頁第1章緒論1.1自動(dòng)灌溉研究的背景及意義隨著人們生活水平的不斷提高，現(xiàn)在很多城市和農(nóng)村的居民都喜歡在自己的陽臺(tái)上養(yǎng)花，以達(dá)到美化環(huán)境、凈化空氣的目的。在閑暇之余，這也是一種很好的陶冶情操的方式。但是現(xiàn)在的都市生活節(jié)奏越來越快，工作時(shí)間長、工作壓力大，再加上有很多時(shí)候要出差等原因，人們會(huì)經(jīng)常忽略種養(yǎng)的盆栽，使盆栽經(jīng)常處在一種缺水的狀態(tài)，當(dāng)有空閑的時(shí)間去給盆栽澆水時(shí)，卻又不知道該給盆栽澆多少水才合適，如果給盆栽澆的水太多或者太少，就會(huì)使盆栽的生長環(huán)境變得很惡劣，讓盆栽不能正常的生長，無法達(dá)到一種好的觀賞效果,有可能一些生命力不強(qiáng)的盆栽因?yàn)闈菜嗫菸溃蛘邼菜贊乘懒?，這樣使養(yǎng)盆栽人的心情變得沉悶，同時(shí)也使養(yǎng)盆栽者遭受了經(jīng)濟(jì)上的損失。目前水資源緊缺，在21世紀(jì)，水資源是一種極為珍貴的稀缺資源，地球上的水資源雖然很多，但是能夠提供給人類使用的淡水?dāng)?shù)量卻十分稀少，而且中國的水資源情況也并不好。中國的水資源總量雖然排在全球第六名，但是中國人均的水資源比例還不到世界平均水平的1/4，中國每個(gè)省份的水資源分布也不平衡，水資源的問題已經(jīng)不在是資源問題，而且關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略問題。所以節(jié)約用水非常重要。由于全球現(xiàn)在的水資源短缺，所以人們采用高效、自動(dòng)控制的節(jié)水灌溉技術(shù)，既能有效的節(jié)約水資源，又具有現(xiàn)代化意義。所以這次在盆栽自動(dòng)灌溉中使用的技術(shù)是目前世界上普遍接受并使用的一種微灌技術(shù)。所謂微灌，就是將灌溉設(shè)備按照作物的需求，通過與作物末端管道相連的灌水設(shè)備，以極小的流量，將作物的水分、養(yǎng)分，以很小的流量，精確、均勻地輸送到作物根系附近的土壤中。相對于常規(guī)的全濕式地表灌水和噴灌，微灌水在作物根部周圍僅有少量的水分，因而也被稱作“局部灌水”。如何做到適當(dāng)?shù)墓喔仁顷P(guān)鍵的一步，必須對盆栽的土壤含水量有一個(gè)大概的了解，應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行智能模糊控制是一種實(shí)用的方法。該系統(tǒng)采用了一種基于土壤濕度傳感器測量土壤含水率的方法，將信號發(fā)送給微處理器，由單片機(jī)通過自帶的模糊控制規(guī)則對輸入的信號進(jìn)行模糊判定，通過單片機(jī)判決后的結(jié)果來決定是否需要澆灌和澆灌多長時(shí)間。用這種自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，你的盆栽就能茁壯成長了。盆栽能否在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候澆水，對盆栽的生長起著至關(guān)重要的作用。然而，在現(xiàn)實(shí)中，人總會(huì)有一些事情沒有時(shí)間去做，例如工作繁忙、出差、旅游等。盆栽的生長發(fā)育問題80%是由于澆水問題造成的；辛辛苦苦栽種了數(shù)個(gè)多月的盆栽，由于沒有及時(shí)澆灌，生長得很差，原本用于裝飾房屋的盆栽，也就變成了“雞肋”；如果不種了，家里沒有綠的襯托，就會(huì)覺得沒有生氣；如果留著盆栽，植物生長的不夠茂盛，也會(huì)對家居的裝修效果產(chǎn)生負(fù)面的影響。雖然目前市面上已經(jīng)有了自動(dòng)澆水裝置，但由于價(jià)格太高，而且大部分都是定時(shí)澆水，所以想要在合適的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行適量澆水，是很困難的。雖然還有更經(jīng)濟(jì)的花盆缺水報(bào)警裝置，能讓人們及時(shí)的為盆栽澆水。不過這個(gè)報(bào)警器只能發(fā)出警報(bào)，澆花的時(shí)候，就得自己動(dòng)手了。在沒有人的情況下，就算報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲沒有人給你澆水，報(bào)警器也起不到澆水的作用。為此，本課題研制了一套集盆栽土壤濕度監(jiān)測、自動(dòng)灌溉和蓄水池自動(dòng)給水為一體的自動(dòng)噴灌系統(tǒng)。讓盆栽在人們沒有時(shí)間照料的時(shí)候，可以及時(shí)澆水。1.2國內(nèi)外發(fā)展趨勢和研究現(xiàn)狀對于西方的發(fā)達(dá)國家來說，智能家用電器的技術(shù)已經(jīng)十分先進(jìn)，而站在國際的層面來看，由于中國的制造及設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)在國際上的關(guān)鍵地位，使得中國已然發(fā)展成國際上智能家電的主要市場。同時(shí)，也提高了中國對智能家用設(shè)備的重視程度,家居設(shè)備的研發(fā)與測試技術(shù)也得到了較為迅速的發(fā)展。隨著科技的不斷前進(jìn),智能家電所涉及的領(lǐng)域也越來越廣泛，其中就涵蓋了智能花盆。如今，智能花盆在全球已經(jīng)受到廣大客戶的青睞，雖然它們的控制及工作

原理有著較大的差異，可它們設(shè)計(jì)的目的都是為了服務(wù)于人類平時(shí)生活中的養(yǎng)花種草等方面。在英國有這樣的一類智能花盆，它的設(shè)計(jì)者是瑞貝克皮特森。它能夠隨時(shí)觀察記錄盆栽的生長情況。當(dāng)主人靠近它時(shí)，它會(huì)發(fā)出聲音來表示自己的需要。發(fā)出的聲音可能是唱出來一首歌或者是幾句話?！癙lantroid”是一個(gè)智能花盆機(jī)器人，它是由東京農(nóng)工大學(xué)副教授水內(nèi)郁夫發(fā)明創(chuàng)造的，“Plantroid”與其它的花盆不同的是，除了有六個(gè)晶硅太陽能以外，在他的底部還裝有四個(gè)可以滾動(dòng)的滑輪，這使得其能夠在地面隨處移動(dòng)。其內(nèi)部裝有光線傳感器，當(dāng)它檢測到盆栽處于背陰處時(shí)，或者曬不到陽光的地方，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)下達(dá)指令讓滑輪走到有陽光的地方，因而方便了人們的植物培養(yǎng)，并且使得植物充分的享有光照進(jìn)行光合作用，加速植物的健康生長。ClickandGrow同樣也是一款智能花盆機(jī)器人，它的創(chuàng)作者是美國的著名科學(xué)家，設(shè)計(jì)理念取自于美國航天航空局的相關(guān)應(yīng)用，功能較為強(qiáng)大，給植物澆水施肥都能夠做到。在不久前，英國學(xué)生娜塔莉金也創(chuàng)造出了一款智能的花盆機(jī)器人，此機(jī)器人的配套設(shè)施較為齊全，在花盆下面裝有檢測濕度與溫度的傳感裝置,花盆表面設(shè)有光線傳感器。這些裝置的安裝能夠讓植物在處于不適宜的環(huán)境下自動(dòng)報(bào)警，比如在濕度過大或溫度過強(qiáng)時(shí)，花盆都會(huì)自動(dòng)閃光提示，讓主人能夠及時(shí)采取相關(guān)措施。對于中國而言，已然出現(xiàn)了許多供植物澆水的器具，然而這些都是傳統(tǒng)的澆水設(shè)施，在智能機(jī)械方面的研究成果較少。目前，在中國市場上普遍存在大量的自動(dòng)澆水裝置，可是這些澆水的器材都是傳統(tǒng)的定量澆水，很難根據(jù)植物的自身需要進(jìn)行適當(dāng)適量的澆水施肥，這也導(dǎo)致了大面積的水資源浪費(fèi)，不僅沒有使得植物得到很好的生長，相反卻讓植物的成長起到了副作用。由于全球技術(shù)的高速傳播，如今的中國也有許多關(guān)于智能花盆方面的研究。楊守建等人于2011年，開始了相關(guān)方面的工作，他們研究的主要任務(wù)是利用裝置檢測土地的濕度及溫度，參照檢測裝置反饋的數(shù)據(jù)對植物進(jìn)行適當(dāng)適量的澆水，整個(gè)科研的經(jīng)費(fèi)花費(fèi)較少，且后期維護(hù)的花銷也不高。與此同時(shí)，王薇等學(xué)者在2011年也開始了相關(guān)智能花盆上的研究，此種智能花盆由多個(gè)部分組成，其中包括:放大電路、比較電路、驅(qū)動(dòng)電路、繼電器、電磁閥等等。