傳感器得到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。本設(shè)計(jì)中主函數(shù)編輯如下圖。開始系統(tǒng)初始化讀出EEPROM中數(shù)據(jù)按鍵消抖采集數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換是否有參數(shù)超限聲音報(bào)警輸出顯示數(shù)據(jù)滴灌程序清軟件看門狗YN圖34 主程序流程圖根據(jù)實(shí)際情況及編程方便，主函數(shù)里面均采用調(diào)用子函數(shù)的方式。在整個(gè)程序運(yùn)行期間，看門狗程序都在后臺(tái)不間斷的運(yùn)行著。 主程序設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖34所示。注意:如果是C語言，則是test . C，然后保存；接下來需要把剛創(chuàng)建的源程序文件加入到工程項(xiàng)目文件中；最后還要有設(shè)置一下，按下圖設(shè)置晶振，建議初學(xué)者修改成12M，因12MHZ方便計(jì)算指令時(shí)間；1在Output欄選中Create HEX File，使編譯器輸出單片機(jī)需要的HEX文件；1保持并編譯源程序，完成工程創(chuàng)建。Keil uVision4操作流程：首先先建立一個(gè)空文件夾，把工程文件放到里面，以避免和其他文件混合，如下圖先創(chuàng)建了一個(gè)名為“Mytest”文件夾；點(diǎn)擊桌面上的Keil uVision4圖標(biāo)，出現(xiàn)啟動(dòng)畫面；點(diǎn)擊“project一New uVision Project”，新建一個(gè)工程:圖32 新建工程在對(duì)話框，選擇放在剛才建立的“Mytest文件夾下，給這個(gè)工程取個(gè)名；彈出一個(gè)框，在CPU類型下我們找到并選中“Atmel39。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個(gè)窗口，提供一個(gè)整潔，高效的環(huán)境來開發(fā)應(yīng)用程序。abs文件由OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的hex 文件，以供調(diào)試器dScope51 或tScope51 使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件（.obj）。C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，μVision與Ishell分別是C51 for Windows 和for Dos 的集成開發(fā)環(huán)境(IDE），可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。模擬幫助你了解硬件配置，避免在安裝問題上浪費(fèi)時(shí)間。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。德國Keil Software公司開發(fā)的Keil C51是一種轉(zhuǎn)為8051單片機(jī)設(shè)計(jì)的高效率C語言編譯器，符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)，生成的程序代碼運(yùn)算速度極高，所需用的存儲(chǔ)器空間極小，完全可以和匯編語言相媲美。為了提高編制單片機(jī)應(yīng)用程序的效率，改善程序的可讀性和可移植性，采用高級(jí)語言無疑是一種最好的選擇。根據(jù)系統(tǒng)軟件的功能需求，系統(tǒng)應(yīng)用軟件分為主程序、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理（A/D轉(zhuǎn)換）、報(bào)警及顯示等幾大主要程序模塊。分析系統(tǒng)對(duì)軟件的要求，然后進(jìn)行了軟件的總體設(shè)計(jì)，包括程序總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和對(duì)程序進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。晶振模塊電路圖如下。具有高Q值的晶振對(duì)放大器的選擇并不敏感，但在過驅(qū)動(dòng)時(shí)很容易產(chǎn)生頻率漂移（甚至可能損壞）。需認(rèn)真對(duì)待振蕩器電路的元件選擇和線路板布局。RC振蕩器能夠快速啟動(dòng)，成本也比較低，但通常在整個(gè)溫度和工作電源電壓范圍內(nèi)精度較差，會(huì)在標(biāo)稱輸出頻率的5%至50%范圍內(nèi)變化。另一種為簡(jiǎn)單的分立RC振蕩器。晶振在應(yīng)用具體起到的作用，微控制器的時(shí)鐘源可以分為兩類：基于機(jī)械諧振器件的時(shí)鐘源，如晶振、陶瓷諧振槽路；RC（電阻、電容）振蕩器。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場(chǎng)，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。 晶振模塊設(shè)計(jì)晶體振蕩器是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡(jiǎn)稱為晶片），石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱為石英晶體或晶體、晶振；而在封裝內(nèi)部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。直流無刷電機(jī)即是將同步電機(jī)加上電子式控制(驅(qū)動(dòng)器)，控制定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率并將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速回授至控制中心反復(fù)校正，以期達(dá)到接近直流電機(jī)特性的方式。直流無刷電機(jī)的控制結(jié)構(gòu)，直流無刷電機(jī)是同步電機(jī)的一種，也就是說電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù)(P)影響，N=120．f / P。因其良好的調(diào)速性能而在電力拖動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用。