本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于stc12c5a60s2單片機(jī)自動(dòng)控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　自動(dòng)控制節(jié)水灌溉技術(shù)的高低代表著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展?fàn)顩r，灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化水平較低是制約我國(guó)高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。本文就此問題研究了單片機(jī)控制的節(jié)水灌溉系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對(duì)不同土壤的濕度進(jìn)行檢測(cè)，并按照作物對(duì)土壤濕度的要求進(jìn)行適時(shí)、適量灌水。</p><p>　　本作品是以STC12C5A60S2單片機(jī)為設(shè)計(jì)核心

2、，主要由土壤濕度傳感器，數(shù)據(jù)處理電路，顯示電路，輸出控制電路，故障報(bào)警電路等組成，軟件選用C語言編程。單片機(jī)可將土壤濕度傳感器檢測(cè)到的土壤濕度模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并顯示于LCD顯示屏上，根據(jù)設(shè)定值判斷，若需灌水，則單片機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)鳴音報(bào)警，發(fā)出灌水信號(hào)，開啟電磁閥進(jìn)行灌水。該設(shè)計(jì)靈活性強(qiáng)，易于操作，可靠性高，具有方便、快捷和經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，可根據(jù)土壤濕度及時(shí)灌溉。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 單片機(jī)STC12C5A6

3、0S2、 節(jié)水灌溉、 自動(dòng)控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The level of auto-control water-saving irrigation technology reflects the development condition of agriculture modernization.The low

4、 automatic level of irrigation system is the main reason that prevented our agriculture’s development. Water-saving irrigation in this paper, the research on the issue of single-chip microcomputer control system, the sys

5、tem could be used for different soil humidity testing, and timely in accordance with the requirements of the crops on soil moisture, adequate water.</p><p>　　This work is based on STC12C5A60S2 micro-controll

6、er design core.The bottom hardware system mainly consists of soil moisture sensor,signal transfer circuit,monitor display circuit,our port control circuit,malfunction display circuit and the procedure programmed with C a

7、ssemble language. Single chip microcomputer can change the humidity of the soil moisture sensor to convert the amount of soil moisture to a digital quantity, and displayed on the LCD display. According to set value judgm

8、ent, if nee</p><p>　　Keywords: STC12C5A60S2 wireless, water-saving irrigation, auto-control</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><

9、;b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2課題背景及研究的目的與意義1</p><p>　　1.2.1 課題背景1</p><p>　　1.2.2 課題研究的目的與意義2</p><p>　　1.3 節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4課題研究?jī)?nèi)容

10、3</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)工作原理4</p><p>　　2.2系統(tǒng)方框圖設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.3.1濕度檢測(cè)模塊5</p><p>　　2.3.2單片機(jī)模塊5</p>

11、;<p>　　2.3.3顯示模塊5</p><p>　　2.3.4輸出控制模塊5</p><p>　　2.3.5報(bào)警模塊5</p><p>　　2.4主要器件的選取5</p><p>　　2.4.1單片機(jī)的選取5</p><p>　　2.4.2土壤濕度傳感器的選取9</p>&l

12、t;p>　　2.4.3顯示器的選取10</p><p>　　2.4.4電磁閥的選取10</p><p>　　2.4.5軟件語言的選取11</p><p>　　3 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.1單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路13</p><p>　　3.1.1時(shí)鐘電路13</p>

13、<p>　　3.1.2復(fù)位電路14</p><p>　　3.2數(shù)據(jù)采集處理電路15</p><p>　　3.2.1濕度采集15</p><p>　　3.2.2A/D轉(zhuǎn)換部分17</p><p>　　3.3LCD顯示電路18</p><p>　　3.3.1 1602LCD基本參數(shù)19</p&

14、gt;<p>　　3.3.2 1602LCD引腳功能說明19</p><p>　　3.3.3指令說明及時(shí)序20</p><p>　　3.3.4 1602LCD硬件原理圖20</p><p>　　3.4輸出控制電路21</p><p>　　3.5報(bào)警電路22</p><p>　　3.6按鍵電路2

15、3</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.2系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.3 初始化程序設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.3.1A/D轉(zhuǎn)換初始化29</p><p>　　4.3.2液晶初始化29&l

16、t;/p><p>　　4.3.3定時(shí)器中斷系統(tǒng)初始化30</p><p>　　4.4子程序設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.4.1濕度采集子程序31</p><p>　　4.4.2顯示子程序32</p><p>　　4.4.3按鍵掃描程序33</p><p>　　4.4.4按鍵消抖程序3

