鄭州輕工業(yè)學(xué)院微控制器課程作業(yè)題目：基于STC89C52RC的模擬智能灌溉系統(tǒng)姓名：專業(yè)班級：學(xué)號：院〔系〕：基于STC89C52RC的模擬智能灌溉系統(tǒng)摘要隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的不斷開展以及全球水資源的日趨緊張，世界各國都在積極探索行之有效的節(jié)水途徑和措施。智能灌溉控制系統(tǒng)就是為了解決水資源缺乏、提高灌溉效率而開展起來的。本文研究的單片機(jī)智能灌溉控制系統(tǒng)，是對土壤的濕度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，參考實(shí)際溫度值設(shè)定適宜的濕度下限值，并按照設(shè)定的濕度值進(jìn)行相應(yīng)的灌溉。

該智能模擬灌溉控制系統(tǒng)以STC89C52RC單片機(jī)為核心，主要由濕度傳感器單元〔通過電位器輸出電壓信號模擬傳感器的輸出信號〕、按鍵輸入單元、顯示單元、水泵單元〔通過繼電器模擬〕等組成；軟件選用C語言編程。該系統(tǒng)的功能是：實(shí)現(xiàn)土壤濕度測量、土壤濕度和時間顯示、濕度閾值設(shè)定及存儲等。關(guān)鍵詞STC89C52單片機(jī)/顯示模塊/存儲目錄1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 11.1系統(tǒng)功能簡述 11.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 12系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 22.1電路總原理圖 22.2單片機(jī)控制電路 22.3按鍵輸入單元 42.4濕度檢測單元 52.5RTC(實(shí)時時鐘)單元 62.6數(shù)碼管顯示單元 62.7EEPROM存儲單元 72.8水泵增濕模擬單元 82.9報(bào)警輸出單元 93系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 103.1程序流程圖 103.2程序源代碼 114總結(jié) 231系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)功能簡述“模擬智能灌溉系統(tǒng)〞能夠?qū)崿F(xiàn)土壤濕度測量、土壤濕度和時間顯示、濕度閾值設(shè)定及存儲等根本功能。通過電位器Rb2輸出電壓信號，模擬濕度傳感器輸出信號，再通過AD采集完成濕度測量功能；通過DS1302芯片提供時間信息；通過按鍵完成灌溉系統(tǒng)控制和濕度閾值調(diào)整功能，通過LED完成系統(tǒng)工作狀態(tài)指示功能。系統(tǒng)硬件電路主要由單片機(jī)控制電路、顯示單元、ADC采集單元、RTC單元、EEPROM存儲單元、繼電器控制電路及報(bào)警輸出電路組成。1.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖圖1-1系統(tǒng)框圖2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1電路總原理圖系統(tǒng)硬件電路主要由單片機(jī)控制電路、顯示單元、ADC采集單元、RTC單元、EEPROM存儲單元、繼電器控制電路及報(bào)警輸出電路組成。硬件系統(tǒng)的總電路圖如圖2-1所示。核心控制模塊由STC89C52RC芯片、排阻、復(fù)位和晶振電路組成；按鍵輸入單元由4個獨(dú)立按鍵組成；水泵驅(qū)動單元由繼電器和綠色指示燈組成，顯示單元由數(shù)碼管顯示模塊完成，濕度數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換由單電源低功耗的8位CMOS數(shù)據(jù)采集器件PCF8591完成。圖2-1系統(tǒng)總電路圖2.2單片機(jī)控制電路STC89C52RC是STC公司出產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改良使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

單片機(jī)是一個完整電路系統(tǒng)的核心控制局部，控制著整個系統(tǒng)是否能成功運(yùn)行并到達(dá)設(shè)定的目標(biāo)。單片機(jī)的最小系統(tǒng)由晶振電路和復(fù)位電路組成，如圖2-2?！?〕復(fù)位電路

在系統(tǒng)開始運(yùn)行的時候，都需要對系統(tǒng)進(jìn)行一個初始化，而在單片機(jī)的最小系統(tǒng)中，復(fù)位電路就是為了把電路系統(tǒng)初始化而存在的，復(fù)位電路的原理就是在將單片機(jī)的電阻和電容接在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上，實(shí)現(xiàn)一個上電復(fù)位，只有當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個機(jī)器周期以上時復(fù)位才有效。具體的數(shù)值可以由RC電路計(jì)算出來。