圖219 無緣蜂鳴器工作電路圖 執(zhí)行模塊選擇整個(gè)過程最后的執(zhí)行采用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵工作，由于水泵僅用于抽取水源供水，故只需要單方向轉(zhuǎn)動(dòng)即可，便采用直流電動(dòng)機(jī)。三極管三極管Q1起開關(guān)作用，其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲；而基極低電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。否則，在蜂鳴器兩端會(huì)產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動(dòng)三極管，并干擾整個(gè)電路系統(tǒng)的其它部分。這些都可以根據(jù)需要來選擇。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路一般都包含以下幾個(gè)部分：一個(gè)三極管、一個(gè)蜂鳴器、一個(gè)續(xù)流二極管和一個(gè)電源濾波電容。這里采用I/O口定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平的控制方式。而利用I/O 定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形的方式會(huì)比較麻煩一點(diǎn)，必須利用定時(shí)器來做定時(shí)，通過定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個(gè)波形就可以用來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器了。在單片機(jī)的軟件設(shè)置中有幾個(gè)系統(tǒng)寄存器是用來設(shè)置PWM 口的輸出的，可以設(shè)置占空比、周期等等，通過設(shè)置這些寄存器產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形之后，只要打開PWM 輸出，PWM 輸出口就能輸出該頻率的方波，這個(gè)時(shí)候利用這個(gè)波形就可以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器了。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)他激蜂鳴器的方式有兩種：一種是PWM 輸出口直接驅(qū)動(dòng)，另一種是利用I/O 定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形對(duì)蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。必須用2K5K的方波去驅(qū)動(dòng)它有源蜂鳴器往往比無源的貴，就是因?yàn)槔锩娑鄠€(gè)震蕩電路。而無源蜂鳴器則和電磁揚(yáng)聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲。蜂鳴器由有源蜂鳴器與無緣蜂鳴器之分，這里的“源”不是指電源，而是指震蕩源。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。圖218 74LS138譯碼器引腳圖 報(bào)警模塊選擇為了防止意外情況，在環(huán)境參數(shù)異常，超出設(shè)定值時(shí)，能夠報(bào)警通知工作人員進(jìn)行緊急搶救措施，在設(shè)計(jì)中增加蜂鳴器聲音報(bào)警模塊。③若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器。比如：AAA0=110時(shí)，則Y6輸出端輸出低電平信號(hào)。四位共陰極數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖。另外，當(dāng)溫度變化時(shí)驅(qū)動(dòng)晶片還要能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電流的大小以實(shí)現(xiàn)色差平衡溫度補(bǔ)償。常用LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是0、A、B、C、D、E、F。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個(gè)發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管組成，一般情況下，電流不超過30mA。如：顯示一個(gè)“2”字，那么應(yīng)當(dāng)是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。圖215 PCF8591工作原理圖 顯示模塊選擇led數(shù)碼管（LED Segment Displays）由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數(shù)字量送D/A轉(zhuǎn)換器，輸出的 Vo再與Vi比較，若VoVi，該位1被保留，否則被清除。其工作基本原理是從高位到低位逐位試探比較，好像用天平稱物體，從重到輕逐級(jí)增減砝碼進(jìn)行試探。圖214 PCF8591引腳圖PCF8591的特性如下：?jiǎn)为?dú)供電；2；低待機(jī)電流；通過I2C總線串行輸入/輸出；PCF8591通過3個(gè)硬件地址引腳尋址；PCF8591的采樣率由I2C總線速率決定；4個(gè)模擬輸入可編程為單端型或差分輸入；自動(dòng)增量頻道選擇；PCF8591的模擬電壓范圍從VSS到VDD；PCF8591內(nèi)置跟蹤保持電路；18bit逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器；1通過1路模擬輸出實(shí)現(xiàn)DAC增益。PCF8591的最大轉(zhuǎn)化速率由I2C總線的最大速率決定。在PCF8591器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過雙線雙向I2C總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。C總線接口。PCF8591是一個(gè)單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、8bit CMOS數(shù)據(jù)獲取器件。A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號(hào)可以有8位、10位、12位、14位和16位等。模擬量可以是電壓、電流等電