工作原理也是能夠自主檢測植物土壤周圍的濕度，從而根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行澆水。學(xué)者張兆朋在此方面也有著自己的發(fā)面,他一人設(shè)計(jì)創(chuàng)造了小型的職能家庭澆水儀器，同時(shí)能夠依據(jù)植物的不同種類，運(yùn)行不同的控制程序。在工作原理上也是參照上述幾種智能儀器，實(shí)現(xiàn)自主職能澆水。學(xué)者趙麗也發(fā)明了一類高效智能的植物澆水裝置，在儀器底部裝有傳感裝置，用以檢測相關(guān)環(huán)境的溫度、濕度，在借助單片機(jī)展開數(shù)據(jù)分析，下達(dá)相關(guān)的執(zhí)行指令，對澆水器進(jìn)行控制，完成相關(guān)的澆水任務(wù)。學(xué)者羅維也開展了智能澆水裝置的相關(guān)工作,他是立足于TRIZ理論的基礎(chǔ)上來研發(fā)，介紹了盆花自動(dòng)澆水系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)采用了一種新型的自動(dòng)澆花設(shè)備，并解決了控制水流量的問題。隨著科技的發(fā)展，智能技術(shù)的發(fā)展也越來越快，智能化技術(shù)已經(jīng)滲透到了工業(yè)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，與人類的日常生活息息相關(guān)。與此同時(shí)，家用電器的智能化越來越受到國人的歡迎，所以對于智能灌溉的相關(guān)研究還是十分有必要的。1.3研究方法及主要功能本次設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一套由單片機(jī)控制的自動(dòng)盆栽灌溉系統(tǒng)，以達(dá)到室內(nèi)盆栽自動(dòng)灌溉地目的。該裝置能夠?qū)ν寥罍囟?、濕度進(jìn)行即時(shí)監(jiān)測，適時(shí)適量地給作物澆水。該系統(tǒng)由單片機(jī)、土壤溫度、濕度傳感器、灌溉系統(tǒng)等組成。本課題的重點(diǎn)是研究土壤的水分和濕度與澆水量的關(guān)系、灌溉自動(dòng)控制技術(shù)以及系統(tǒng)硬件和軟件編程的各個(gè)環(huán)節(jié)。采用AT89C52單片機(jī)為主要控制單元，YL-69型土壤水分傳感器和DS18B20傳感器作為測溫元件。ADC0832芯片用于AD的變換。本系統(tǒng)采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。利用ADC0832的芯片將土壤濕度的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并將其與DS18B20所探測到的土壤溫度數(shù)據(jù)通過單片機(jī)處理后顯示在LCD屏幕上，同時(shí)利用單片機(jī)內(nèi)部的中斷服務(wù)來判定是否需要澆灌。如果需要澆灌，就由單片機(jī)發(fā)送灌溉信號，由三極管放大驅(qū)動(dòng)，開啟水泵進(jìn)行灌溉，若不需灌溉。然后執(zhí)行下一個(gè)周期的檢測。1.4本章小結(jié)本章主要是對本次設(shè)計(jì)的目的及意義，進(jìn)行說明和解釋。如今，盆栽自動(dòng)化灌溉已經(jīng)在人們的日常生活中變得日益普及，它的功能也在不斷的增加，并知道了到國內(nèi)外自動(dòng)灌溉的當(dāng)前情況。而且，知道了為什么要完成此設(shè)計(jì)和怎么去完成，為后面的章節(jié)做了一定的鋪墊。第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1整體方案設(shè)計(jì)此研究的關(guān)鍵重點(diǎn)器件是AT89C52單片機(jī)，有電阻、晶振及電容等物件，構(gòu)成了單片機(jī)體系。別的模塊以最小系統(tǒng)為中心發(fā)展，主要涵蓋，濕度檢測電路由濕度傳感器和ADC0832組成，采集濕度電壓值將其轉(zhuǎn)化為濕度值；溫度檢測用DS18B20傳感器來實(shí)現(xiàn)；顯示屏采用LCD1602[5],可以顯示溫度、濕度等基本信息；水泵用三極管驅(qū)動(dòng)，報(bào)警電路用蜂鳴器和發(fā)光二極管進(jìn)行聲光報(bào)警，本研究具有四按鍵，能調(diào)整濕度及溫度強(qiáng)弱，調(diào)整水泵開關(guān)土壤溫濕度的閾值等；電力提供手段使用較多見的USB5V進(jìn)行供電。系統(tǒng)框圖如2.1所示：圖2.1系統(tǒng)框圖解讀系統(tǒng)框圖：整個(gè)系統(tǒng)包括主控模塊、檢測模塊、控制模塊和人機(jī)交互模塊。AT89C52是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它的功能是采集和分析信號，并對各個(gè)模塊的工作進(jìn)行協(xié)調(diào)。檢測模塊的功能是通過溫度和濕度傳感器測量模擬量和數(shù)字量，模擬量是土壤濕度檢測，開關(guān)量是按鈕檢測?？刂颇K的功能是通過AT89C52輸出的控制信號控制盆栽自動(dòng)澆水。人機(jī)交互模塊的硬件主要包括按鍵屏和LCD液晶顯示屏兩部分，用于支持設(shè)備操作人員系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，設(shè)定系統(tǒng)的參數(shù)。2.2選擇和討論方案2.2.1選擇單片機(jī)方案一：系統(tǒng)應(yīng)用DSP機(jī)器當(dāng)做系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制裝置。DSP為特殊的的數(shù)字處置裝置,是將許多類型的數(shù)字信號為設(shè)計(jì)基石能解決大量數(shù)字信息的重要裝置。DSP模型擁有對外部元件諧波值的限值欠敏銳,受內(nèi)部空氣、外界條件的影響很低,易自動(dòng)展開元件整合,可廣泛地被應(yīng)用于控制產(chǎn)生諧波頻率特別低的音頻信號等諸多關(guān)鍵優(yōu)勢。但DSP的硬件電路很冗雜，價(jià)格較高，耗電的有源器件組成數(shù)字系統(tǒng)，不如無源設(shè)備可信。

方案二：使用AT89C52單片機(jī)當(dāng)系統(tǒng)的控制裝置。單片機(jī)在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)上因?yàn)楣ぷ髁看蟛⑤^為可靠、性價(jià)比優(yōu)勢、電壓、功耗低等特別技術(shù)上的優(yōu)勢,在中國已得到了迅猛發(fā)展及大量的使用,單片機(jī)的邏輯算術(shù)理論及處理運(yùn)算的性能及強(qiáng),軟件操作編程不受限制,自由度活躍,可廣泛用于對各種復(fù)雜邏輯編程操作的快速處理和并行編程,本身還配備很多的自動(dòng)定時(shí)、計(jì)數(shù)裝置,能直接用來定時(shí)及自動(dòng)計(jì)數(shù),并且它能源消耗小,占用空間小,計(jì)數(shù)成熟并且實(shí)際應(yīng)用的軟件花費(fèi)較少等特殊的在理論上的優(yōu)勢。基于以上討論，擬定方案二，選擇AT89C52單片機(jī)當(dāng)本設(shè)計(jì)的控制器。2.2.2顯示方案的選擇方案一：使用點(diǎn)陣式數(shù)碼管展示，點(diǎn)陣式的發(fā)光數(shù)碼管重點(diǎn)的機(jī)理是經(jīng)8行八列彩色發(fā)光數(shù)碼二極管彼此相連構(gòu)成,對于這種可以同以時(shí)間展示許多大字體的廣告及信息通告對比，比較合適,若只使用在智能化的家居上顯示,就會(huì)出現(xiàn)太大的鋪張,使用價(jià)格不低,故能不使用這種字體連接將他當(dāng)成自動(dòng)灌溉的字體展示。方案二：使用LED數(shù)碼管，實(shí)施動(dòng)態(tài)掃描。在應(yīng)用動(dòng)態(tài)掃描和單片機(jī)相連的情況，單片機(jī)占用的接口線不多，而且LED數(shù)碼管在價(jià)格方面也比較合適，對于功能的要求也能實(shí)現(xiàn)。但是由于它需要靠74LS164移位寄存器來進(jìn)行移位在數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，并且在進(jìn)行電路調(diào)試的時(shí)候，74LS164常常會(huì)有問題，所以，摒棄它當(dāng)本設(shè)計(jì)的顯示器。方案三：使用LCD液晶顯示器，其展示大量數(shù)據(jù)、文字以及圖形的強(qiáng)大的功能，不需要借助其他的芯片，可直接與單片機(jī)相連接，與本次設(shè)計(jì)的要求相吻合。