17、4</p><p>　　4.4.5數(shù)據(jù)處理程序35</p><p>　　4.4.6延時(shí)程序36</p><p>　　5 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試37</p><p>　　5.1設(shè)計(jì)流程37</p><p>　　5.2電路圖的設(shè)計(jì)37</p><p>　　5.3 電路板的制作37</p&

18、gt;<p><b>　　5.4調(diào)試37</b></p><p>　　5.4.1硬件調(diào)試37</p><p>　　5.4.2軟件調(diào)試38</p><p>　　5.4.3系統(tǒng)的誤差分析38</p><p>　　5.4.4調(diào)試結(jié)果39</p><p><b>　　結(jié)論

19、43</b></p><p><b>　　致謝45</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)46</b></p><p><b>　　附錄一48</b></p><p><b>　　附錄二49</b></p><

20、;p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　迄今為止，全世界范圍內(nèi)，有40％的國(guó)家處于缺水狀態(tài)，并有26個(gè)國(guó)家處于嚴(yán)重缺水的狀態(tài)，我國(guó)擁有23萬億立方米的儲(chǔ)水量，位于世界人均占有水資源量的109位，屬于世界最缺乏水資源的國(guó)家之一。當(dāng)前，我國(guó)每年缺水量高達(dá)400億立方米，農(nóng)業(yè)缺水尤

21、為顯著，約300億立方米，農(nóng)業(yè)占總用水量的70％，高達(dá)90％的用水量是用于灌溉，因此，農(nóng)業(yè)節(jié)水是節(jié)水工程的關(guān)鍵所在，若采用傳統(tǒng)的灌溉模式，全國(guó)每畝地的平均需水量在450-500立方米，因此研究一種有效的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉方式是當(dāng)前的首要任務(wù)之一。</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)和傳感器的價(jià)格日益降低，可靠性日益提高，用信息技術(shù)改造農(nóng)業(yè)是可能的而且是必要的。用高新技術(shù)改造農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，實(shí)施節(jié)

22、水灌溉已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展帶戰(zhàn)略性的根本大事。</p><p>　　制約我國(guó)自動(dòng)化節(jié)水工程發(fā)展的主要原因是自動(dòng)化水平不高，多采用傳統(tǒng)的灌溉模式，自動(dòng)化意識(shí)低下，仍然屬于粗放型的灌溉操作，因此，提高有效灌溉率、縮短工作時(shí)間，是節(jié)水的關(guān)鍵，節(jié)水技術(shù)則是重中之重。本文旨在針對(duì)作物生長(zhǎng)土地濕度自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，進(jìn)而能夠極大地發(fā)揮其本身的優(yōu)越性，使其促進(jìn)作物生長(zhǎng)的同時(shí)，節(jié)約大量的水，降低能耗。</p

23、><p>　　1.2課題背景及研究的目的與意義</p><p>　　1.2.1 課題背景</p><p>　　生命之起源，水為必要條件，沒有了水，地球上的生命將會(huì)枯竭。隨著 21 世紀(jì)的到來，能源危機(jī)將接踵而至。比能源危機(jī)更可怕的是，作為人類生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，這一狀況還將隨著時(shí)間的推移和社會(huì)的發(fā)展繼續(xù)惡化。水資源危機(jī)已成為全球性的突出問題，利用科技手

24、段緩解這一危機(jī)，將是人類主要的出路。</p><p>　　農(nóng)業(yè)是人類社會(huì)最古老的行業(yè)，是各行各業(yè)的基礎(chǔ)，也是人類頓以生存的最重要的行業(yè)。農(nóng)業(yè)的發(fā)展從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看很重要，一是水的問題，二是科技的問題。農(nóng)業(yè)的根本出路在科技，在教育。由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，由粗放經(jīng)營(yíng)向集約經(jīng)營(yíng)轉(zhuǎn)變，必須要求農(nóng)業(yè)科技有一個(gè)大的發(fā)展，進(jìn)行一次新的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命。農(nóng)業(yè)與工業(yè)、交通等行業(yè)相比仍然比較落后，農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)尤其落后。灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化水平

25、較低是制約我國(guó)高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。傳統(tǒng)的灌溉模式自動(dòng)化程度極低，基本上屬粗放的人工操作，即便對(duì)于給定的量，在操作中也無法進(jìn)行有效的控制，為了提高灌溉效率，縮短勞動(dòng)時(shí)間和節(jié)約水資源，必須發(fā)展節(jié)水灌溉控制技術(shù)。</p><p>　　當(dāng)前，占世界人口總量40%的80個(gè)國(guó)家缺水，其中26個(gè)國(guó)家嚴(yán)重缺水。我國(guó)有2.8萬億立方米的水資源總量，全世界排第6位，但人均水資源不足世界水資源的1/4，排在世界人均占有水資源量的第

