基于单片机的模拟智能灌溉控制系统毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的模拟智能灌溉控制系统毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

总电路图如图 31 所示。 核心控制模块由 STC89C52RC 芯片、 排阻、 复位 和晶振电路 组成； 按键 输入模块由 4 个独立按键组成；水泵驱动模块由 二极管和绿色 指示灯 组成 ，显示模块由 LCD1602 显示屏 完成 ，温湿度数据采集和转换由 DHT11 芯片完成。 图 31 系统总电路图 STC89C51 单片机的硬件结构 STC89C52RC 是 STC 公司出产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具备 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 STC89C52 使用经典的 MCS51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机 不具备的功能。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的 解决方案。 具有以下标 准功能： 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM， MAX810复位电路， 3 个 16 位定时器 /计数器， 4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构），全双工串行口。 另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止6 工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止 ， 最高 运作频率 35MHz， 6T/12T 可选 [10]。 单片机的结构及信号引脚 1） STC89C52RC 单片机的特性 （如表 所示） 表 STC89C52RC 单片机的特性 2） 芯片引脚介绍： 图 32 为 STC89C52 单片机的引脚封装图。 图 32 STC89C52 引脚封装图 7 表 为单片机的引脚功能说明。 表 STC8C52 引脚功能说明 电源供电模块 为整个系统 的各个模块 供电 是 对于一个完整的 电路 来讲 的 首要问题 ， 为了克服 STC89C51 单片机在实际 的 操作过程中 因 容易受到外来 因素 的干扰而出现程序跑飞或陷入死循环等 现象，这就需要为 STC89C52RC 单片机系统配置一个稳定可靠的电源模块。 本设计采用的是两个电源接口，连接外部电源，图 33 是电源模块原理图。 图 33 电源模块原理图 8 单片机控制模块 单片机的最小系统 单片机是 一个完整电路 系统的核心 控制部分 ，控制着整个系统 是否能成功 运行 并达到设定的目标。 单片机 的 最小系统由晶振电路 和 复位电路组成，如图 34是复位和晶振部分的原理图。 图 34 复位和晶振部分原理图 （ 1）复位电路 在系统开 始运行的时候，都需要对系统进行一个初始化，而 在 单片机的 最小系统中，复位电路就是 为了把电路 系统 初始化 而存在的 ， 复位电路 的 原理 就 是在将单片机的电阻和电容接在 单片机的复位引脚 RST 上 ，实现 一个 上电复位 ， 只有 当复位电平持续两个机器周期以上时复位 才 有效。 具体 的 数值可以由 RC 电路计算出 来。 （ 2） 晶振电路（ 时钟电路 ） 只要是一个完整的单片机系统，就一定会有 晶振 ，晶振 是 通过 一种能把机械能和电能 进行 相互转化的晶体在共振的状态下 进行 工作， 从而 提供稳定 而 精确的单频振荡。 晶振 在 整个 单片机系统里 的 作用 是 不可或缺 的 ，它 与 单片机 的内部 电路 相结合， 产生 一个 单片机所需 要 的时钟频率，晶振提供的时钟频率越高， 单片机 的 运行速度就 会 越快，单片 对整个系统所 执行的一切指令 都是建立在 晶振提供的 这个 时钟频率之上 的。 单片机控制的电路设计 在整个系统中，单片机外接电源供电模块、温湿度采集模块、按键输入模块、显示模块和水泵驱动 模块 （此系统用一个绿色的指示灯来代替）。 当电源为整个系统供电后，温湿度采集模块和按键输入模块对单片机提供数字信号，单片机再依据编写的程序指令来控制显示屏的显示结果以及水泵是否启动继电器进行灌9 溉 （绿色指示灯是否亮）。 