前言PAGE3基于單片機(jī)的自動(dòng)澆菜系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著時(shí)代的發(fā)展，農(nóng)戶(hù)種植耕地的面積越來(lái)越大，傳統(tǒng)的種植模式已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代種植的需要，繼續(xù)使用傳統(tǒng)種植模式只會(huì)加重農(nóng)戶(hù)的人力、時(shí)間成本投入并且十分落后。因此，研發(fā)一套高效、實(shí)用的自動(dòng)澆菜系統(tǒng)會(huì)對(duì)農(nóng)戶(hù)種植產(chǎn)生很大的幫助。本系統(tǒng)是為基于STC89C52單片機(jī)的自動(dòng)澆菜系統(tǒng)，可以依靠五個(gè)獨(dú)立的按鍵操作，輸入需要定時(shí)灌溉的時(shí)間或濕度下限，當(dāng)條件滿(mǎn)足時(shí)，繼電器啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)水泵進(jìn)行澆水。系統(tǒng)的濕度檢測(cè)模塊會(huì)將模擬量信號(hào)輸入到ADC0832轉(zhuǎn)換模塊，ADC0832則將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)傳遞給單片機(jī)從而通過(guò)液晶顯示器顯示當(dāng)前濕度。本系統(tǒng)還具有溫度檢測(cè)功能，可通過(guò)按鍵設(shè)置溫度上下限，溫度低于下限時(shí)液晶顯示模塊顯示防寒提示，高于上限則顯示防暑提示。系統(tǒng)使用的繼電器模塊可以以很小的控制量驅(qū)動(dòng)使用電池盒供電的水泵模塊，合理實(shí)用。本系統(tǒng)不但具有電路相較簡(jiǎn)單易懂、元器件價(jià)格不高便于購(gòu)買(mǎi)使用的特點(diǎn)，還具有高精度、寬量程、小體積、低功耗以及高靈敏度等特點(diǎn)，可以廣泛運(yùn)用于各種農(nóng)戶(hù)種植場(chǎng)景，并且由于制作經(jīng)濟(jì)成本低，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模覆蓋，為現(xiàn)代農(nóng)戶(hù)種植提供助力。關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī)，自動(dòng)澆菜，ADC0832，濕度檢測(cè)模塊，繼電器目錄前言 1第1章緒論 21.1自動(dòng)澆菜系統(tǒng)的研究目的與意義 21.2自動(dòng)澆菜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)背景 21.3自動(dòng)澆菜系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容 3第2章系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)與理論基礎(chǔ) 42.1自動(dòng)澆菜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 42.2系統(tǒng)硬件元器件的選擇 52.2.1STC89C52單片機(jī)與AT89C51單片機(jī) 52.2.2ADC0832芯片 72.2.3DS18B20溫度傳感器 82.2.4LCD12864液晶顯示器 9第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 113.1單片機(jī)控制單元 113.2時(shí)鐘電路單元 123.3溫度傳感器電路單元 133.4LCD12864電路單元 143.5ADC0832芯片電路單元 153.6繼電器電路單元 153.7按鍵電路單元 16第4章軟件設(shè)計(jì) 174.1程序結(jié)構(gòu)分析 174.2主程序流程圖 184.3子程序部分 184.3.1按鍵掃描程序 184.3.2溫度數(shù)據(jù)收集 194.3.3濕度數(shù)據(jù)收集 20第5章系統(tǒng)安裝與調(diào)試 225.1電路的安裝 225.1.1安裝準(zhǔn)備工作 225.1.2焊接 225.2系統(tǒng)安裝與測(cè)試 235.2.1系統(tǒng)安裝 235.2.2系統(tǒng)測(cè)試 23結(jié)論 24參考文獻(xiàn) 26前言此次設(shè)計(jì)的題目是基于STC89C52單片機(jī)的自動(dòng)澆菜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的功能主要依靠STC89C52單片機(jī)運(yùn)行。系統(tǒng)內(nèi)有多個(gè)電路單元，主要包括單片機(jī)控制單元、時(shí)鐘電路單元、溫度傳感器電路單元、LCD12864電路單元、ADC0832芯片電路單元、繼電器電路單元以及按鍵電路單元。這些電路單元中有數(shù)個(gè)傳感器以及關(guān)鍵電器元件，主要包括有DS1302時(shí)鐘芯片、DS13B20溫度傳感器、濕度傳感器、ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片以及繼電器等。它們與STC89C52芯片相互配合，共同完成系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)采用了模塊化設(shè)計(jì)，主要目的是使得程序更加明顯易懂，也方便后期的維護(hù)。設(shè)計(jì)的程序結(jié)構(gòu)由主程序以及按鍵掃描、濕度數(shù)據(jù)收集、溫度數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)時(shí)間、數(shù)據(jù)處理、液晶顯示以及水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)等子程序組成。