基于单片机的自动灌溉控制器的毕业设计

基于单片机的自动灌溉控制器的毕业设计内容摘要：

当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。 在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高 [9]。 P1 端口（ ）：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1口缓冲器能接收输出 4 个 TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高电平，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 端口（ ）：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是2由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。 在给出地址 “1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 端口（ ）：P3 口管脚是一个带有内部上拉电阻的 8 位的双向 I/O 端口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。 当 P3 口写入“1 ”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入端时，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL ）。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如表 所示。 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 表 P3 端口引脚兼用功能表表端口引脚 第二功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） INT0（外中断 0） INT1（外中断 1） T0（定时/计数 0） T1（定时/计数 1） WR（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器读选通）AT89C51 引脚图如图 所示。 3图 AT89C51 引脚图 AT89C51 最小系统 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。 有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 AT89C51 最小系统接线如图 所示，在 XTALXTAL2 端接上晶振及两个谐振电容，在 RESET 端接上相应的电阻、电容，如需要按键复位，加上按键即可组成一个最小系统，按要求通电后，系统就可以工作了。 4图 AT89C51 最小系统图 湿度采集电路 湿度传感器的原理利用土壤含水量的介电特性来测量土壤含水量是一种行之有效、简便、快速的方法。 对一定几何结构的电容式水分传感器,其电容量与两极间被测物料的介电常数有正比关系 [10]。 由于水的介电常数比一般物料的介电常数要大得多,所以当土壤中的水分增加时,其介电常数相应增大,测量时水分传感器测出的电容值也随之上升,根据传感器的电容量与土壤水分的对应关系可测出土壤的水分。 交流信号源产生某一频率的交变信号,此信号通过一定的传输线到达探针,传感器探针可以看作电极,等效为一个电容和一个电导的并联。 假设电极的电容为 C,加在电极之间的交变电压将产生一个交变电量 ,从而引起一个交变电流 ,则交变电压 可以()ut ()qt ()cit ()ut写为 （）()ut1()citd探针导纳为 （）YGjwC5其中,G 为等效导纳的电导。 C 为等效导纳的电容,则。 22YGwC根据高频电子线路理论可知。 其中, 表示土壤的介电常数。 表示0Ck0真空中的介电常数,等于。 k 取决于探针的几何结构。 个电流 i 时,在电容两端产生一个幅值为 ,相角为 的电压 ,则探针导纳ujue可表示为。 jiYue土壤介电测量通用模型等效电路,如图 所示。 图 土壤介电测量模型的等效电路根据矢量电压表测得的电压和相角以及信号源电流值,可以计算出导纳,进而求得等效电容 C 和等效电导 G。 当探针结构一定时,被测物质的介电常数决定着探针的阻抗,而土壤的介电常数又主要取决于土壤含水量,这样最终通过探针阻抗的测量得出土壤含水量的数值。 SHT10 数字温湿度传感器由瑞士 Sensirion 推出的 SHTxx 系列数字温湿度传感器，基于领先世界的CMOSens 174。 数字传感技术，具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。 全量程标定，两线数字接口，可与单片机直接相连，大大缩短研发时间、简化外围电路并降低费用。 此外，体积微小、响应迅速、低能耗、可浸没、抗干扰能力强、温湿一体，兼有露点测量，性价比高，使该产品能够适于多种场合的应用。 （1）产品特点：①SHT10 系列为贴片型温湿度传感器芯片②全量程标定，两线数字输出；③湿度测量范围：0～100%RH；④温度测量范围：40～+℃；6⑤湿度测量精度：177。 %RH ⑥温度测量精度：177。 ℃⑦响应时间：8s(tau63%)；⑧低功耗 80μW(12 位测量，1 次/s)；⑨可完全浸没。 （2）应用领域：数据采集器、变送器、自动化过程控制、汽车行业、楼宇控制amp。 暖通空调、电力、计量测试、医药业。 湿度传感器与单片机的连接湿度采集模块组成和单片机的连接示意图如图 所示。 高频信号加到传感器探头上,通过整流滤波电路获取电压信号,经过模数转换器 AD574 送入单片机AT89C51湿度传感器 A / D 转化A T 8 9 C 5 1图 湿度采集模块组成和单片机的连接图计算得到含水量值,该值与通过键盘设定的门限值比较,以决定是否实现自动灌溉 [11]。 通过串行通信模块与上位机通信,可以实现对含水量的人工监控,同时可以通过上位机下达指令,实行定点灌溉。 矩阵键盘电路设计矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，图 中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的 I/O 口作为输出端，而列线所接的 I/O 口则作为输入。 这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。 行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。 具体的识别及编程方法如下所述。 确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法”。 行扫描法行扫描法又称为逐行(或列)扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如 图所示键盘，介绍过程如下。 