26、109位，是世界上人均占有水資源最貧乏的個(gè)國(guó)家之一。</p><p>　　目前,我國(guó)每年缺水量近400億立方米，其中農(nóng)業(yè)缺水約300億立方米。我國(guó)用水大戶仍然是農(nóng)業(yè)用水，約占70%，而農(nóng)業(yè)用水的90%是灌溉用水，因此節(jié)水首先要在農(nóng)業(yè)節(jié)水上做文章。采用傳統(tǒng)的灌溉模式，灌溉定額普遍偏高，全國(guó)平均每畝實(shí)際灌水量達(dá)到450—500立方米，超過實(shí)際需水量的1倍左右，有的地區(qū)高達(dá)2倍以上。與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)農(nóng)業(yè)的用水效

27、率還是相當(dāng)?shù)偷?，灌溉水資源的浪費(fèi)情況相當(dāng)嚴(yán)重，節(jié)水的潛力十分巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)目前我國(guó)灌溉水利用率只有40%左右，而發(fā)達(dá)國(guó)家的灌溉水利用率可達(dá)80%—90%。如果采用先進(jìn)的灌溉技術(shù)，將我國(guó)的灌水利用率提高到60%一70%，則在目前情況下每年可節(jié)約灌溉用水0.10一0.15萬億立方米。這樣，通過發(fā)展節(jié)水灌溉，在減少（最起碼不增加）農(nóng)業(yè)用水總量的前提下，滿足灌溉需要，同時(shí)把節(jié)約出來的水量用于城市生活、工業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)用水，以水資源的可持續(xù)利用促進(jìn)經(jīng)

28、濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。</p><p>　　1.2.2 課題研究的目的與意義</p><p>　　農(nóng)業(yè)是人類社會(huì)最古老的行業(yè)，是各行各業(yè)的基礎(chǔ)，也是人類賴以生存的最重要的行業(yè)。農(nóng)業(yè)的發(fā)展從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看非常重要，一是水的問題，二是科技的問題。農(nóng)業(yè)的根本出路在科技，在教育。由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，由粗放經(jīng)營(yíng)向集約經(jīng)營(yíng)轉(zhuǎn)變，必須要求農(nóng)業(yè)科技有一個(gè)大的發(fā)展，進(jìn)行一次新的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命。農(nóng)業(yè)與工業(yè)、交通

29、等行業(yè)相比仍然比較落后，農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)尤其落后。灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化水平較低是制約我國(guó)高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。傳統(tǒng)的灌溉模式自動(dòng)化程度極低，基本上屬粗放的人工操作，即便對(duì)于給定的量，在操作中也無法進(jìn)行有效的控制，為了提高灌溉效率，縮短勞動(dòng)時(shí)間和節(jié)約水資源，必須發(fā)展節(jié)水灌溉控制技術(shù)。</p><p>　　現(xiàn)代智能型控制器進(jìn)行灌溉系統(tǒng)田間管理的有效手段和工具，它可提高操作準(zhǔn)確性，有利于灌溉過程的科學(xué)管理，降低對(duì)操作者本身素質(zhì)

30、的要求。除了能大大減少勞動(dòng)量，更重要的是它能準(zhǔn)確、定時(shí)、定量、高效地給作物自動(dòng)補(bǔ)充分，以提高產(chǎn)量、質(zhì)量，節(jié)水、節(jié)能。</p><p>　　我國(guó)先后引進(jìn)了以色列、美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等國(guó)家的部分先進(jìn)灌溉控制設(shè)備，但價(jià)格昂貴，維護(hù)保養(yǎng)困難，多數(shù)用于農(nóng)業(yè)示范區(qū)、科研單位或高校，而且不符合我國(guó)土壤的應(yīng)用特點(diǎn)。我國(guó)自己的現(xiàn)代灌溉控制器的研制和使用尚處于起步階段，因此，作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，中國(guó)研究開發(fā)自己的先進(jìn)的低成本、使用維護(hù)方