綜合考慮，選擇LCD1602作為本設(shè)計(jì)的顯示屏。不僅價(jià)格實(shí)惠，而且功能也可達(dá)到設(shè)計(jì)所需要的要求。2.2.3土壤濕度傳感器的選擇方案一：選擇型號為FDS-100的土壤濕度傳感器，F(xiàn)DS-100可以不依賴于其本身的作用機(jī)理，直接測量其相對濕度，是國際上使用最多的一種測量土壤濕度的方法。FDS-100是一種高精度、高靈敏度的測量設(shè)備，它具有很好的應(yīng)用前景。可以在土壤中長期測量，并具有良好的工作性能。但是FDS-100的成本更高，接近1000元，這不符合家用盆栽智能灌溉的設(shè)計(jì)理念。方案二：選擇YL-69土壤濕度傳感器，YL-69是一種簡單的用于測量土壤水分的傳感器件，YL-69是濕敏電阻構(gòu)成的。若改變土壤的濕度，將導(dǎo)致濕敏電阻的阻值的改變。濕敏電阻具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，便于小型、一體化。YL-69采用CMOS技術(shù)是，不僅保證了YL-69的低功耗，而且它的性能穩(wěn)定、可靠。YL-69不但價(jià)格低廉，而且在家用智能盆栽澆水用的非常廣泛。綜合考慮，選用YL-69測量土壤濕度。不僅價(jià)格實(shí)惠，而且功能也可達(dá)到設(shè)計(jì)所需要的要求。2.3本章小結(jié)本章主要是針對總體的方案進(jìn)行計(jì)劃，敲定整體計(jì)劃以后，對各部分進(jìn)行選擇方案。方案的比較明確了元器件選擇的方向，確定方案后，為后面的模塊設(shè)計(jì)做好了鋪墊，同時(shí)也反映出了確定方案的重要性。第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)AT89C52是一個(gè)位數(shù)為八位數(shù)的微型的控制儀器[7]。其自身的特點(diǎn)在于對應(yīng)著功耗較為不高，但是其自己的相對應(yīng)的性能卻很高的對應(yīng)性特征。這種儀器其實(shí)是一個(gè)系統(tǒng)里面可以被編程來編輯的的存儲(chǔ)器設(shè)備。這種設(shè)備在制造的時(shí)候，基于的技術(shù)一般是使用著密度不低的不容易失去特性的ROM存儲(chǔ)器對應(yīng)的技術(shù)來進(jìn)行制造，和工業(yè)上面的的產(chǎn)品里面的指令以及對應(yīng)的設(shè)備引腳完美的實(shí)現(xiàn)了兼容。如圖3.1所示：圖3.1AT89C52芯片實(shí)物圖在這個(gè)芯片上，主要使用著32位數(shù)大小的輸入輸出口的線材可以被使用著來進(jìn)行模塊部分的連接與關(guān)聯(lián)。其設(shè)備中獨(dú)立的擁有看門狗形式的定時(shí)器，在設(shè)備內(nèi)部設(shè)置了大小的方面的存儲(chǔ)信息，里面的復(fù)位電路可以起到著恢復(fù)到初始狀態(tài)時(shí)候的作用，所述的單片機(jī)設(shè)備里面存在著三個(gè)十六位數(shù)的定時(shí)、計(jì)數(shù)器，這些儀器在使用過程中的主要目的就是為了得到相關(guān)的波特率情況，包含著四個(gè)外部的中斷且擁有一個(gè)七向量的四級部分里面的中斷類型結(jié)構(gòu)，而且在整個(gè)串行口內(nèi)部中的特性是全雙工類型。AT89C52為系統(tǒng)提供了高靈活度的解決方案，是因?yàn)樗哂懈呔鹊?位CPU,同時(shí)，可編程的Flash能夠?yàn)樵S多嵌入式系統(tǒng)做出一些比較成功的解決方案[8]。單片機(jī)處理是按照一定的物理時(shí)鐘工作周期,取出整個(gè)計(jì)算機(jī)的工作指命和運(yùn)行數(shù)據(jù),作出與整個(gè)計(jì)算機(jī)工作相關(guān)的軟硬件綜合運(yùn)行處理操作。AT89C52引腳圖如圖3.2所示：圖3.2AT89C52引腳圖AT89C52引腳所對應(yīng)的功能如表3.1所示：表3.1AT89C52功能引腳表引腳編號名稱功能1—8P1I/O口線9RST復(fù)位信號10—17P3I/O口線18XTAL2振蕩電路輸出端19XTAL1振蕩電路輸入端20VSS接地端21—28P2I/O口線29PSEN讀選信號30ALE/PROG鎖存地址字節(jié)31EP存儲(chǔ)器選擇端32—39P0I/O口線40VCC電源正極AT89C52里面存在的最小的系統(tǒng)情況如圖3.3所表示：其中這個(gè)單片機(jī)內(nèi)部所對應(yīng)的最小的系統(tǒng)組成部分是：晶振、復(fù)位、電源這三個(gè)對應(yīng)的電路里面的部分，這三個(gè)主要的部分組成了這些電路。圖3.3單片機(jī)最小系統(tǒng)圖P0口作為本設(shè)計(jì)的液晶顯示屏的接口，根據(jù)其特性，P0口在單片機(jī)里面的使用原理主要是為了針對漏極開路的輸出結(jié)果。與此同時(shí)，在P0口上面對接了一個(gè)電阻為10K的排阻R1，主要的目的是為了讓P0口作為一個(gè)一般的I/O接口來使用。特別是對于單片機(jī)的31腳（EA）,在接到低電平信號時(shí)，在經(jīng)過復(fù)位操作以后的應(yīng)用程序就不可以自外面的儲(chǔ)存器ROM的需要對應(yīng)著的0000H位置開始執(zhí)行，一切試驗(yàn)存在的首要原因就在于所述的單片機(jī)應(yīng)用程序一般是存儲(chǔ)在單片機(jī)的里面內(nèi)部的區(qū)域，在執(zhí)行的時(shí)候就需要在起到高電平電位之后從復(fù)位操作后的內(nèi)部位置的0000H地方開始執(zhí)行。3.1.1晶振電路晶振作為單片機(jī)不可缺少的一部分，它的全稱為石英振蕩器(Crystal)。它的主要任務(wù)之一就是給內(nèi)部的時(shí)鐘賦予一個(gè)固有的頻率,當(dāng)把晶振輸入的頻率調(diào)高后,這個(gè)時(shí)候單片機(jī)系統(tǒng)的工作和運(yùn)行速度將加快。因?yàn)檫@種晶振具有固定的頻率,它本身就是一個(gè)指示器的標(biāo)準(zhǔn),就像是交通上的一個(gè)信號燈,如果不能夠看見,系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)不正?；蛘咄Ｖ沟倪\(yùn)動(dòng)。在通常的情況下,一般都只需要一個(gè)晶振就能夠使系統(tǒng)的各個(gè)組成部分之間保持相對的同步。在通訊、手表、電腦等需要較高穩(wěn)態(tài)信號頻率的場所都得到了普遍的應(yīng)用[9]。本次設(shè)計(jì)的晶振電路一端接地，一端由兩個(gè)大小為20pF的電容和一個(gè)12M的晶振構(gòu)成。電容的取值范圍是15-33PF，它能夠起到起振的作用，對于單片機(jī)來說，有很好的的效果。當(dāng)然，晶振數(shù)值取到的大小如果越大，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就會(huì)隨著這種程度的發(fā)展下越來越快。在這種情況之下，當(dāng)在進(jìn)行電路方面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的時(shí)候，如果要把好的效果呈現(xiàn)出來，設(shè)備里面的對應(yīng)的晶振位置部分所在的位置與設(shè)備和單片機(jī)之間的距離呈正比。電路如圖3.4所示：圖3.4晶振電路3.1.2復(fù)位電路復(fù)位電路是單片機(jī)的關(guān)鍵部分，它如同人們手機(jī)的重啟功能，當(dāng)手機(jī)出現(xiàn)卡住的現(xiàn)象或者是出現(xiàn)了不產(chǎn)生對應(yīng)的響應(yīng)的情況下的時(shí)候時(shí)，可以通過執(zhí)行關(guān)機(jī)的按鍵使得程序在手機(jī)系統(tǒng)中從開頭啟動(dòng)執(zhí)行程序。在最小系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中，出現(xiàn)干擾信號的情況的時(shí)候，復(fù)位電路將內(nèi)部的程序情況自動(dòng)自始執(zhí)行。本文在研究中所出現(xiàn)的設(shè)計(jì)情況主要是通過大小的極性電容以及大小的電阻放在一起組成成為復(fù)位的電路，由于電容自身的特性和在電壓不穩(wěn)定的時(shí)候，有可能發(fā)生放電發(fā)生突變，根據(jù)這個(gè)特殊的物理性質(zhì)，分析可以得出，系統(tǒng)一旦進(jìn)行了上下放電，在整個(gè)電路當(dāng)中，對應(yīng)出現(xiàn)的引腳就會(huì)在非常大的可能性情況下產(chǎn)生新的高電平信號，信號出現(xiàn)的狀態(tài)是持續(xù)狀態(tài)的，其對應(yīng)的狀態(tài)持續(xù)時(shí)間是根據(jù)著電路的的數(shù)值大小從而被決定。