基于單片機的自動灌溉控制器的畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高 [9]。P1 端口（ ）：P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1口緩沖器能接收輸出 4 個 TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高電平，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。 P2 端口（ ）：P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是2由于內部上拉的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數據存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 端口（ ）：P3 口管腳是一個帶有內部上拉電阻的 8 位的雙向 I/O 端口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 P3 口寫入“1 ”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入端時，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL ） 。P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如表 所示。P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。表 P3 端口引腳兼用功能表表端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時/計數 0） T1（定時/計數 1） WR（外部數據存儲器寫選通） RD（外部數據存儲器讀選通）AT89C51 引腳圖如圖 所示。3圖 AT89C51 引腳圖 AT89C51 最小系統 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。AT89C51 最小系統接線如圖 所示，在 XTALXTAL2 端接上晶振及兩個諧振電容，在 RESET 端接上相應的電阻、電容，如需要按鍵復位，加上按鍵即可組成一個最小系統，按要求通電后，系統就可以工作了。 4圖 AT89C51 最小系統圖 濕度采集電路 濕度傳感器的原理利用土壤含水量的介電特性來測量土壤含水量是一種行之有效、簡便、快速的方法。對一定幾何結構的電容式水分傳感器,其電容量與兩極間被測物料的介電常數有正比關系 [10]。由于水的介電常數比一般物料的介電常數要大得多,所以當土壤中的水分增加時,其介電常數相應增大,測量時水分傳感器測出的電容值也隨之上升,根據傳感器的電容量與土壤水分的對應關系可測出土壤的水分。交流信號源產生某一頻率的交變信號,此信號通過一定的傳輸線到達探針,傳感器探針可以看作電極,等效為一個電容和一個電導的并聯。假設電極的電容為 C,加在電極之間的交變電壓將產生一個交變電量 ,從而引起一個交變電流 ,則交變電壓 可以()ut ()qt ()cit ()ut寫為 （）()ut?1()citd?探針導納為 （）YGjwC?5其中,G 為等效導納的電導。C 為等效導納的電容,則 。??22YGwC??根據高頻電子線路理論可知 。其中, 表示土壤的介電常數 。 表示0Ck???0?真空中的介電常數,等于 。 k 取決于探針的幾何結構。??個電流 i 時,在電容兩端產生一個幅值為 ,相角為 的電壓 ,則探針導納u?jue?可表示為 。jiYue??土壤介電測量通用模型等效電路,如圖 所示。圖 土壤介電測量模型的等效電路根據矢量電壓表測得的電壓和相角以及信號源電流值,可以計算出導納,進而求得等效電容 C 和等效電導 G。當探針結構一定時,被測物質的介電常數決定著探針的阻抗,而土壤的介電常數又主要取決于土壤含水量,這樣最終通過探針阻抗的測量得出土壤含水量的數值。 SHT10 數字溫濕度傳感器由瑞士 Sensirion 推出的 SHTxx 系列數字溫濕度傳感器，基于領先世界的CMOSens 174。 數字傳感技術，具有極高的可靠性和卓越的長期穩定性。全量程標定，兩線數字接口，可與單片機直接相連，大大縮短研發時間、簡化外圍電路并降低費用。此外，體積微小、響應迅速、低能耗、可浸沒、抗干擾能力強、溫濕一體，兼有露點測量，性價比高，使該產品能夠適于多種場合的應用。（1）產品特點：①SHT10 系列為貼片型溫濕度傳感器芯片②全量程標定，兩線數字輸出；③濕度測量范圍：0～100%RH；④溫度測量范圍：40～+℃；6⑤濕度測量精度：177。%RH ⑥溫度測量精度：177?！姊唔憫獣r間：8s(tau63%)；⑧低功耗 80μW(12 位測量，1 次/s)；⑨可完全浸沒。（2）應用領域：數據采集器、變送器、自動化過程控制、汽車行業、樓宇控制amp。 暖通空調、電力、計量測試、醫藥業。 濕度傳感器與單片機的連接濕度采集模塊組成和單片機的連接示意圖如圖 所示。高頻信號加到傳感器探頭上,通過整流濾波電路獲取電壓信號,經過模數轉換器 AD574 送入單片機AT89C51濕度傳感器 A / D 轉化A T 8 9 C 5 1圖 濕度采集模塊組成和單片機的連接圖計算得到含水量值,該值與通過鍵盤設定的門限值比較,以決定是否實現自動灌溉 [11]。通過串行通信模塊與上位機通信,可以實現對含水量的人工監控,同時可以通過上位機下達指令,實行定點灌溉。 矩陣鍵盤電路設計矩陣式結構的鍵盤顯然比直接法要復雜一些，識別也要復雜一些，圖 中，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機的 I/O 口作為輸出端，而列線所接的 I/O 口則作為輸入。這樣，當按鍵沒有按下時，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態就可得知是否有鍵按下了。具體的識別及編程方法如下所述。確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下介紹一種“行掃描法” 。