該設(shè)計(jì)的功能實(shí)現(xiàn)原理大致為，溫度傳感器和濕度傳感器會(huì)收集當(dāng)前環(huán)境的實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)，溫度數(shù)據(jù)會(huì)直接傳遞給單片機(jī)，而濕度數(shù)據(jù)因?yàn)槭悄M量，則需要AD轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳遞給單片機(jī)，同時(shí)，時(shí)鐘電路單元中的DS1302時(shí)鐘芯片會(huì)將當(dāng)前時(shí)間也輸出給STC89C52芯片。收到系統(tǒng)中各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)后，單片機(jī)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)與設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如果濕度值或者當(dāng)前時(shí)間達(dá)到設(shè)定的條件，就會(huì)輸出一個(gè)控制信號(hào)給繼電器電路單元，啟動(dòng)繼電器驅(qū)動(dòng)水泵完成澆水操作。如果當(dāng)前時(shí)間過(guò)去一分鐘，就會(huì)記錄下一組實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)，共記錄24組。另外，若當(dāng)前溫度超過(guò)上下限，就會(huì)在液晶顯示屏上顯示防寒防暑提醒。本次設(shè)計(jì)電路相較簡(jiǎn)單，原理相較不復(fù)雜，具有很高的可復(fù)制性、可運(yùn)用性，對(duì)于解決實(shí)際現(xiàn)實(shí)需求有著很大的覆蓋實(shí)現(xiàn)可能。第1章緒論1.1自動(dòng)澆菜系統(tǒng)的研究目的與意義濕度是人們?nèi)粘Ｉ钜约吧a(chǎn)活動(dòng)中十分重要無(wú)法忽視的自然因素之一。在大部分工業(yè)生產(chǎn)中，濕度值與產(chǎn)品生產(chǎn)的產(chǎn)量、速率與質(zhì)量結(jié)果息息相關(guān)，如冶金、水泥、玻璃、生物醫(yī)藥等行業(yè)，有一個(gè)合適的溫度值會(huì)極大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量以及生產(chǎn)速率。而在農(nóng)作物種植生產(chǎn)中，濕度頗為重要。在科技不發(fā)達(dá)的過(guò)去，自然界的天氣氣候條件是影響種植作物生長(zhǎng)的重要決定因素，因此土地干旱與潮濕，就大都只能聽(tīng)天由命或者農(nóng)民手動(dòng)進(jìn)行灌溉調(diào)整，效率十分低下，不定因素十分多。因此就需要制作一個(gè)能提高調(diào)整土壤濕度效率的裝置來(lái)改善種植條件的裝置，如自動(dòng)澆菜系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤的濕度值進(jìn)行達(dá)到條件自動(dòng)澆水，使土壤濕度保持在一個(gè)適合植物生產(chǎn)的范圍，改善濕度約束作物生產(chǎn)的作用，使農(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)、生產(chǎn)不再被動(dòng)地依賴(lài)與自然氣候，極大地減少了天氣氣候?qū)τ谵r(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的約束。所以，自動(dòng)澆菜系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生，依靠科技的運(yùn)用將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者從繁重的農(nóng)作勞作中解放出來(lái)。1.2自動(dòng)澆菜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)背景進(jìn)入千禧之年后的21世紀(jì)以來(lái)，人類(lèi)科技呈井噴式發(fā)展，各種新技術(shù)接連不斷的出現(xiàn)在我們的日常生活中并且更新速度發(fā)展速度極快，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展更是十分迅速。智能化生產(chǎn)也進(jìn)入了人民的生產(chǎn)活動(dòng)之中，智能化生產(chǎn)也不斷被越來(lái)越多的生產(chǎn)行業(yè)參與者所認(rèn)可所接受。而且，當(dāng)前人口不斷增長(zhǎng)，糧食需求的量越來(lái)越多，為了應(yīng)對(duì)蔬菜種植過(guò)程中不斷增加的耕地面積讓生產(chǎn)者人力輸出不足、人力成本過(guò)高，設(shè)計(jì)出一系列簡(jiǎn)單、合理、高效快捷的自動(dòng)澆菜系統(tǒng)對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的生產(chǎn)活動(dòng)有著非常重要的作用，能極大的改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞作強(qiáng)度與質(zhì)量。避免了天氣因素對(duì)農(nóng)作物影響過(guò)大，因?yàn)闈菜患皶r(shí)導(dǎo)致作物減產(chǎn)減收，給農(nóng)作生產(chǎn)者造成較大的損失，降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的勞作強(qiáng)度以及不可控因素對(duì)于生產(chǎn)活動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。