單片機(jī)在每次啟動(dòng)后，就可能會(huì)無法使其自動(dòng)復(fù)位。所以恰當(dāng)?shù)貙C的自動(dòng)取樣閾值信號，進(jìn)行自動(dòng)組合就已經(jīng)完全可以有效確保其能夠?qū)崿F(xiàn)可靠地自動(dòng)復(fù)位了。如圖3.5所示：圖3.5復(fù)位電路3.2顯示電路設(shè)計(jì)3.2.1LCD1602液晶簡介本設(shè)計(jì)顯示部分采用LCD1602作為顯示器件。液晶顯示器擁有著體積小、功耗低、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，正是因?yàn)樗?dú)特的優(yōu)點(diǎn)：顯示信息量大、功耗低、使用壽命不短，所以得以得到大量的應(yīng)用，在運(yùn)用于便攜式的系列電子產(chǎn)品中。本系統(tǒng)里面主要是采用了顯示屏，它能夠很方便的顯示本次設(shè)計(jì)所需要的數(shù)字、常用符號以及英文字母等，通過程序設(shè)定也可以顯示簡單的漢字。如圖3.7所示：圖3.7LCD1602實(shí)物圖在現(xiàn)代無線通訊通信系統(tǒng)里面，LCD1602液晶顯示器這個(gè)設(shè)備，從它的名字就可以得到其自身就能夠?qū)?yīng)上的顯示容量大小為2行。其中可以顯示得到的逐行中的液晶都含有十六個(gè)字符。其設(shè)計(jì)出來的正常工作的電壓維持著這一范圍。當(dāng)對電路進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)與規(guī)劃的時(shí)候，在電源電壓部分可以直接按照5伏特作為電壓標(biāo)準(zhǔn)，最多不能低于4.5伏特。在五伏特的工作電壓標(biāo)準(zhǔn)之下，其正常工作下對應(yīng)著的正常使用電流經(jīng)過測量以后，電流的大小是二毫安[11]。設(shè)備上面一共設(shè)置擁有十六個(gè)個(gè)設(shè)備引腳，每個(gè)引腳之間都保持著其擁有各自之間非常獨(dú)特的功能和使用效果。引腳的作用主要是用來作為整個(gè)液晶類型顯示器用來調(diào)節(jié)整個(gè)屏幕的對比度的設(shè)置端口，接通不同的電源就可以對應(yīng)著改變整個(gè)屏幕上面的對比度強(qiáng)度，整個(gè)對比度的調(diào)整過程主要需要依靠的設(shè)備是一個(gè)的電位器。引腳對應(yīng)的儀器設(shè)備方面主要是一根輸入輸出信號線，起作用在于可以對信號的高、低水平情況進(jìn)行讀寫。其中與這兩個(gè)引腳的決定性關(guān)系從而決定了當(dāng)前狀況下的狀態(tài)信息，當(dāng)?shù)闹禐?且的值是0的時(shí)候，這時(shí)候數(shù)據(jù)錄入的過程就得以開始。當(dāng)使能端E端的狀態(tài)由1狀態(tài)量轉(zhuǎn)為0狀態(tài)量以后，液晶模塊里面的的命令在這個(gè)時(shí)候就可以開始真正的運(yùn)行起來了。是一個(gè)八位數(shù)的兩個(gè)方向的設(shè)備數(shù)據(jù)線。LCD1602引腳功能表如3.2所示：表3.2LCD1602引腳功能表引腳編號名稱功能1VSS電源地2VDD電源正極3VL液晶顯示偏壓4RS數(shù)據(jù)/命令的選擇5RW讀/寫選擇6E使能信號7—14D0-D7雙向數(shù)據(jù)端15BIA背光源正極16BLK背光源負(fù)極LCD1602液晶顯示器中的控制器一共有11個(gè)控制命令，其中LCD1602的讀寫操作、屏幕操作、光標(biāo)操作均由指令編程完成的。常用的LCD1602指令有清顯示、顯示開關(guān)控制，光標(biāo)返回及光標(biāo)或字符移位等等的命令。LCD1602控制指令如表3.3所示，其中，1

代表高電平，0代表低電平：表3.3LCD1602控制指令序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址00BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置

，I/D:光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移

。S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：設(shè)置顯示器開/關(guān)、光標(biāo)顯示/關(guān)閉、光標(biāo)是否閃爍，如果D為0時(shí)則顯示器關(guān)，如果D為1時(shí)顯示器開，如果C為0時(shí)，光標(biāo)關(guān)閉，如果C為1時(shí)，光標(biāo)顯示;如果B為0時(shí)，光標(biāo)閃爍，如果B為1時(shí)，光標(biāo)不閃爍。指令5：使整個(gè)顯示屏移位或使光標(biāo)移位，如果S/C為0，R/L為0,

光標(biāo)左移1格，且AC值減1,如果S/C為0，R/L為

1,光標(biāo)右移1格，且AC值加1,如果S/C為1,R/L為0，顯示器上字符全部左移一格，

但光標(biāo)不動(dòng)，S/C為1，

R/L為

1，顯示器上字符全部右移一格，

但光標(biāo)不動(dòng)。指令6：設(shè)置數(shù)據(jù)總線位數(shù)和顯示的行數(shù)及字型，如果DL為0,數(shù)據(jù)總線為4位，如果DL為1，數(shù)據(jù)總線為8位；如果N為0，顯示1行，如果N為1，顯示2行；如果F為0，表示顯示的點(diǎn)陣字符是5x7形式的，如果F為1，則表示顯示的點(diǎn)陣字符是5x10形式的。指令7：如果要存入下一個(gè)數(shù)據(jù)，設(shè)置其RAM的地址。指令8：如果要存入下一個(gè)數(shù)據(jù)，設(shè)置其DDRAM的地址。指令9：是作為讀取光標(biāo)的地址和忙碌信號。讀取BF的內(nèi)容，BF為忙碌信號，如果BF為1，則液晶顯示器忙，暫時(shí)無法接收單片機(jī)送來的數(shù)據(jù)或指令;如果BF為0,液晶顯示器可以接收單片機(jī)送來的數(shù)據(jù)或指令。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。3.2.2液晶顯示電路設(shè)計(jì)液晶模塊中使用得到的電路所對應(yīng)可以看出來的連接圖如圖3.8所示：P0口作為LCD的數(shù)據(jù)口來進(jìn)行連接，與LCD上的7至14引腳相接，通過傳輸寫數(shù)據(jù)或是寫指令來顯示。圖3.8液晶顯示電路第一腳接在電路的GND,第二腳作為液晶工作的電源輸入腳接在電路的VCC。第三腳需要接上去一個(gè)10K的電位器設(shè)備并且作為接地端來進(jìn)行設(shè)置，此電位器要改變整個(gè)液晶里面的對比度之時(shí)，其改變的方法就是用調(diào)節(jié)有關(guān)的電阻的阻值情況。把液晶顯示器對應(yīng)著的寄存器里面擁有的控制腳對接上單片機(jī)上面的P27腳上，可以用來選擇數(shù)據(jù)還是命令。第5腳是液晶的讀寫控制腳，它主要可以用來決定液晶是要只讀數(shù)據(jù),還是只讀寫字節(jié)的數(shù)據(jù),接到液晶單片機(jī)的一個(gè)P26腳上。第6腳指的就是一個(gè)用于液晶器件使用者的運(yùn)動(dòng)功能檢測腳,可以用來檢測一個(gè)器件在液晶工作時(shí)運(yùn)動(dòng)是否被液晶控制,它可以連接起來到一個(gè)單片機(jī)上的P25腳上。第7腳到第14腳地址位置對應(yīng)著液晶顯示器上面的的數(shù)據(jù)、地址等對應(yīng)著的8位總線，這些總線就接在單片機(jī)的P0地址所對應(yīng)的上面的口。在連接線路上來傳輸寫數(shù)據(jù)或是寫指令。最后在第15、16腳位置上面對應(yīng)的是液晶上面的背光電源的引腳，這些引腳會(huì)直接與電源系統(tǒng)上面的VCC和GND的地址位置相互連接。3.3土壤濕度檢測電路設(shè)計(jì)土壤濕度檢測電路模塊主要使用了土壤濕度傳感器YL-69以及一個(gè)A/D信號轉(zhuǎn)換器的元件ADC0832。3.3.1土壤濕度傳感器土壤濕度傳感器把土壤當(dāng)成一個(gè)可變電阻，隨著土壤含水量的增加，土壤電阻減小。而該傳感器其實(shí)就是兩個(gè)電極，用來接土壤這個(gè)可變電阻。