〔2〕晶振電路〔時鐘電路〕

只要是一個完整的單片機(jī)系統(tǒng)，就一定會有晶振，晶振是通過一種能把機(jī)械能和電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下進(jìn)行工作，從而提供穩(wěn)定而精確的單頻振蕩。晶振在整個單片機(jī)系統(tǒng)里的作用是不可或缺的，它與單片機(jī)的內(nèi)部電路相結(jié)合，產(chǎn)生一個單片機(jī)所需要的時鐘頻率，晶振提供的時鐘頻率越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度就會越快，單片對整個系統(tǒng)所執(zhí)行的一切指令都是建立在晶振提供的這個時鐘頻率之上的。圖2-2單片機(jī)最小系統(tǒng)2.3按鍵輸入單元本設(shè)計(jì)的按鍵輸入單元是由4個規(guī)格為6*6*5的四腳按鍵構(gòu)成的如圖2-3所示。圖2-3按鍵輸入按鍵功能如下：〔1〕、按鍵S7設(shè)定為系統(tǒng)工作狀態(tài)切換按鍵；〔2〕、手開工作狀態(tài)下按鍵S6、S5、S4功能設(shè)定如下：按下S6關(guān)閉蜂鳴器提醒功能，再次按下S6翻開蜂鳴器提醒功能,如此循環(huán)；S5功能設(shè)定為翻開灌溉系統(tǒng)；S4功能設(shè)定為關(guān)閉灌溉系統(tǒng)。〔3〕、自開工作狀態(tài)下按鍵S6、S5、S4功能設(shè)定如下：S6功能設(shè)定為濕度閾值調(diào)整按鍵，按下S6后，進(jìn)入濕度閾值調(diào)整界面(如圖2-4所示)，此時按下S5為濕度閾值加1，按下S4濕度閾值減1，再次按下S6后，系統(tǒng)將新的濕度閾值保存到EEPROM中，并退出濕度閾值設(shè)定界面。圖2-4濕度閥值設(shè)定界面2.4濕度檢測單元PCF8591是一個單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、8-bitCMOS數(shù)據(jù)獲取器件。如圖2-5所示。PCF8591具有4個模擬輸入、1個模擬輸出和1個串行I2C總線接口。PCF8591的3個地址引腳A0,A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同個I2C總線上接入8個PCF8591器件，而無需額外的硬件。在PCF8591器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線雙向I2C總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。圖2-5PCF8591以電位器Rb2輸出電壓信號模擬濕度傳感器輸出信號，且假定電壓信號與濕度成正比例關(guān)系H濕度=KVRb2〔K為常數(shù)〕，Rb2電壓輸出為5V時對應(yīng)濕度為99%。模擬檢測單元如圖2-6所示。圖2-6模擬濕度檢測單元2.5RTC(實(shí)時時鐘)單元DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時時鐘電路，它可以對年、月、日、周、時、分、秒進(jìn)行計(jì)時，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.0V～5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM存放器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力?！澳M智能灌溉系統(tǒng)〞通過讀取DS1302時鐘芯片相關(guān)存放器獲得時間，DS1302芯片時、分、秒存放器在程序中設(shè)定為系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)定，時間為08時30分。單元原理圖如圖2-6所示。圖2-6RTC單元2.6數(shù)碼管顯示單元數(shù)碼管的顯示可以分為兩種：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的段選位和位選位均單獨(dú)連接，因此占用的I/O接口多，無法擴(kuò)展多個數(shù)碼管。而數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃的同名端連在一起，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。數(shù)碼顯示管分為共陽數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管兩種。本設(shè)計(jì)采用共陰極數(shù)碼顯示管做顯示電路。由于采用的是共陰的數(shù)碼顯示管，所以只要數(shù)碼管的各引腳為高電平，那么其對應(yīng)的二極管就會發(fā)光。電源供電電壓為5V，當(dāng)上拉電阻選用220Ω電阻時灌電流為22mA。不會損壞單片機(jī)的I/O口，同時也可以為數(shù)碼顯示管起到限制電流的保護(hù)作用。如圖2-7所示。