本次課題的設(shè)計(jì)是基于STC89C52單片機(jī)的自動(dòng)澆菜系統(tǒng)，系統(tǒng)主要依賴(lài)于STC89C52單片機(jī)以及各個(gè)模塊相互合作而運(yùn)作。本項(xiàng)目運(yùn)用C語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，運(yùn)用Keil4、Proteus等軟件作為編程、作圖軟件輔助開(kāi)發(fā)。項(xiàng)目電路較為簡(jiǎn)單不太復(fù)雜，而且隨著科技的進(jìn)步時(shí)代的發(fā)展，單片機(jī)相關(guān)的各種芯片、硬件成本不斷在降低，實(shí)用性、穩(wěn)定性也越來(lái)越強(qiáng)。因此本項(xiàng)目所使用的硬件也十分經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，制作成本比較低，且各個(gè)模塊的穩(wěn)定性很好，能在各種場(chǎng)景使用，不用頻繁的維護(hù)。所以該項(xiàng)目有很大的應(yīng)用前景，便于廣泛覆蓋運(yùn)用，能為新時(shí)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)助力添彩。1.3自動(dòng)澆菜系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容農(nóng)業(yè)植物的生長(zhǎng)發(fā)育階段存在一個(gè)合理科學(xué)的溫度濕度范圍，當(dāng)農(nóng)作植物生長(zhǎng)在最合適的濕度溫度的時(shí)候，它的生長(zhǎng)發(fā)育速率會(huì)是最快質(zhì)量最高的，如果是生長(zhǎng)在溫度的范圍的上限之上下限之下或者濕度低于某個(gè)下限的時(shí)候，農(nóng)作植物的生長(zhǎng)發(fā)育便會(huì)速度減慢甚至停止。在這樣的原理之下，如果作物處于高于最高溫度之上或者是低于最低溫度之下，以及低于濕度下限之下時(shí)，蔬菜作物就便會(huì)呈現(xiàn)出受傷、生病乃甚至于死亡的場(chǎng)景現(xiàn)象。因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)之中，需要利用自動(dòng)澆花系統(tǒng)來(lái)保護(hù)保證農(nóng)作植物在合理、科學(xué)以及適宜的濕度范圍和溫度范圍內(nèi)發(fā)育生產(chǎn)到成熟生產(chǎn)，得以很好的提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收、優(yōu)產(chǎn)優(yōu)收。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于STC89C52單片機(jī)的一個(gè)自動(dòng)澆菜系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以通過(guò)五個(gè)相互獨(dú)立的按鈕設(shè)定系統(tǒng)所顯示的各項(xiàng)參數(shù)以及澆水的各項(xiàng)條件還有顯示不同時(shí)段所記錄下的二十四組數(shù)據(jù)。再通過(guò)本系統(tǒng)的溫度檢測(cè)模塊、濕度檢測(cè)模塊收集植物發(fā)育生長(zhǎng)環(huán)境的實(shí)時(shí)濕度和溫度，并且通過(guò)12864有字庫(kù)的液晶顯示模塊得以顯示出當(dāng)前的時(shí)間、日期、溫度、濕度以及設(shè)定的澆水時(shí)間、時(shí)長(zhǎng)和澆水的濕度。當(dāng)溫度檢測(cè)模塊收采到的溫度比上限高或比下限低的時(shí)候，12864有字庫(kù)的液晶顯示模塊顯示防寒防暑提醒。當(dāng)濕度測(cè)量模塊收采到的濕度值低于設(shè)定下限，以及當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間達(dá)到設(shè)定的灌溉時(shí)間時(shí)，繼電器啟動(dòng)，繼電器中的電磁鐵啟動(dòng)，帶動(dòng)水泵電路接通，水泵得以啟動(dòng)進(jìn)行澆水。結(jié)論P(yáng)AGE9第2章系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)與理論基礎(chǔ)2.1自動(dòng)澆菜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案此系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為控制單元核心，通過(guò)12864帶字庫(kù)的液晶顯示器為顯示單元進(jìn)行顯示，設(shè)置了五個(gè)獨(dú)立的按鍵進(jìn)行相關(guān)操作，五個(gè)獨(dú)立按鍵的功能分別具有查看歷史24組實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)、進(jìn)入設(shè)置頁(yè)面、選中數(shù)據(jù)增加一、選中數(shù)據(jù)減少一、退出查看數(shù)據(jù)頁(yè)面或退出設(shè)置頁(yè)面并保存設(shè)置的功能，其中增加鍵還具有開(kāi)關(guān)定時(shí)灌溉的功能，在顯示頁(yè)面按下增加鍵即可對(duì)定時(shí)灌溉進(jìn)行開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)可以在顯示頁(yè)面右上角進(jìn)行顯示。