一般濕度的土壤電阻大概在幾百K左右，其串連的分壓電阻應(yīng)該在這個(gè)數(shù)量級。土壤濕度傳感器如圖3.9所示。圖3.9土壤濕度傳感器工作電壓：3.3V-5V。輸出電壓：0-3.7V。YL-69引腳功能表如3.4所示：表3.4YL-69引腳功能表引腳編號名稱功能1DOTTL數(shù)字信號輸出2AO模擬信號輸出3VCC電源正極4GND電源負(fù)極3.3.2ADC0832簡介數(shù)模轉(zhuǎn)換器一般分為兩種，一種為數(shù)字信號轉(zhuǎn)模擬信號，其控制器簡稱為DAC；另一種為模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號，其控制器簡稱為ADC。現(xiàn)在主要介紹一款很常用、入門級的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片—ADC0832。如圖3.10所示:圖3.10ADC0832芯片ADC0832的性能比較強(qiáng)、體積小、有著8位分辨率、雙通道的A/D轉(zhuǎn)換芯片，它不但受到許多人們的青睞，一些企業(yè)更是深受歡迎，而且它具有的兼容性強(qiáng)的特點(diǎn)，實(shí)際生活中有很高的普遍率。在進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路當(dāng)中，ADC0832可以對電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，它是具有256級分辨率的特點(diǎn)，以及32μS的轉(zhuǎn)換時(shí)間，使得芯片數(shù)據(jù)誤差大大的下降，同時(shí)它的性能得到了提升。ADC0832引腳功能表如3.2所示：引腳編號名稱功能1CS片選使能，低電平芯片使能。2CH0模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。3CH1模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。4GND電源地5DI數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。6DO數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。7CLK芯片時(shí)鐘輸入。8VCC電源輸入及參考電壓輸入(復(fù)用)。3.3.3土壤濕度檢測電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)研究中涉及到的土壤濕度檢測模塊的設(shè)備材料主要是采用了土壤濕度傳感器YL-69和具有數(shù)模轉(zhuǎn)換功能的芯片。這土壤濕度采集電路連接如圖3.11所示:圖3.11土壤濕度采集電路由于土壤濕度傳感器輸出模擬量電壓是0-3.7V，所以土壤濕度傳感器的模擬量輸出端口連接運(yùn)算放大器LM358的同相輸入端，經(jīng)LM358運(yùn)算放大后輸出電壓0-5V。LM353輸出端連接ADC0832的CH0。LM358運(yùn)算放大公式如下。u0=1+傳感器輸出0-3.7V的模擬量電壓，把0-3.7V帶入運(yùn)算放大公式3.1的右邊，得到u0的范圍是0-5V。LM358的輸出端連接ADC0832的CH0端口，把0-5V輸入ADC0832芯片。當(dāng)ADC0832進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，必須要執(zhí)行CS即使整個(gè)供電器的終端一直處于一個(gè)低電平信號，與此同時(shí)，儀器設(shè)備中一直以來持續(xù)不斷的保持著正常的工作狀態(tài)，一直工作到這臺(tái)機(jī)器轉(zhuǎn)換過程完結(jié)為止。芯片里面的雙時(shí)鐘脈沖對應(yīng)的輸入端在與此同時(shí)的階段通過連接至一臺(tái)射頻單片機(jī)的一個(gè)數(shù)據(jù)輸出口P14來進(jìn)行控制數(shù)據(jù)輸入的時(shí)鐘脈沖;CH0端口的作用是為了采集一個(gè)時(shí)鐘的時(shí)間短隨之發(fā)生改變的模擬信號;DO與DI這兩個(gè)端口在通訊時(shí)并不是通過并聯(lián)的形式進(jìn)行運(yùn)行操作的,雙端口之間一起通過并聯(lián)進(jìn)行連接至某一個(gè)機(jī)的數(shù)據(jù)輸出口P15。利用文字?jǐn)?shù)據(jù)信號來選取輸入的狀態(tài)以及在設(shè)備的功能選擇，并利用DO文字?jǐn)?shù)據(jù)信號輸出的功能來讀取數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)功能來準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)土壤濕度值是A/D數(shù)據(jù)模擬量參數(shù)轉(zhuǎn)換的主要目標(biāo)。3.4土壤溫度檢測電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中使用名稱為DS18B20的溫度傳感器來數(shù)字化顯示具體的數(shù)據(jù)，并在啟停開關(guān)之后對應(yīng)的啟停設(shè)備。3.4.1DS18B20簡介土壤溫度檢測采用DS18B20這一型號的溫度傳感器，有著抗磨抗碰、體積不大、使用不難以及封裝形式豐富多彩等優(yōu)勢。實(shí)物如圖3.12所示：圖3.12DS18B20實(shí)物圖這個(gè)傳感器具有可以體現(xiàn)出低的溫度能力對應(yīng)著系數(shù)大小的晶振，其振蕩頻率受溫度的影響可以忽略不計(jì)。晶振脈沖溫度信號再被固定的脈沖頻率下，可以自動(dòng)傳遞給一個(gè)高頻減法調(diào)速計(jì)數(shù)器，其脈沖振蕩時(shí)的頻率發(fā)生明顯的改變時(shí)，是因?yàn)楦哂诘蜏囟阮l率系數(shù)的晶振造成的，所產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器的脈沖輸入，其中也可能隱含了一個(gè)減法計(jì)數(shù)器的門，當(dāng)一個(gè)脈沖信號輸出中的計(jì)數(shù)門被自動(dòng)打開時(shí),就對不高于不低的溫度頻率系數(shù)對應(yīng)的脈沖振蕩器在一個(gè)脈沖上震蕩產(chǎn)生的一個(gè)高頻時(shí)鐘脈沖信號發(fā)出脈沖后再對它輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)操作。因此，脈沖的溫度在測量的時(shí)候可以自動(dòng)進(jìn)行。計(jì)數(shù)門開啟的時(shí)間長短是根據(jù)著溫度系數(shù)的振蕩器所確定的[13]。特點(diǎn)如下：1.1單總線接口的方式方法非常新穎，在與微處理器系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)的時(shí)候，僅僅在使用著單獨(dú)的一款口線并與設(shè)備的雙向通訊。1.2測試的溫度范圍，固有的溫度測試分辨率。1.3每個(gè)設(shè)備的內(nèi)部ROM上都燒寫了一個(gè)獨(dú)一無二的64位序列號。1.4工作狀態(tài)下的電源:3—5V/DC。1.5溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間200ms（典型值）。1.6不需要任何外圍元件就可以使用。1.7測量結(jié)果以位的數(shù)字量串行傳送。1.8有著直徑為Φ6的不銹鋼保護(hù)管。1.9能夠適應(yīng)各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫。DS18B20的引腳說明如表3.5所示表3.5DS18B20的引腳說明引腳編號名稱說明1GND接地2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出3VCC電源單總線控制器提供了5個(gè)ROM操作命令和6個(gè)RAM操作命令。DS18B20指令表如表3.6所示表3.6DS18B20的指令序號指令名稱指令代碼指令說明1讀取ROM33H讀DS1820溫度傳感器ROM中的編碼。2符合ROM55H匹配指令，發(fā)出64位ROM編碼，與總線上一個(gè)或多個(gè)DS18B20匹配，完全對應(yīng)則響應(yīng)。（單個(gè)或多個(gè)均可）。3跳過ROMCCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度變換指令，適用于單片機(jī)工作。（適用于單個(gè)DS18B20）。4搜索ROMF0H用于確定掛接在總線上DS18B20個(gè)數(shù)和