图 35 是 单片机控制模块（ MCU）原理图。 图 35 MCU原理图 湿度采集模块 温湿度传感器 DHT11 的 原理 1） DHT11 的概述 DHT11 传感器是一款 温湿度复合传感器 ，它和单片机之间工作时不需要进行 A/D 模数转换，直接输送给单片机的信号就是 已校准 的 数字信号 ， 由于它的这一性能，所以 专用 于 温湿度传感技术和数字模块采集技术 方面 ， 以 确保产品有极高的 稳定性与 可靠性。 传感器 的 内部结构 由 一个电阻式感湿原件和一个 NTC测温元件 组成 ， 同时还 与一个高性能 的 8 位单片机相连接。 因此，该 产品 具有体积小、接口简单、品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等特点 ，性价比极高。 也正是由于 DHT11 传感器的这些优势 ，使 它 在自动控制和家电品领域中拥有较高的应用价值。 图 36 为温湿度采集模块系统原理图。 图 36 温湿度模块系统原理图 10 2） DHT11 的引脚及硬件 电路 设计 DHT11 传感器 采用 的是 4 针单排引脚封装。 引脚说明如表 所 示 表 DHT11 引脚说明 DHT11 温湿度传感器有 4 个引脚，其中第一和第四个引脚分别接电源正极和接地，第三个引脚置空，第二个引脚和 STC89C52 单片 机的 引脚连接，当接通电源后， 主机（微处理器） 发送一次开始信号， DHT11 从低功耗模式转换到高速模式，等待 主机的 开始信号结束后， DHT11 发送响应信号，送出 40 位的测量数据，并触发一次信号采集，用户可选择读取部分数据。 当 DHT11 接收到开始信号 后 触发一次温湿度采集，如果没有接收到 mcu 发送 的 开始信号，DHT11 不会主动 对 温湿度 进行采集。 采集数据后转换到低速模式。 3） DHT11 特性 （如表 所示） 表 DHT11 特性 液晶显示模块 LCD1602 液晶 模块简介 本 系统 的 显示器 采用 的是 LCD1602 液晶显示器 ， 它 专门 用于 数字、字母、符号等的 显示。 同时 它 也 是一个 2 行 16 个字符的字符型液晶显示 器。 它 是 由32 个字符点阵块组成 的 ， 而每个 字符点阵块 又 由 57 或 511 个点阵组成， 每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔， 起到了字符间距和 行间距 的 作用， 可以显示 ASCII 码表中的所有可视的字符。 图 37 为液晶显 示模块系统原理图。 11 液晶显示模块和单片机的 p0 端口连接，单片机会把传感器传送给它的数字信号进行处理后把实际温湿度值和设定的温湿度下限值显示在显示屏上。 图 37 液晶显示 模块系统原理图 LCD1602 的引脚及电路设计 LCD1602 采用标准的 16 脚接口，其中各引脚的功能如下（表 ）： 表 LCD1602 各引脚的功能 LCD1602 的第 1 和第 2 号引 脚分别 接 GND 和 VCC，第 3 引 脚 VEE 没有接，这个脚是控制屏幕对比度的。 可以将电位器的两端分别接 VCC 和 GND，中间端接 LCD1602 的第 3 脚。 第 4 号 脚 与 单片机的 端口 连接 ，第 5 号引脚接地，第 6 号引脚 与 单片机的 端口连接 ，第 7—14 号引脚 与 单片机的 —端口连接 ， 第 15 和 16 号引脚分别接 VCC 和 GND。 当 单片机与 LCD1602 显示屏 电路连接好后，只要把控制液晶显示模块的 程序下载到单片机中，单片机 就能控制显示屏的显示结果。 本设计显示屏能够分别显示温湿度的实际值和设定值。 12 按键输入模块 本设计的按键输入模块是由 4 个规格为 6*6*5 的四脚按键构成的， S1 接单片机 的 ，具有增加设定温度值的功能； S2 接单片机的 ，具有降低设定温度值的功能； S3 接单片机的 ，具有提高设定湿度值的功能； S4 接单片机的 ，具有降低设定湿度值的功能（每次按键后增减的幅度值为 1）。 用户可以根据植物生长适宜的湿度环境来设定相应的温湿度值。 图 38 是按键输入模块的系统原理图。 图 38 按键输入 模块系统原理图 水泵增湿模块 水泵增湿模块与单片机的 连接，当传感器检测的湿度值低于设定值 10%时，单片机给 IN4148 开关二极管一个正向电压，这是二极管的电阻很 小，电路。