并且該系統(tǒng)能通過(guò)DS18B20溫度傳感器和土壤濕度傳感器偵測(cè)采集當(dāng)前環(huán)境的實(shí)時(shí)溫度和濕度，通過(guò)12864顯示器顯示出來(lái)。當(dāng)前溫度和濕度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)后，STC89C52單片機(jī)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，若濕度低于設(shè)定的下限值或者達(dá)到指定灌溉時(shí)間，繼電器電路的LED燈會(huì)亮起并且繼電器啟動(dòng)帶動(dòng)水泵進(jìn)行澆水。若實(shí)時(shí)溫度超過(guò)通過(guò)按鍵設(shè)定的溫度范圍，則會(huì)在液晶顯示器上顯示防寒防暑提醒，提醒用戶(hù)注意農(nóng)作物的照看保養(yǎng)。STC89C52濕度傳感器STC89C52濕度傳感器溫度傳感器獨(dú)立按鍵晶振繼電器模塊12864顯示器DS1302時(shí)鐘ADC0832模塊圖2-1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2系統(tǒng)硬件元器件的選擇2.2.1STC89C52單片機(jī)與AT89C51單片機(jī)STC89C52單片機(jī)為低功耗、低電壓、高性能的控制器，它的內(nèi)部分別有8位高性能中央處理器（又稱(chēng)CPU）、8K字節(jié)的Flash閃存、512字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、32個(gè)I/O口、三個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、一個(gè)七向量四級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、一個(gè)全雙工串行通信口、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路[1]。AT89C51單片機(jī)同樣是一種低電壓、低功耗、高性能的控制器，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與STC89C52單片機(jī)相似，是一種帶有4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。該器件采用了ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造能與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容[2]。但是，AT89C51單片機(jī)它的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器僅僅為256字節(jié)，無(wú)法滿(mǎn)足存儲(chǔ)24組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的特殊功能需求，并且STC89C52單片機(jī)兼容MCS51指令系統(tǒng)。因此在選擇單片機(jī)時(shí)，選擇了與AT單片機(jī)同樣經(jīng)濟(jì)實(shí)惠并且極具性?xún)r(jià)比的STC89C52單片機(jī)，它可以靈活的運(yùn)用在各種嵌入式控制系統(tǒng)之中，在各種環(huán)境下均可以發(fā)揮穩(wěn)定高效的性能。STC89C52單片機(jī)的主要性能參數(shù)如下：（1）8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間（Flash）（2）512字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（3）32個(gè)可編程的I/O口（4）3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（5）4個(gè)外部中斷源（6）支持2種軟件可選擇節(jié)電模式（7）兼容MCS51指令系統(tǒng)STC89C52單片機(jī)的兩種節(jié)電模式均具有低功耗的特點(diǎn)，它們分別為空閑模式以及掉電模式。在單片機(jī)的模式為空閑模式的時(shí)候，高性能中央處理器（CPU）會(huì)中斷運(yùn)行，RAM（又稱(chēng)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）以及定時(shí)器計(jì)數(shù)器、中斷和串口繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)作。而節(jié)電模式在一種掉電保護(hù)的模式下，隨機(jī)存取的存儲(chǔ)器（RAM）里面的內(nèi)容被保存了下來(lái)，并且振蕩器會(huì)被凍結(jié)，單片機(jī)所有的運(yùn)行工作會(huì)停止，一直至下一個(gè)中斷或者硬件復(fù)位為止。STC89C52單片機(jī)引腳的說(shuō)明如下所示：（1）VCC（40號(hào)引腳）：接電源電壓（2）VSS（20號(hào)引腳）：接地（3）P0：P0口為8位漏極開(kāi)路雙向I/O口，其輸出緩沖級(jí)可以輸出或吸收電流來(lái)驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。當(dāng)P0端口寫(xiě)“1”時(shí)，這個(gè)引腳會(huì)被用作高阻抗輸入。P0口用于外部程序的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，可被作為數(shù)據(jù)/地址的低八位復(fù)用，在程序進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，外部上拉電阻需要被激活。