圖2-7數(shù)碼顯示單元時間及濕度數(shù)據(jù)顯示格式如圖2-8所示：圖2-8數(shù)據(jù)顯示格式2.7EEPROM存儲單元AT24C02支持I2C，總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議I2C，總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)〔發(fā)送或接收〕的模式，由于A0、A1和A2可以組成000~111八種情況，即通過器件地址輸入端A0、A1和A2可以實(shí)現(xiàn)將最多8個AT24C02器件連接到總線上，通過進(jìn)行不同的配置進(jìn)行選擇器件。在本次設(shè)計(jì)中系統(tǒng)通過EEPROM存儲濕度閾值，自開工作狀態(tài)下，可通過按鍵S6、S5、S4設(shè)置和保存閾值信息。原理如圖2-9所示。圖2-9EEPROM存儲單元2.8水泵增濕模擬單元水泵增濕模擬單元與單片機(jī)的p2.5連接，當(dāng)傳感器檢測的濕度值低于設(shè)定值50%時，單片機(jī)給三極管一個高電平，電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于接通一個開關(guān)，使水泵進(jìn)行灌溉〔繼電器工作，綠色指示燈亮〕，在灌溉的過程中，當(dāng)傳感器檢測到的濕度值高于設(shè)定值50%時，單片機(jī)又給三極管一個低電平，這時三極管截止，相當(dāng)于一只斷開的開關(guān)，使水泵停止灌溉〔繼電器停止工作，綠色指示燈滅〕，將程序錄入單片機(jī)后，通過單片機(jī)對三極管的控制便能控制水泵是否進(jìn)行灌溉。圖2-10是水泵模塊的系統(tǒng)原理圖。圖2-10水泵增濕模擬單元2.9報(bào)警輸出單元系統(tǒng)工作于手開工作狀態(tài)下時，假設(shè)當(dāng)前濕度低于濕度閾值，蜂鳴器發(fā)出提示音，并可通過按鍵S6關(guān)閉提醒功能。如圖2-11所示。圖2-11報(bào)警輸出單元3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1程序流程圖首先依照系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能和實(shí)現(xiàn)這個功能的原理，設(shè)計(jì)一個主程序流程圖，智能灌溉控制系統(tǒng)工作流程圖如圖3-1所示。然后按照這個流程圖在KeilμVision3軟件中進(jìn)行程序的開發(fā)〔設(shè)計(jì)與編譯〕。接通電源后開始，進(jìn)行單片機(jī)數(shù)據(jù)初始化、顯示單元初始化、傳感器采集數(shù)據(jù)并顯示到顯示單元上，接著判斷手動模式按鈕S7是否按下，假設(shè)按下，那么進(jìn)入手動模式，程序循環(huán)掃描設(shè)定按鍵是否被按下，當(dāng)按鍵按下時，進(jìn)入設(shè)定模式，設(shè)定溫濕度值下限，假設(shè)沒有按下按鍵那么繼續(xù)采集溫濕度值。接著返回到測量程序，假設(shè)處于灌溉狀態(tài)，根據(jù)濕度,閥值給出提醒,由用戶決定如何控制。假設(shè)手動模式按鈕S7沒有按下，那么進(jìn)入自動模式，程序循環(huán)掃描設(shè)定按鍵是否被按下，當(dāng)按鍵按下時，進(jìn)入設(shè)定模式，設(shè)定溫濕度值下限，假設(shè)沒有按下按鍵那么繼續(xù)采集溫濕度值。接著返回到測量程序，假設(shè)處于灌溉狀態(tài)，那么當(dāng)檢測到的濕度值高于設(shè)定值50%時停止灌溉，假設(shè)處于非灌溉狀態(tài)，那么判斷檢測到的濕度值是否小于設(shè)定值的50%，假設(shè)小于，那么啟動水泵灌溉，假設(shè)不小于，那么繼續(xù)采集溫濕度，如此循環(huán)進(jìn)行下去。圖3-1程序流程圖3.2程序源代碼/******************************************************************************************************************main.c******************************************************************************************************************/#include<reg52.h>#include<deputy.h>sbitwr=P3^6;sbits7=P3^0;sbits6=P3^1;sbits5=P3^2;sbits4=P3^3;ucharcodetab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf,0xff};ucharyi,er,san,si,wu,liu,qi,ba;ucharss7,ss6,jia,jian,kai;ucharfazhi=50;voidkeyscan();voidallinit();voiddisplay1(ucharyi,ucharer);voiddisplay2(ucharsan,ucharsi);voiddisplay3(ucharwu,ucharliu);voiddisplay4(ucharqi,ucharba);voidmain(){ucharshidu;allinit();dsinit();fazhi=IIRead(0x10);while(1) {keyscan();shidu=ADRead(0x03);dsget();if(ss7==1) { P2=0X80;P0=0XFD;qi=shidu/10;ba=shidu%10; 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