識(shí)別64位ROM地址（一般用于多個(gè)DS18B20）。5報(bào)警搜索命令ECH讀DS18B20的64位序列號（只能適用于總線上只有一個(gè)DS18B20）。6寫暫存器4EH在該寫暫存器指令后向DS18B20的暫存器TH.TL以及配置寄存器中寫入數(shù)據(jù)。7讀暫存器BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容。8復(fù)制暫存器48H將RAM中第3

、4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM中。9啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換指令44H溫度轉(zhuǎn)換完成后存放在第1個(gè)和第2個(gè)字節(jié)中，如果是寄生電源，總線必須在發(fā)出這條指令后的10us內(nèi)啟動(dòng)強(qiáng)上拉。10復(fù)制EEPROM指令B8H把TH.TL和配置寄存器的值拷貝回暫存器。這種拷貝操作在DS18B20上電時(shí)自動(dòng)執(zhí)行，上電后，暫存器里就存了有效數(shù)據(jù)。11讀供電方式指令B4H發(fā)給DS18B20后，再發(fā)出讀時(shí)間間隙，后返回電源模式：0為寄生電源、1為外部電源。3.4.2DS18B20接口電路設(shè)計(jì)VCC接電源,3V-5V;GND接地;DQ為數(shù)據(jù)的輸入輸出。DQ作為輸出時(shí)為漏極開路,DS18B20的工作電流約為1mA，VCC一般為5V，則電阻R=5V/1mA=5KΩ，所以正常選擇4.7KΩ的上拉電阻，用以提高2腳的電位。DS18B20傳感器進(jìn)行的功能操作是在發(fā)送命令的基礎(chǔ)上完成的,上電后傳感器處于空閑狀態(tài),需要控制器發(fā)送命令才能完成溫度轉(zhuǎn)換。如圖3.13所示：圖3.13溫度檢測電路當(dāng)檢測到土壤溫度時(shí)，信息從單總線接口送入DS18B20當(dāng)中，進(jìn)行處理后可檢測到溫度。所以只需要連接一條線接地，所需要的電源在完成讀寫或者完成溫度的檢測可以由數(shù)據(jù)本身來提供[14]。每個(gè)新的溫度傳感器都有唯一以的電源系列號，因此，不必重復(fù)需要外部的電源來供電，多個(gè)溫度傳感器也可以連接在相鄰的兩個(gè)單線和網(wǎng)絡(luò)之間。3.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)3.5.1水泵介紹1、水泵供電電壓是3-5V。2、水泵的紅線是正極，黑線是負(fù)極，正負(fù)極不可以接反，否則會(huì)倒吸。3、水泵是有刷電機(jī)，壽命沒有無刷的長，不適合長時(shí)間在空氣中運(yùn)行。水泵如圖3.14所示。圖3.14水泵3.5.2水泵電路設(shè)計(jì)因?yàn)閱纹瑱C(jī)的引腳輸出電流是非常小的，一般在10—20mA左右，而直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流在100mA以上。高電平輸出狀態(tài)下，電壓雖然沒有太大變化,但電流很小，這就使得單片機(jī)引腳是無法直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的。而如果只驅(qū)動(dòng)一個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)簡單的啟停功能,這時(shí)候沒有必要用電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，僅通過小小的三極管就能實(shí)現(xiàn)。所以利用三極管做一個(gè)開關(guān)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)單片機(jī)P3.6端口輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，水泵開始吸水灌溉。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖3.15所示。圖3.15電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路3.6報(bào)警電路設(shè)計(jì)3.6.1蜂鳴器簡介蜂鳴器是一種以直流電壓供電的集成電子報(bào)警器，它被廣泛用于電子設(shè)備，計(jì)算機(jī)，打印機(jī)，復(fù)印機(jī)，報(bào)警器，電子玩具，汽車電子設(shè)備，電話機(jī)，定時(shí)器。蜂鳴器如下圖3.16所示。圖3.16蜂鳴器圖片根據(jù)其驅(qū)動(dòng)模式，可以將其分為有源蜂鳴器（內(nèi)含驅(qū)動(dòng)線路）和無源蜂鳴器（外部驅(qū)動(dòng)）。這里的“源”指的是激勵(lì)源。蜂鳴器的發(fā)聲原理由振動(dòng)裝置和諧振裝置組成。無源蜂鳴器內(nèi)部沒有激勵(lì)源，只有給它一定頻率的方波信號，才能讓蜂鳴器的振動(dòng)裝置起振，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)聲，同時(shí)，輸入的方波頻率不同，發(fā)出的聲音也不同（所以無源蜂鳴器可以模擬曲調(diào)實(shí)現(xiàn)音樂效果）。有源蜂鳴器則不需要外部的激勵(lì)源，只需要接入直流電源，即可自動(dòng)發(fā)出聲音（聲音頻率相對固定），它的工作發(fā)聲原理是：直流電源輸入經(jīng)過振蕩系統(tǒng)的放大取樣電路在諧振裝置作用下產(chǎn)生聲音信號。本次設(shè)計(jì)選用有源蜂鳴器。3.6.2報(bào)警電路設(shè)計(jì)由于51單片機(jī)IO口的驅(qū)動(dòng)能力較弱(即使外接上拉電阻)，而蜂鳴器驅(qū)動(dòng)需要約30mA，所以非常困難，即使可以驅(qū)動(dòng)，那對于整個(gè)芯片的其IO剩下驅(qū)動(dòng)能力就更加弱甚至無法工作。因此，蜂鳴器不會(huì)直接由IO端口來驅(qū)動(dòng)，而是經(jīng)過三極管的放大后來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，這樣51單片機(jī)的IO口只需要提供不到1mA的電流就可控制蜂鳴器。也就是說到51單片機(jī)芯片是用來做控制的，而不是驅(qū)動(dòng)。三極管Q1在電路里起到了開關(guān)的作用，在下面的電路圖中，展示了單片機(jī)中的蜂鳴器工作方式，通過調(diào)整P16口的高低電平，來實(shí)現(xiàn)三極管的開關(guān)作用，之所以通過三極管的發(fā)射極引導(dǎo)電流進(jìn)入集電極，而不是用P16直接加到蜂鳴器和發(fā)光二極管上，是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的功率很小，雖然可以輸出很高的電壓，但是是無法驅(qū)動(dòng)這種功率器件的。當(dāng)P16口輸出高電平（5V）時(shí)，VCC即電源也是5V，此時(shí)三極管沒有導(dǎo)通，所以蜂鳴器無反應(yīng)，發(fā)光二極管滅，當(dāng)P16口輸出低電平時(shí)，發(fā)射極電壓遠(yuǎn)大于基極，電流從發(fā)射極流入集電極，蜂鳴器震動(dòng)，發(fā)光二極管閃爍。報(bào)警電路連接如圖3.17所示。圖3.17報(bào)警電路3.7按鍵電路設(shè)計(jì)按鍵為使用人員和單片機(jī)間開展信息打交道的關(guān)鍵部分?；谙到y(tǒng)監(jiān)測軟件設(shè)計(jì)思考,僅對按鍵掃描,讀取目前某一時(shí)刻的按鍵狀態(tài)是及其不足的,還有很多疑問需要解決，不然,在應(yīng)用鍵盤時(shí)會(huì)引起出現(xiàn)錯(cuò)誤操作和運(yùn)行失控的情況。按結(jié)構(gòu)劃分，鍵盤可分為獨(dú)立鍵盤如圖3.18和矩陣鍵盤如圖3.19所示。一般情況下，當(dāng)按鍵數(shù)量少的時(shí)候，使用獨(dú)立的鍵盤，按鍵多的時(shí)候就使用矩陣鍵盤。在由單片機(jī)控制的測控系統(tǒng)和智能儀表中，使用最多的是獨(dú)立鍵盤。該鍵盤的硬件和軟件都比較簡單，但是在按鍵數(shù)量多的情況下，會(huì)占用很多I/O端口。在沒有按鍵按下的情況下，CPU相應(yīng)的I/O接口輸入是高電平的，因?yàn)樵诶锩嬗幸粋€(gè)上拉電阻，所以在按下了某個(gè)鍵之后，相應(yīng)的IO接口就變成了低電平。