（4）P1：這是一組有著內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，它的輸出緩沖級(jí)，可吸收或輸出電流以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。當(dāng)該端口寫(xiě)“1”的時(shí)候，端口被其內(nèi)部的上拉電阻拉到高電平，因此可以用作輸入口。此時(shí)的引腳由于被外部拉低，會(huì)因?yàn)樗鼉?nèi)部電阻的原因，它將會(huì)輸出的電流為IIL。在進(jìn)行編程以及校驗(yàn)時(shí)，此引腳接受低8位地址。（5）P2：有著內(nèi)部上拉電路的8位雙向I/O口，其輸出緩沖級(jí)可通過(guò)吸收或輸出電流的形式驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。當(dāng)它的端口被寫(xiě)“1”時(shí)，與P1口比較相像，P2端口會(huì)被它的內(nèi)部電阻拉到高電平，以做為輸入來(lái)使用。這時(shí)P2會(huì)與P1類(lèi)似，輸出一個(gè)電流IIL。（6）P3：與P1、P2類(lèi)似，也是一個(gè)有著內(nèi)部上拉電路的雙向I/O口，構(gòu)成與原理相似。除上述功能以外，P3口在進(jìn)行flash編程以及校驗(yàn)的時(shí)候，它還會(huì)接受控制信號(hào)。除此之外，P3口的特殊復(fù)用功能如下：P3.0（RXD）：串行輸入、P3.1（TXD）：串行輸出、P3.2以及P3.3：外部中斷0以及1、P3.4（T0）：定時(shí)器0外部輸入、P3.5（T1）：定時(shí)器1外部輸入、P3.6(WR):外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通、P3.7（RD）：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通（7）RST（9號(hào)引腳）：復(fù)位輸入。（8）XTAL2（18號(hào)引腳）：來(lái)自反向振蕩器的輸出。（9）XTAL1（19號(hào)引腳）：反相振蕩器放大器還有內(nèi)部時(shí)鐘的電路的輸入。（10）EA/VPP（31號(hào)引腳）：當(dāng)EA狀態(tài)保持在低電平之時(shí)，執(zhí)行外部存儲(chǔ)器之內(nèi)的程序。當(dāng)EA狀態(tài)位高電平時(shí)，執(zhí)行內(nèi)部存儲(chǔ)器之內(nèi)的程序。在進(jìn)行flash編程的時(shí)候，它的第二功能VPP會(huì)用于釋放12V的編程電源。STC89C52單片機(jī)的引腳圖如下圖（圖2-2）所示：圖2-2：STC89C52單片機(jī)引腳2.2.2ADC0832芯片系統(tǒng)中的濕度檢測(cè)模塊收集到的實(shí)時(shí)濕度量是模擬量信號(hào)，在經(jīng)由轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)化后的電壓信號(hào)輸出也還是模擬量信號(hào)，所以就需要使用到AD芯片將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，使其能被單片機(jī)所識(shí)別。ADC0832芯片是由總部位于加利福尼亞州的美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司制造生產(chǎn)的A/D轉(zhuǎn)換芯片，為雙通道輸入，具有八位分辨率。它的體積小、兼容性強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高、穩(wěn)定性好。它的1號(hào)引腳CS被單片機(jī)的P1.2端口控制。ADC0832芯片具有以下特點(diǎn)：（1）與TTL/CMOS的輸入輸出電平兼容（2）當(dāng)其被5V電源供電時(shí)，輸入電壓在0V至5V之間（3）工作頻率高（250Khz），轉(zhuǎn)換時(shí)間少（32微秒）（4）低功耗（15毫瓦），高溫寬，能適應(yīng)大部分惡劣的溫度條件（5）具有多種封裝模式，兼容性強(qiáng)ADC0832芯片引腳功能說(shuō)明如下：（1）CS：片選使能，低電平芯片使能。（2）CH0：模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。（3）CH1：模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。（4）GND：接地（5）DI：數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。（6）DO：數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。（7）CLK：芯片時(shí)鐘輸入。（8）Vcc/Vref：電源電壓輸入，復(fù)用功能Vref用于參考電壓輸入ADC0832芯片引腳圖如圖（圖2-3所示）：圖2-3：ADC0832芯片引腳2.2.3DS18B20溫度傳感器DS18B20是單片機(jī)中常見(jiàn)的數(shù)字溫度傳感器，它可以直接將測(cè)量到的溫度以數(shù)字信號(hào)的形式輸出。它的成本低、精度高、在復(fù)雜的環(huán)境下抗干擾的能力強(qiáng)并且封裝后有多種型號(hào)，可以用于多數(shù)不同場(chǎng)景的使用。它的轉(zhuǎn)換輸出速度高，測(cè)量溫度范圍廣。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖（圖2-4）所示：圖2-4：DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20常見(jiàn)封裝主要有兩種，分別為PR-35封裝以及SOSI封裝，此次設(shè)計(jì)用到的是PR-35封裝。