31、便、系統(tǒng)功能強(qiáng)且擴(kuò)展容易的國(guó)產(chǎn)化數(shù)字式節(jié)水灌溉器是一項(xiàng)極有意義的工作。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)和傳感器的價(jià)格日益降低，可靠性日益提高，用信息技術(shù)改造農(nóng)業(yè)不僅是可能的而且是必要的。用高新技術(shù)改造農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，實(shí)施節(jié)水灌溉己成為我國(guó)農(nóng)業(yè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展帶戰(zhàn)略性的根本大事。本文旨在設(shè)計(jì)一套能對(duì)作物生長(zhǎng)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控的系統(tǒng)，它能對(duì)作物進(jìn)行適時(shí)、適量的灌水，起到高效灌溉、節(jié)水、節(jié)能的作用。</p><p>

32、;　　1.3 節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前國(guó)外灌溉控制器已逐步趨于成熟、系列化，并朝著大型分布式控制系統(tǒng)和小面積單機(jī)控制兩個(gè)方向發(fā)展,產(chǎn)品一般都能與微機(jī)進(jìn)行通信，并由微機(jī)對(duì)其施行控制。而在我國(guó)，雖然有多家研制灌溉控制器,但多數(shù)是小規(guī)模、實(shí)驗(yàn)和理論的探討，而且開發(fā)出來的產(chǎn)品價(jià)格昂貴，農(nóng)民盡管知道能節(jié)能、節(jié)水、增產(chǎn)，但由于一次性投資太大，多數(shù)農(nóng)民承受不起，所以根本無法普及應(yīng)用。</

33、p><p><b>　　1.4課題研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　本課題主要研究基于單片機(jī)的節(jié)水灌溉系統(tǒng)，對(duì)土壤濕度與灌水量之間的關(guān)系進(jìn)行分析、研究。</p><p><b>　　主要內(nèi)容如下:</b></p><p>　　1.根據(jù)節(jié)水灌溉系統(tǒng)技術(shù)的特點(diǎn)，進(jìn)行節(jié)水灌溉系統(tǒng)的分析、研究與設(shè)計(jì)。<

34、;/p><p>　　2.在硬件方面，需研究整體硬件框圖以及各種器件的選型及連接方法。</p><p>　　3.在軟件方面，要明確主程序及各個(gè)主要部分的流程以及相應(yīng)的程序控制清單。</p><p>　　4.單片機(jī)可將土壤濕度傳感器檢測(cè)到的土壤濕度模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,并顯示于LCD顯示器上。</p><p>　　5.將有關(guān)的灌水信息反饋給單片機(jī),若需

35、灌水,則單片機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)鳴音報(bào)警,發(fā)出灌水信號(hào),并經(jīng)放大驅(qū)動(dòng)設(shè)備,開啟電磁閥進(jìn)行倒計(jì)時(shí)定時(shí)灌水。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　根據(jù)實(shí)際情況及系統(tǒng)技術(shù)要求，采用STC12C5A60S2微控器作為控制與數(shù)據(jù)處理的核心以構(gòu)成節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。用土壤濕度

36、傳感器對(duì)土壤濕度進(jìn)行采集，所得電流信號(hào)經(jīng)處理得到可用的電壓信號(hào)，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。系統(tǒng)將檢測(cè)得土壤的濕度值，送到LCD顯示電路顯示，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤濕度的監(jiān)測(cè)監(jiān)控，能進(jìn)行適度范圍設(shè)置和顯示，通過其內(nèi)設(shè)程序判斷，若需灌水,則單片機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)鳴音報(bào)警，發(fā)出灌水信號(hào)，并經(jīng)放大驅(qū)動(dòng)設(shè)備，開啟電磁閥進(jìn)行倒計(jì)時(shí)定時(shí)灌水。</p><p>　　2.2系統(tǒng)方框圖設(shè)計(jì)</p><p>　　該電路主要

37、由STC12C5A60S2系統(tǒng)電路、濕度檢測(cè)電路、顯示電路、輸出控制電路、報(bào)警電路等組成。軟件選用C語言編程。單片機(jī)可將土壤濕度傳感器檢測(cè)到的土壤濕度模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并傳輸給控制系統(tǒng)檢測(cè)是否該灌溉。該系統(tǒng)靈活性強(qiáng)，成本低，可靠性高，在實(shí)際應(yīng)用中前景廣闊。系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)方框圖</p><p><b>　　2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b

38、></p><p>　　整個(gè)節(jié)水水灌溉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以分為5大部分：濕度檢測(cè)模塊，單片機(jī)模塊，LCD顯示模塊，輸出控制模塊，報(bào)警模塊等。</p><p>　　2.3.1濕度檢測(cè)模塊</p><p>　　采用土壤濕度傳感器檢測(cè)土壤濕度，并傳送給單片機(jī)。</p><p>　　2.3.2單片機(jī)模塊</p><p>　　單