通過程序?qū)/O的狀態(tài)進(jìn)行判定，就可以知道哪些鍵是閉合的。其次也就是要注意消除移動(dòng)按鍵時(shí)容易出現(xiàn)的“毛刺”。主要闡述應(yīng)用多見的延時(shí)掃描運(yùn)行手段,就是延時(shí)掃描運(yùn)動(dòng)掃描方式,延時(shí)掃描的按鍵工作急驟主要由于“毛刺”的電脈沖一般工作持續(xù)時(shí)長短,約幾毫秒,但低電按鍵的運(yùn)行維持時(shí)長一般都會(huì)遠(yuǎn)小于這個(gè)持續(xù)時(shí)間,所以當(dāng)從一臺(tái)單片式主機(jī)上上傳的測量數(shù)值得到某一低電按鍵的工作動(dòng)靜以后再開展延時(shí)重復(fù)一段時(shí)間后再進(jìn)一步掃描評判這時(shí)間低電平上按鍵能否已經(jīng)能夠繼續(xù)維護(hù)原來的工作狀態(tài),如果只是則被認(rèn)為有效的按鍵,不然不可以視做無效。圖3.18獨(dú)立按鍵圖3.19矩陣鍵盤由于本系統(tǒng)只需要用到3個(gè)按鍵，按鍵數(shù)量少，為了更方便地編程與更簡單有效的電路，本文采用獨(dú)立按鍵方案，即將三個(gè)按鈕連接三I/O口,按鈕的另一端接地。按鍵連接如圖3.20示：圖3.20按鍵電路如圖3.20所示，按鍵S1，S2，S3一端接地，另一端分別接單片機(jī)AT89C52的P1.0，P1.1,P1.2口。其中，S1為菜單及切換鍵，S2為數(shù)值加鍵，S3為數(shù)值減鍵。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)按下S1,則進(jìn)入設(shè)置溫濕度閾值狀態(tài)，此時(shí)如果繼續(xù)按S1,則光標(biāo)會(huì)在4個(gè)限值之間循環(huán)切換，當(dāng)光標(biāo)移動(dòng)到一個(gè)限值上時(shí)，按下S2則該限值加1，按下S3則該限值減1。S1鍵按下5次，預(yù)設(shè)值上下限值停止閃爍，即相當(dāng)于確定。說明通過按鍵完成了溫濕度要求范圍的設(shè)定。3.8本章小結(jié)本章節(jié)所介紹的主要是需要進(jìn)行設(shè)計(jì)的相關(guān)硬件和集成電路設(shè)計(jì),其中的內(nèi)容主要就是包括了簡單地詳細(xì)介紹了AT89C52單片機(jī)的主要基本功能,復(fù)位控制電路、晶振控制電路的主要組成作用。闡述了溫度傳感器DS18B20，濕度傳感器YL-69,LCD1602液晶顯示屏,直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)，按鍵電路的設(shè)計(jì)等主要的基本功能和集成電路結(jié)構(gòu)框圖,它們都是能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)工業(yè)設(shè)計(jì)過程需要時(shí)所必須經(jīng)常使用并得到的最為關(guān)鍵的組成部件。這些核心模塊在操作系統(tǒng)中一直起著至關(guān)重要的驅(qū)動(dòng)作用,各個(gè)核心元器件之間通過網(wǎng)絡(luò)鏈接相互進(jìn)行連結(jié),共同驅(qū)動(dòng)構(gòu)成一個(gè)完整的軟硬件綜合集成電路。第4章軟件設(shè)計(jì)4.1程序語言及開發(fā)環(huán)境C語言之所以作為此次設(shè)計(jì)的一種編程語言,是因?yàn)樗旧砭哂辛烁呒壵Z言的特征,而且同時(shí)還是一種具有匯編語言精髓的。在1972年,美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的一位研究者所進(jìn)行了設(shè)計(jì)。1978年,C語言分別在不同的微型計(jì)算機(jī)中所被使用和植入,它不僅可以直接完成一個(gè)編寫系統(tǒng)的高級語言,同時(shí)還可以直接編寫一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用程序,而且其應(yīng)用領(lǐng)域涉及面非常廣,不需要依賴計(jì)算機(jī)軟硬件。它同時(shí)還具有超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能,各類研發(fā)型的產(chǎn)品都需要它的幫助,在軟件開發(fā)上最為廣泛。C語言適于系統(tǒng)軟件的編制、三維、二維圖及動(dòng)畫,細(xì)節(jié)使用比如,單片機(jī)和嵌入式裝置的發(fā)明。Keil5作為C語言軟件開發(fā)的一款軟件，是由美國公司所開發(fā)的一款在功能上以及結(jié)構(gòu)上比較有明顯的優(yōu)勢軟件開發(fā)系統(tǒng)，因而易學(xué)易用。Keil5不僅為一個(gè)友好并有優(yōu)勢的C語言軟件開創(chuàng)體系[17]，并且Keil5提供清晰直觀的操作版面，使用起來比較簡單方便，并有編譯器、安裝包及調(diào)試跟蹤，新增包管K控裝置效能，如果你使用C語言編程，使得各開發(fā)過程中常用操作簡便，使得在開發(fā)進(jìn)程里，更注意實(shí)際使用的發(fā)展，并不是將時(shí)間消耗在細(xì)碎的接口方面，并盡可能的使用各平臺(tái)特有的部分特性進(jìn)行改善支持LWIP，Keil5的SWD下載速度為KEIL4的5倍，為用戶帶來全新的感受及體驗(yàn)。圖4.1示:圖4.1keil5軟件界面圖4.2主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)啟動(dòng)后，進(jìn)入主程序，先進(jìn)行I/O口初始化、液晶顯示屏初始化、定時(shí)器初始化，然后對土壤濕度和溫度進(jìn)行檢測，將檢測到的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行處理。在數(shù)據(jù)處理之前先判斷按鍵是否處于工作狀態(tài)，如果按鍵為工作狀態(tài)，則先要采集按鍵輸入的數(shù)值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，否則跳過。然后處理所有采集的數(shù)據(jù)，比較目前的溫濕度數(shù)值與設(shè)定的溫濕度閾值。若采集到的濕度值不在設(shè)定的閾值內(nèi)，則單片機(jī)發(fā)出信號驅(qū)動(dòng)水泵進(jìn)行灌溉，直至溫濕度達(dá)到設(shè)定值為止。主程序流程圖如圖4.2所示。圖4.2主程序流程圖4.3LCD1602液晶程序設(shè)計(jì)輸初始化體系，屏幕展示的全部流程顯示如4.3示。當(dāng)LCD1602的指令寄存器RS在常規(guī)情況下,為確保高電平,選擇指令寄存裝置;當(dāng)它讀寫到所選通道的路徑值時(shí)RW被設(shè)為0,執(zhí)行一次新的書寫指令操作;然后使用一個(gè)新的功能端口EN,從一個(gè)高電平執(zhí)行開始到終在低電平的執(zhí)行過程中會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)顯示下降輸入路徑的顯示消息,把這些顯示的自動(dòng)數(shù)值發(fā)送到它的P0口,LCD就完成一個(gè)自動(dòng)數(shù)據(jù)提示命令,判定它們自動(dòng)執(zhí)行結(jié)束與否,若它們已經(jīng)自動(dòng)執(zhí)行了則子命令就會(huì)結(jié)束,把這些顯示數(shù)據(jù)都自動(dòng)顯示了并輸出來,子命令程序就可能會(huì)自動(dòng)執(zhí)行退出。假如不完全確定,則會(huì)在返回時(shí)先給出一個(gè)選擇指令寄存器,然后再返回繼續(xù)在此基礎(chǔ)上執(zhí)行重復(fù)一次執(zhí)行前一步。圖4.3LCD顯示模塊子程序流程圖4.4濕度采集程序設(shè)計(jì)濕度傳感器采集到的濕度經(jīng)過ADC0832轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳遞給單片機(jī)，濕度讀取程序流程圖如圖4.4所示。圖4.4濕度讀取子程序流程圖濕度讀取子程序首先對ADC0832的CS端置0，片選使能，第一個(gè)時(shí)鐘脈沖上升沿DO端置高電平，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，第二個(gè)時(shí)鐘脈沖上升沿DO置1，表明選擇單端輸入，第三個(gè)時(shí)鐘脈沖上升沿DO置0，表明選擇通道0。在第三個(gè)時(shí)鐘下降沿，把數(shù)據(jù)線拉高，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。