這兩種封裝模式如下圖（圖2-5）所示。圖2-5：PR-35封裝（左）以及SOSI封裝（右）DS18B20溫度傳感器引腳功能如下：(1)DQ：數(shù)字信號(hào)的輸入還有輸出。(2)GND：接地(3)VDD：外接電源輸入DS18B20溫度傳感器的引腳圖如圖（圖2-6）所示：圖2-6：DS18B20溫度傳感器引腳2.2.4LCD12864液晶顯示器LCD12864是有著四位或者八位并行、二線(xiàn)或者三線(xiàn)串行多種接口方式，內(nèi)部?jī)?nèi)置漢字字庫(kù)，可提供8192個(gè)16x16的點(diǎn)陣漢字，分辨率為128x64的點(diǎn)陣式圖形液晶顯示器。此模塊接口靈活、操作方式簡(jiǎn)單便捷，具有低電壓、低功耗、低成本等特點(diǎn)。LCD12864液晶顯示器的引腳圖如圖2-7所示：圖2-7：LCD12864引腳圖LCD12864的部分引腳功能如下：（1）VSS（1號(hào)引腳）：電源負(fù)極（2）VDD（2號(hào)引腳）：電源正極（3）VO（3號(hào)引腳）：可調(diào)整屏幕亮度（4）BLA（19號(hào)引腳）：背光源電壓正端（5）BLK（20號(hào)引腳）：背光源電源負(fù)端第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，我將系統(tǒng)的硬件電路分為了七大組成部分。分別為：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制單元、時(shí)鐘電路單元、溫度傳感器電路單元、LCD12864電路單元、ADC0832芯片電路單元、繼電器電路單元以及按鍵電路單元。3.1單片機(jī)控制單元單片機(jī)控制單元是整個(gè)系統(tǒng)電路的主控核心部分，它的主體核心是STC89C52單片機(jī)，該芯片的內(nèi)部具有8位高性能中央處理器（又稱(chēng)CPU）、8K字節(jié)的Flash閃存、512字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、32個(gè)I/O口。并且它還兼容MCS51指令系統(tǒng)，方便編程，其大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)中存儲(chǔ)24組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的功能需求。單片機(jī)控制單元電路主要分為三大部分，分別是作為主體的STC89C52芯片、復(fù)位電路以及時(shí)鐘電路。STC89C52芯片作為主體，是整個(gè)系統(tǒng)核心，它需要接受溫度傳感器以及ADC0832芯片轉(zhuǎn)換來(lái)自濕度傳感器的信號(hào)后輸出的溫度、濕度的數(shù)字量信號(hào)，并且輸出到LCD12864進(jìn)行顯示。還需要判斷這二個(gè)數(shù)字量信號(hào)，是否滿(mǎn)足溫度報(bào)警以及濕度報(bào)警的閾值。若達(dá)到條件，則控制LCD液晶顯示器顯示防寒防暑提醒或者控制繼電器電路單元接通，驅(qū)動(dòng)水泵進(jìn)行澆水。它需要承擔(dān)上述功能等一系列運(yùn)作，是自動(dòng)澆菜系統(tǒng)的運(yùn)作核心。單片機(jī)控制單元的電路圖如下圖（圖3-1）所示：圖3-1單片機(jī)控制單元電路STC89C52芯片：如上圖所示，單片機(jī)控制單元電路主體部分STC89C52芯片的21、22、23號(hào)引腳會(huì)鏈接DS1302時(shí)鐘芯片，會(huì)接受來(lái)自它的信號(hào)，并輸出到液晶顯示器上顯示出當(dāng)前的年、月、日、時(shí)、分、秒、星期等數(shù)據(jù)。單片機(jī)的5號(hào)引腳會(huì)鏈接到DS18B20溫度傳感器。其2號(hào)引腳會(huì)鏈接ADC0832芯片的數(shù)據(jù)輸出引腳，接受當(dāng)前濕度值的數(shù)字信號(hào)。它的4號(hào)引腳會(huì)鏈接繼電器電路單元控制繼電器的啟停。除此之外，它的其他引腳也都連接了整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)部分，由此可見(jiàn)它是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的核心。復(fù)位電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)的復(fù)位有兩種主要的方式，分別為手動(dòng)復(fù)位以及上電復(fù)位。如上圖所示，本次設(shè)計(jì)采用的是上電復(fù)位的方式。時(shí)鐘電路：它又被稱(chēng)為震蕩電路，如上圖是由STC89C52的18號(hào)引腳（XTAL2）以及19號(hào)引腳（XTAL1）鏈接一個(gè)11.0591Mhz的晶振以及電容所構(gòu)成。它具有為單片機(jī)的工作運(yùn)行提供時(shí)間基準(zhǔn)的作用。3.2時(shí)鐘電路單元系統(tǒng)的時(shí)鐘電路單元由DS1302芯片與一個(gè)頻率為32.768Khz的晶振以及數(shù)個(gè)電阻相連接構(gòu)成，其主體部分為DS1302時(shí)鐘芯片。芯片的X1腳（2號(hào)引腳）以及X2腳（3號(hào)引腳）與晶振相連構(gòu)成時(shí)鐘電路單元。另外，芯片的SLK腳（7號(hào)引腳）、I/O腳（6號(hào)引腳）以及CE腳（5號(hào)引腳）分別和STC89C52芯片的２１、２２、２３號(hào)引腳（P２.０、P２.１、P２.２）相聯(lián)接。通過(guò)這個(gè)連接，時(shí)鐘電路單元會(huì)向STC89C52芯片精準(zhǔn)的輸出當(dāng)前的年、月、日、時(shí)、分、秒、星期等時(shí)間信息，并通過(guò)STC89C52芯片的處理，由LCD12864液晶顯示器顯示出該信息。