行掃描法行掃描法又稱為逐行(或列)掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，如 圖所示鍵盤，介紹過程如下。判斷鍵盤中有無鍵按下將全部行線 H0H3 置低電平，然后檢測列線的狀態。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與 47根行線相交叉的 4 個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下 [12]。判斷閉合鍵所在的位置在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。圖 為本設計的鍵盤電路圖， 為行線， 為列線。總共構成 16 個鍵。其中包含數字鍵 09共十個，模式選擇鍵手動和自動共兩個，功能鍵啟動、停止和數字清零鍵共三個。剩下的一個鍵是空閑鍵，留作擴展功能用。圖 鍵盤電路圖 LCD 液晶顯示電路 12864 液晶顯示器帶中文字庫的 12864 是一種具有 4 位/8 位并行、2 線或 3 線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。8圖 12864 液晶顯示屏可以顯示 84 行 1616 點陣的漢字，也可完成圖形顯示，低電壓低功耗。模塊有如下基本特性:（1）低電源電壓（VDD: + ~ +）（2）顯示分辨率:12864 點（3）內置漢字字庫，提供 8192 個 1616 點陣漢字(簡繁體可選)（4）內置 128 個 168 點陣字符（5）2MHZ 時鐘頻率（6）顯示方式：STN、半透、正顯（7）驅動方式：1/32DUTY，1/5BIAS（8）視角方向：6 點（9）背光方式：側部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/5—1/10（10）通訊方式：串行、并口可選 模塊接口說明（此處用的是并行接口）液晶顯示屏 LCD12864 有 20 個引腳，引腳可分類為：①電源引腳（包括 VSS、VCC）②亮度調節引腳 V0③數據和指令選擇引腳 RS④使能信號 E⑥數據傳輸引腳 DB0~ DB7⑦并口串口選擇引腳 PSB9表 管腳號 管腳名稱 電平 管腳功能描述1 VSS 0V 電源地2 VCC +5V 電源正3 V0 — 對比度（亮度）調整RS=“H”,表示 DB7——DB0 為顯示數據4RS(CS） H/LRS=“L”,表示 DB7——DB0 為顯示指令數據R/W=“H”,E=“H”,數據被讀到 DB7——DB05 R/W(SID) H/L R/W=“L”,E=“H→L”, DB7——DB0 的數據被寫到 IR 或 DR[13]6 E(SCLK) H/L 使能信號7 DB0 H/L 三態數據線8 DB1 H/L 三態數據線9 DB2 H/L 三態數據線10 DB3 H/L 三態數據線11 DB4 H/L 三態數據線12 DB5 H/L 三態數據線13 DB6 H/L 三態數據線14 DB7 H/L 三態數據線15 PSB H/L H：8 位或 4 位并口方式，L：串口方式（見注釋 1）16 /RESET H/L 復位端，低電平有效17 VOUT — LCD 驅動電壓輸出端18 A VDD 背光源正端（+5V）19 K VSS 背光源負端 模塊主要硬件構成說明控制器接口信號說明：（1） RS，R/W 的配合選擇決定控制界面的 4 種模式：10表 RS R/W 功能說明L L MPU 寫指令到指令暫存器（IR）L H 讀出忙標志（BF）及地址記數器（ AC）的狀態H L MPU 寫入數據到數據暫存器（DR）H H MPU 從數據暫存器（DR ）中讀出數據（2） E 信號表 E 狀態 執行動作 結果高—低 I/O 緩沖 —DR 配合/W 進行寫數據或指令高 DR—I/O 緩沖 配合 R 進行讀數據或指令低/低—高 無 無（3）忙標志 BF：BF 標志提供內部工作情況。BF=1 表示模塊在進行內部操作,此時模塊不接受外部指令和數據。BF=0 時,模塊為準備狀態,隨時可接受外部指令和數據。利用 STATUS RD 指令,可以將 BF 讀到 DB7 總線,從而檢驗模塊之工作狀態。（4）字型產生 ROM（CGROM ）：字型產生 ROM（CGROM）提供 8192 個此觸發器是用于模塊屏幕顯示開和關的控制。DFF=1 為開顯示（DISPLAY ON),DDRAM 的內容就顯示在屏幕上，DFF=0 為關顯示（DISPLAY OFF)。 DFF 的狀態是指令 DISPLAY ON/OFF 和 RST 信號控制的。（5）顯示數據 RAM（DDRAM）：模塊內部顯示數據 RAM 提供 642 個位元組的空間，最多可控制 4 行 16 字（64 個字）的中文字型顯示，當寫入顯示數據 RAM時，可分別顯示 CGROM 與 CGRAM 的字型；此模塊可顯示三種字型，分別是半角英數字型(16*8) 、CGRAM 字型及 CGROM 的中文字型，三種字型的選擇，由在DDRAM 中寫入的編碼選擇，在 0000H—0006H 的編碼中（其代碼分別是0000、0000000006 共 4 個）將選擇 CGRAM 的自定義字型，02H —7FH 的編碼中將選擇半角英數字的字型，至于 A1 以上的編碼將自動的結合下一個位元組，組成兩個位元組的編碼形成中文字型的編碼 BIG5（A140 —D75F） ，GB（A1A0F7FFH） 。（6）字型產生 RAM(CGRAM)：字型產生 RAM 提供圖象定義(造字)功能, 可以11提供四組 1616 點的自定義圖象空間，使用者可以將內部字型沒有提供的圖象字型自行定義到 CGRAM 中，便可和 CGROM 中的定義一樣地通過 DDRAM 顯示在屏幕中。（7）地址計數器 AC：地址計數器是用來貯存 DDRAM/CGRAM 之一的地址,它可由設定指令暫存器來改變，之后只要讀取或是寫入 DDRAM/CGRAM 的值時，地址計數器的值就會自動加一，當 RS 為“0” 時而 R/W 為“1”時，地址計數器的值會被讀取到 DB6DB0 中。 步進電機驅動電路 步進電機簡介和原理步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上