然后接收數(shù)據(jù)與校驗(yàn)數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)等于校驗(yàn)數(shù)據(jù)，就返回?cái)?shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)不等于校驗(yàn)數(shù)據(jù)則返回0。4.5溫度采集程序設(shè)計(jì)溫度采集子程序就是讀出RAM中的數(shù)據(jù)，在讀寫時(shí)要進(jìn)行CRC檢查，如果有錯(cuò)誤，則不能讀取溫度數(shù)據(jù)。CPU訪問DS18B20的過程為：首先對DS18B20進(jìn)行初始化，然后執(zhí)行ROM指令，然后對存儲(chǔ)器進(jìn)行處理，最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。DS18B20的每個(gè)步驟都要遵守嚴(yán)格的通信協(xié)議。其程序流程圖如圖4.5所示。圖4.5溫度讀取程序流程圖溫度讀取要先初始化DS18B20,然后發(fā)送跳過ROM指令[CCH],在發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令，溫度轉(zhuǎn)換需要時(shí)間，延時(shí)50ms，再發(fā)送一次跳過ROM指令，然后發(fā)送讀暫存器指令，讀暫存器指令用來讀取DS18B20暫存器，讀取字節(jié)從0字節(jié)開始直到第9字節(jié)（CRC校驗(yàn)位）讀完。接下來讀取溫度的高字節(jié)和低字節(jié)，溫度高字節(jié)左移8位，低字節(jié)與左移8位后的高字節(jié)相或，然后轉(zhuǎn)換溫度值，返回讀取的溫度值。4.6溫濕度控制程序設(shè)計(jì)土壤的溫濕度控制程序描述的是在采集到土壤溫濕度樣本以后，對采集到的樣本值與土壤溫濕度預(yù)定值進(jìn)行比較，如果溫濕度實(shí)際值不在設(shè)定值范圍內(nèi)，打開電機(jī)澆水并且蜂鳴器報(bào)警，如果采集到的值在設(shè)定值范圍內(nèi)，關(guān)閉蜂鳴器。溫濕度控制程序流程圖如圖4.7所示。圖4.6溫濕度控制程序流程圖4.7按鍵處理程序設(shè)計(jì)按鍵處理程序流程如圖4.5所示。圖4.7按鍵處理程序流程圖按鍵處理程序執(zhí)行的時(shí)候要先掃描按鍵，判斷是否有按鍵被按下，當(dāng)有按鍵被按下，延時(shí)幾毫秒后，確認(rèn)真的有按鍵按下，就要判斷被按下的是哪個(gè)按鍵，如果是按鍵S1被按下,系統(tǒng)將進(jìn)入設(shè)置模式,這時(shí)按鍵S2和S3被啟用，進(jìn)入那個(gè)參數(shù)的設(shè)置取決于按鍵S1被按下的次數(shù)，S1被按下一次，進(jìn)行濕度上限值設(shè)置，S1被按下兩次，進(jìn)行濕度下限值設(shè)置，S1被按下三次，進(jìn)行溫度上限值設(shè)置，S1被按下四次，進(jìn)行溫度下限值設(shè)置，當(dāng)按下第五次，返回正常顯示，此時(shí)按鍵S2和S3被禁用。按鍵S2和S3作用是調(diào)節(jié)參數(shù)值，每次按下S2，當(dāng)前設(shè)置的參數(shù)值就加1。每次按下S3，當(dāng)前設(shè)置的參數(shù)值就減1。4.8本章小結(jié)本章主要進(jìn)行了軟件部分的設(shè)計(jì)，并完成了一定的功能，詳細(xì)的分析了各模塊對電路的作用，分別介紹了主程序設(shè)計(jì)、LCD1602顯示程序設(shè)計(jì)、ADC0832讀取濕度程序設(shè)計(jì)、DS18B20溫度讀取程序設(shè)計(jì)、溫濕度控制子程序設(shè)計(jì)和按鍵處理程序設(shè)計(jì)。第5章系統(tǒng)仿真與調(diào)試5.1元器件的選擇與測量此系統(tǒng)設(shè)計(jì)的元器件主要包括：AT89C52單片機(jī)、電源座、時(shí)鐘芯片、電容、液晶、晶振、電阻、AD芯片、按鍵、直流電機(jī)、開關(guān)等相關(guān)器件構(gòu)成。這些器件首先需要根據(jù)這些器件的特性來進(jìn)行選型，通過查閱資料可知其各個(gè)引腳的功能。選型確定之后選擇在網(wǎng)上進(jìn)行購買。電路設(shè)計(jì)好，根據(jù)設(shè)計(jì)圖來進(jìn)行組裝，組裝過程采取焊接方式，組裝過程中，要關(guān)注元件的正負(fù)極的放置，以及芯片引腳的組裝順序等。測試電阻時(shí)選用萬用表的方式來檢測；電容和晶振等的相關(guān)信息，可以通過元件本身信息所了解；元件正負(fù)極的擺放按照長的是正極短的是負(fù)極的原則，如果存在特殊元件，查閱它的說明書來確定正負(fù)極。5.2系統(tǒng)仿真本次設(shè)計(jì)采用的是proteus8軟件，使用步驟如下：在proteus中就需要正確繪制顯示出一個(gè)類型能夠廣泛地適合用于儀器進(jìn)行線路仿真的通用電子線路模型示意圖,即所有需要使用的線路元件都必須能夠具備一個(gè)用于仿真的線路模型。

2.通過軟件編制一個(gè)平臺(tái)相應(yīng)的廠商單片控主機(jī)編譯程序,可以在proteus中直接進(jìn)行軟件編譯,或者可以在其他幾個(gè)相應(yīng)廠商單片機(jī)的程序開發(fā)軟件平臺(tái)中直接進(jìn)行軟件編譯(不同軟件廠商的相應(yīng)單片機(jī)程序開發(fā)軟件平臺(tái)編譯是不一樣的)。仿真結(jié)果如圖5.1所示：圖5.1自動(dòng)灌溉仿真結(jié)果在圖5.1中當(dāng)濕度范圍在25-70之間，溫度在20-60之間，電機(jī)不旋轉(zhuǎn)，蜂鳴器不發(fā)聲，發(fā)光二極管滅。圖5.2濕度低于下限仿真結(jié)果在圖5.2中，當(dāng)濕度低于25%，蜂鳴器報(bào)警，發(fā)光二極管閃爍，電機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)水泵開始灌溉盆栽，到濕度值超過70%電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。圖5.3溫度高于上限仿真在圖5.3中，當(dāng)溫度高于50，蜂鳴器發(fā)聲，發(fā)光二極管閃爍，電機(jī)旋轉(zhuǎn)開始灌溉，當(dāng)溫度降低到設(shè)定值范圍之內(nèi)時(shí)電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。5.3系統(tǒng)調(diào)試有效地對其進(jìn)行調(diào)試也是必不可少的,它不但有效地保證了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性和安全性,而且還有效地保證了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可靠。因?yàn)樵谡麄€(gè)系統(tǒng)的建造與設(shè)計(jì)中,任意某一個(gè)零件或者是操作中出現(xiàn)的誤差都會(huì)直接導(dǎo)致在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中發(fā)生的誤差,所以對于這些安裝需要做出如下的規(guī)定和法則。在每次開始網(wǎng)絡(luò)通電和各個(gè)模塊的電路調(diào)試時(shí),都必須要認(rèn)真進(jìn)行測試,并且一定要認(rèn)真地進(jìn)行測試,看看各個(gè)模塊的調(diào)試電路中連接部分的電路都是否能夠全面達(dá)到一種屬于正常電路接通和運(yùn)行的狀態(tài),對照自己現(xiàn)場調(diào)試的實(shí)物來進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)示意圖,對每一個(gè)模塊的電路設(shè)計(jì)調(diào)試模塊的可靠性數(shù)據(jù)進(jìn)行了比對。對設(shè)計(jì)好的電源部件進(jìn)行了測試,檢查其中的一個(gè)部分有無接通、反或者誤接。根據(jù)自己的電腦硬件焊接電路設(shè)計(jì)方案示意圖以及自己的焊接產(chǎn)品規(guī)格設(shè)計(jì)示意圖,對于焊接原件的包括電容、電阻等的硬件類型,極性,規(guī)格等等的選擇或者對于連接線的方法選擇是否正確都可叫來進(jìn)行檢查自己所需要焊接的硬件電路設(shè)計(jì)是否正確,安裝時(shí)它的位置也要看是否調(diào)整為一個(gè)合理的放置狀態(tài)。系統(tǒng)實(shí)物圖所示：圖5.4濕度在閾值范圍