在該電路中，32.768Khz的晶振會(huì)由于其頻率，能在進(jìn)行分頻以后精準(zhǔn)的輸出秒的脈沖信號(hào)。其原因?yàn)?2.768Khz為32768hz，是二的十五次方，符合二進(jìn)制的計(jì)算規(guī)則。所以32768經(jīng)過(guò)十六次的二分頻后正好得到1，能正好得到輸出一秒的脈沖信號(hào)。因此，時(shí)鐘電路單元的晶振會(huì)選擇頻率為32.768Khz的晶振。時(shí)鐘電路單元的電路圖如圖3-2所示：圖3-2時(shí)鐘電路單元電路圖其中VCC1引腳（8號(hào)引腳）連接了一枚3v的紐扣電池作為電源，這樣能在系統(tǒng)斷電后讓時(shí)鐘電路單元仍然能夠運(yùn)行，避免時(shí)鐘丟失。而三個(gè)信息引腳接上電阻是上拉電阻，其作用是減少時(shí)鐘的誤差、避免時(shí)鐘讀取不正常。DS1302芯片引腳圖在圖3-2中就可知，它們的作用如下：（1）VCC2、VCC1：電源供電，VCC2為主電源，VCC1為備用電源（2）X1、X2：晶振管腳（3）GND：接地（4）I/O：數(shù)據(jù)輸入以及輸出（5）SCLK：串行時(shí)鐘，同步時(shí)鐘輸入3.3溫度傳感器電路單元溫度傳感器電路單元由DS18B20芯片構(gòu)成，DS18B20芯片能直接輸出采集到的溫度的數(shù)字信號(hào)，不需要經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換，直接連接單片機(jī)即可。DS18B20芯片接線(xiàn)方式便捷，只需要一個(gè)接口與單片機(jī)相連就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與DS18B20芯片的雙向信息傳輸[3]。具有低開(kāi)銷(xiāo)、小體積、高精度、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能大大的簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。溫度傳感器電路單元如圖3-3所示：圖3-3：溫度傳感器電路單元其中，DS18B20的DQ腳與STC89C52芯片的５號(hào)引腳（P1.4）鏈接，負(fù)責(zé)輸入輸出數(shù)字量信號(hào)。DQ腳接一個(gè)上拉電阻是為了使總線(xiàn)保持為高電平，不然會(huì)因?yàn)殡娏鞑蛔愣荒苷Ｗx出溫度，是芯片設(shè)計(jì)的問(wèn)題。3.4LCD12864電路單元LCD12864電路單元由帶漢字字庫(kù)的LCD12864液晶顯示器構(gòu)成，這個(gè)單元負(fù)責(zé)了設(shè)計(jì)系統(tǒng)中時(shí)間信息、溫濕度信息等各項(xiàng)信息的顯示功能，是系統(tǒng)中重要的組成部分之一。LCD12864液晶顯示器操作簡(jiǎn)單、開(kāi)銷(xiāo)低、功耗低，能十分靈活便捷的運(yùn)用在單片機(jī)設(shè)計(jì)中。LCD12864電路單元的電路圖如圖3-4所示：圖3-4：LCD12864電路單元由圖可見(jiàn)，此單元電路簡(jiǎn)單，其中LCD12864液晶顯示器的３號(hào)引腳具有亮度調(diào)節(jié)的作用，它連接了一個(gè)103藍(lán)白電位器，通過(guò)調(diào)整電位器的阻值即可對(duì)液晶顯示器的亮度進(jìn)行調(diào)整。3.5ADC0832芯片電路單元 ADC0832芯片電路單元就是模數(shù)轉(zhuǎn)換電路單元，它由ADC0832芯片與濕度傳感器構(gòu)成，其中濕度傳感器偵測(cè)到的實(shí)時(shí)濕度值為模擬量，它會(huì)經(jīng)過(guò)ADC0832芯片的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化為微處理器能夠識(shí)別到的數(shù)字量，從而才能進(jìn)行顯示或判斷等一系列操作。它的電路圖如圖3-5所示：圖3-5：ADC0832芯片電路單元電路圖圖中左上角的便是濕度傳感器，它的原理是土壤濕度不同就導(dǎo)致傳感器的電阻值不同，從而電壓會(huì)發(fā)生變化。傳感器輸出的信號(hào)會(huì)送到AD轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。3.6繼電器電路單元繼電器電路單元由繼電器、三極管9012、以及一個(gè)LED燈泡構(gòu)成，其電路簡(jiǎn)單，原理并不復(fù)雜，主要作用是驅(qū)動(dòng)水泵的工作，來(lái)完成系統(tǒng)中澆水功能的實(shí)現(xiàn)。它的原理是，當(dāng)微處理器判定澆水條件達(dá)到時(shí)，則通過(guò)與繼電器電路單元連接的輸入輸出口輸出０，此時(shí)PNP9012三極管接通，繼電器通電，內(nèi)部的磁鐵會(huì)吸引觸電吸合，從而驅(qū)動(dòng)水泵通電進(jìn)行澆水工作。當(dāng)未處理判斷澆水條件沒(méi)有達(dá)到的時(shí)候，就會(huì)輸出１，三極管就會(huì)斷開(kāi)，繼電器就無(wú)法通電，水泵不會(huì)運(yùn)行。當(dāng)繼電器電路單元通電運(yùn)作時(shí)，其中的LED燈泡會(huì)亮起。讓用戶(hù)清晰的知道繼電器和水泵的工作狀態(tài)是開(kāi)啟還是停止。繼電器電路單元電路圖如圖3-6所示：圖3-6：繼電器電路單元3.7按鍵電路單元在系統(tǒng)中，按鍵需要實(shí)現(xiàn)查看歷史數(shù)據(jù)、進(jìn)入設(shè)置、增加、減少、退出、開(kāi)關(guān)定時(shí)灌溉的功能。實(shí)現(xiàn)這些功能需求可以設(shè)置五個(gè)獨(dú)立的按鍵進(jìn)行操作。