判断键盘中有无键按下将全部行线 H0H3 置低电平，然后检测列线的状态。 只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与 47根行线相交叉的 4 个按键之中。 若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下 [12]。 判断闭合键所在的位置在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。 其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。 在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。 若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。 图 为本设计的键盘电路图， 为行线， 为列线。 总共构成 16 个键。 其中包含数字键 09共十个，模式选择键手动和自动共两个，功能键启动、停止和数字清零键共三个。 剩下的一个键是空闲键，留作扩展功能用。 图 键盘电路图 LCD 液晶显示电路 12864 液晶显示器带中文字库的 12864 是一种具有 4 位/8 位并行、2 线或 3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点 ASCII 字符集。 利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。 8图 12864 液晶显示屏可以显示 84 行 1616 点阵的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗。 模块有如下基本特性:（1）低电源电压（VDD: + ~ +）（2）显示分辨率:12864 点（3）内置汉字字库，提供 8192 个 1616 点阵汉字(简繁体可选)（4）内置 128 个 168 点阵字符（5）2MHZ 时钟频率（6）显示方式：STN、半透、正显（7）驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS（8）视角方向：6 点（9）背光方式：侧部高亮白色 LED，功耗仅为普通 LED 的 1/5—1/10（10）通讯方式：串行、并口可选 模块接口说明（此处用的是并行接口）液晶显示屏 LCD12864 有 20 个引脚，引脚可分类为：①电源引脚（包括 VSS、VCC）②亮度调节引脚 V0③数据和指令选择引脚 RS④使能信号 E⑥数据传输引脚 DB0~ DB7⑦并口串口选择引脚 PSB9表 管脚号 管脚名称 电平 管脚功能描述1 VSS 0V 电源地2 VCC +5V 电源正3 V0 — 对比度（亮度）调整RS=“H”,表示 DB7——DB0 为显示数据4RS(CS） H/LRS=“L”,表示 DB7——DB0 为显示指令数据R/W=“H”,E=“H”,数据被读到 DB7——DB05 R/W(SID) H/L R/W=“L”,E=“H→L”, DB7——DB0 的数据被写到 IR 或 DR[13]6 E(SCLK) H/L 使能信号7 DB0 H/L 三态数据线8 DB1 H/L 三态数据线9 DB2 H/L 三态数据线10 DB3 H/L 三态数据线11 DB4 H/L 三态数据线12 DB5 H/L 三态数据线13 DB6 H/L 三态数据线14 DB7 H/L 三态数据线15 PSB H/L H：8 位或 4 位并口方式，L：串口方式（见注释 1）16 /RESET H/L 复位端，低电平有效17 VOUT — LCD 驱动电压输出端18 A VDD 背光源正端（+5V）19 K VSS 背光源负端 模块主要硬件构成说明控制器接口信号说明：（1） RS，R/W 的配合选择决定控制界面的 4 种模式：10表 RS R/W 功能说明L L MPU 写指令到指令暂存器（IR）L H 读出忙标志（BF）及地址记数器（ AC）的状态H L MPU 写入数据到数据暂存器（DR）H H MPU 从数据暂存器（DR ）中读出数据（2） E 信号表 E 状态 执行动作 结果高—低 I/O 缓冲 —DR 配合/W 进行写数据或指令高 DR—I/O 缓冲 配合 R 进行读数据或指令低/低—高 无 无（3）忙标志 BF：BF 标志提供内部工作情况。 BF=1 表示模块在进行内部操作,此时模块不接受外部指令和数据。 BF=0 时,模块为准备状态,随时可接受外部指令和数据。 利用 STATUS RD 指令,可以将 BF 读到 DB7 总线,从而检验模块之工作状态。 （4）字型产生 ROM（CGROM ）：字型产生 ROM（CGROM）提供 8192 个此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。 DFF=1 为开显示（DISPLAY ON),DDRAM 的内容就显示在屏幕上，DFF=0 为关显示（DISPLAY OFF)。 DFF 的状态是指令 DISPLAY ON/OFF 和 RST 信号控制的。 （5）显示数据 RAM（DDRAM）：模块内部显示数据 RAM 提供 642 个位元组的空间，最多可控制 4 行 16 字（64 个字）的中文字型显示，当写入显示数据 RAM时，可分别显示 CGROM 与 CGRAM 的字型；此模块可显示三种字型，分别是半角英数字型(16*8) 、CGRAM 字型及 CGROM 的中文字型，三种字型的选择，由在DDRAM 中写入的编码选择，在 0000H—0006H 的编码中（其代码分别是0000、0000000006 共 4 个）将选择 CGRAM 的自定义字型，02H —7FH 的编码中将选择半角英数字的字型，至于 A1 以上的编码将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码形成中文字型的编码 BIG5（A140 —D75F） ，GB（A1A0F7FFH）。 （6）字型产生 RAM(CGRAM)：字型产生 RAM 提供图象定义(造字)功能, 可以11提供四组 1616 点的自定义图象空间，使用者可以将内部字型没有提供的图象字型自行定义到 CGRAM 中，便可和 CGROM 中的定义一样地通过 DDRAM 显示在屏幕中。 （7）地址计数器 AC：地址计数器是用来贮存 DDRAM/CGRAM 之一的地址,它可由设定指令暂存器来改变，之后只要读取或是写入 DDRAM/CGRAM 的值时，地址计数器的值就会自动加一，当 RS 为“0” 时而 R/W 为“1”时，地址计数器的值会被读取到 DB6DB0 中。 步进电机驱动电路 步进电机简介和原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。 在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。 这一线性关系的存在，加上。