按鍵電路單元如圖3-7所示：圖3-7：按鍵電路單元五個(gè)鍵會(huì)與微處理器的引腳相聯(lián)接，以進(jìn)行不同功能的操作。這五個(gè)鍵的功能以及與STC89C52單片機(jī)引腳的連接情況如下：（1）K1：與P3.3相連，為退出鍵。（2）K2：與P3.4相連，為減少鍵。（3）K3：與P3.5相連，為增加鍵，在顯示頁(yè)面為定時(shí)灌溉開(kāi)關(guān)鍵。（4）K4：與P3.6相連，為設(shè)置鍵，可以進(jìn)入設(shè)置頁(yè)面（5）K5：與P3.7相連，為查看歷史數(shù)據(jù)鍵第4章軟件設(shè)計(jì)在此次單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，軟件設(shè)計(jì)是重要的組成部分之一，軟件設(shè)計(jì)決定了在設(shè)計(jì)中的功能需求是否能被穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)。在單片機(jī)的軟件編程中，使用到的編程語(yǔ)言通常是C語(yǔ)言，在燒寫(xiě)進(jìn)單片機(jī)時(shí)，需要通過(guò)編譯器將C語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成hex文件格式。4.1程序結(jié)構(gòu)分析主函數(shù)初始化主函數(shù)初始化函數(shù)按鍵掃描模塊水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊濕度數(shù)據(jù)收集模塊數(shù)據(jù)處理模塊液晶顯示模塊濕度數(shù)據(jù)收集模塊系統(tǒng)時(shí)間模塊程序結(jié)構(gòu)如圖4-1所示：圖4-1：程序結(jié)構(gòu)圖4.2主程序流程圖系統(tǒng)的工作方式為，開(kāi)啟系統(tǒng)后進(jìn)入主函數(shù)，主函數(shù)進(jìn)行初始化，進(jìn)入按鍵掃描程序，然后通過(guò)按鍵控制系統(tǒng)的功能，同時(shí)，濕度數(shù)據(jù)收集程序和溫度數(shù)據(jù)收集程序收集到的數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)時(shí)間程序的時(shí)間數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)入數(shù)據(jù)處理程序進(jìn)行處理，接著在液晶顯示器上進(jìn)行顯示。并且，濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后會(huì)判定是否小于設(shè)定的值，若小于，則會(huì)進(jìn)入水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)水泵進(jìn)行澆水操作。系統(tǒng)時(shí)間數(shù)據(jù)同樣會(huì)進(jìn)行判定，若到達(dá)設(shè)定的時(shí)間，也會(huì)驅(qū)動(dòng)水泵進(jìn)行澆水。它的主程序流程圖如圖4-2：圖4-2：主程序流程圖4.3子程序部分4.3.1按鍵掃描程序在按鍵掃描程序模塊，首先會(huì)判斷模式切換（設(shè)置鍵）是否按下，若沒(méi)有則繼續(xù)判斷加、減、退出設(shè)置鍵是否按下，若上述按鍵按下，則會(huì)進(jìn)行選中數(shù)據(jù)加或減少1，以及退出并保存數(shù)據(jù)操作。若按下了設(shè)置鍵，則會(huì)切換設(shè)置的選中位置，依次對(duì)上述加、減、退出設(shè)置鍵是否按下進(jìn)行判斷。接下來(lái)會(huì)判斷查看歷史數(shù)據(jù)鍵是否按下，如果是，則顯示歷史數(shù)據(jù)，若否，則退出程序。程序流程圖如圖4-3-1所示：圖4-3-1：按鍵程序流程圖4.3.2溫度數(shù)據(jù)收集溫度數(shù)據(jù)收集的核心是DS18B20芯片，DS18B20芯片在進(jìn)行每次工作前都需要進(jìn)行初始化操作，這是一個(gè)等待DS18B20芯片內(nèi)部穩(wěn)定的過(guò)程。DS18B20初始化流程圖如4-3-2：圖4-3-2：DS18B20初始化溫度數(shù)據(jù)收集程序流程圖如圖4-3-3所示：圖4-3-3：溫度數(shù)據(jù)收集程序流程圖4.3.3濕度數(shù)據(jù)收集濕度數(shù)據(jù)收集的核心是ADC0832芯片以及濕度傳感器，濕度傳感器偵測(cè)到的濕度值的模擬量信號(hào)會(huì)傳遞給ADC0832芯片，芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換操作后輸出數(shù)字信號(hào)傳遞給STC89C52單片機(jī)后濕度數(shù)據(jù)收集程序就結(jié)束了。濕度數(shù)據(jù)收集程序流程圖如4-3-4所示：圖4-3-4：濕度數(shù)據(jù)收集程序流程圖第5章系統(tǒng)安裝與調(diào)試5.1電路的安裝5.1.1安裝準(zhǔn)備工作在進(jìn)行電路安裝之前，需要進(jìn)行元器件準(zhǔn)備工作。需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后確定好需要的元器件種類(lèi)以及元器件數(shù)量，盡量多準(zhǔn)備一些多余的元器件，避免因?yàn)槭д`導(dǎo)致元件報(bào)廢后沒(méi)有多余的元器件使用。另外在進(jìn)行焊接前需要對(duì)元件進(jìn)行測(cè)試，確保元件是可以正常使用的，避免焊接全部完成后因?yàn)樵骷收蠈?dǎo)致電路不通。5.1.2焊接元器件準(zhǔn)備完畢后，就可以進(jìn)行焊接。焊接前需要依照設(shè)計(jì)好的原理圖在萬(wàn)用板上擺放好元器件。焊接過(guò)程