39、片機(jī)模塊對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)以下功能：</p><p>　　(1)將土壤濕度傳感器傳來的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；</p><p>　　(2)控制顯示模塊顯示工作參數(shù)；</p><p>　　(3)根據(jù)內(nèi)設(shè)程序進(jìn)行判斷控制報(bào)警電路；</p><p>　　(4)實(shí)現(xiàn)電磁閥的控制。</p><p><b>　

40、　2.3.3顯示模塊</b></p><p>　　LCD液晶顯示模塊能夠?qū)y(cè)得的土壤濕度以及濕度預(yù)值顯示出來，灌水時(shí)并顯示時(shí)間及流量，提供了系統(tǒng)和操作者的交流窗口，是人機(jī)界面的重要組成部分之一。</p><p>　　2.3.4輸出控制模塊</p><p>　　單片機(jī)根據(jù)內(nèi)設(shè)程序作出判斷后，來控制繼電器，電磁閥是本設(shè)備的執(zhí)行設(shè)備，電磁閥控制水的流通和截止，

41、實(shí)現(xiàn)了電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　2.3.5報(bào)警模塊</b></p><p>　　有關(guān)的灌水信息反饋給單片機(jī)，若需灌水，則單片機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行鳴音報(bào)警，并發(fā)出灌水信號(hào)。</p><p>　　2.4主要器件的選取</p><p>　　2.4.1單片機(jī)的選取</p><p>

42、　　2.4.1.1本系統(tǒng)選用的單片機(jī)</p><p>　　節(jié)水灌溉系統(tǒng)的整個(gè)控制核心采用的是 STC12C5A60S2 單片機(jī)，STC12C5A60S2 系列單片機(jī)是單時(shí)鐘/機(jī)器周期的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的 8051，但速度快 8-12 倍。內(nèi)部集成MAX810專用的復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，適用于高速通信，電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。

43、所以本系統(tǒng)決定采用STC12C5A60S2作為芯片。其主要有以下特點(diǎn)：</p><p>　　(1) 增強(qiáng)型 8051CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051； </p><p>　　(2) 工作電壓：STC12C5A60S2 系列工作電壓：5.5V-3.5V（5V 單片機(jī)）； </p><p>　　(3) 工作頻率范圍：0~35MHz，相

44、當(dāng)于普通 8051 的 0~420MHz； </p><p>　　(4) 用戶應(yīng)用程序空間 8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K 字節(jié)； </p><p>　　(5) 片上集成 1280 字節(jié) RAM； </p><p>　　(6) 通用 I/O 口（36/40/44 個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通 8051傳統(tǒng)I/O口

45、）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏，每個(gè) I/O 口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到 20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過120mA； </p><p>　　(7) ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片； </p><p>　　(8) 內(nèi)部集成 MAX810

46、專用復(fù)位電路（外部晶體 12M 以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）； </p><p>　　(9) 外部掉電檢測(cè)電路：在 P4.6 口有一個(gè)低壓門檻比較器 5V 單片機(jī)為 1.33V，誤差為±5%，3.3V單片機(jī)為1.31V，誤差為±3%； </p><p>　　(10) A/D 轉(zhuǎn)換，10 位精度 ADC，共 8 路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá) 250K/S(每秒鐘 25萬次)

47、； </p><p>　　(11) 工作溫度范圍：-40~+85℃(工業(yè)級(jí))/0~75℃(商業(yè)級(jí))； </p><p>　　2.4.1.2 STC12C5A60S2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳排列</p><p>　　STC12C5A60S2 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-2所示。STC12C5A60S2 單片機(jī)中包含中央處理器(CPU)、程序存儲(chǔ)器(Flash)、數(shù)據(jù)存

48、儲(chǔ)器(SRAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、UART 串口、串口2、I/O接口、高速 A/D轉(zhuǎn)換、SPI接口、PCA、看門狗及片內(nèi) R/C 振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。STC12C5A60S2 系列單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)。</p><p>　　圖2-3是單片機(jī)STC12C5A60S2的管腳圖。</p><p>　　各引腳功能簡(jiǎn)單介紹如下：</

49、p><p><b>　　VCC：供電電壓；</b></p><p><b>　　GND：接地；</b></p><p>　　PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間，每個(gè)機(jī)器周期PSEN兩次有效。但在訪問內(nèi)部部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)；</p><p>　　圖

50、2-2 STC12C5A60S2內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，訪問外部ROM；注意加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)；</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高平時(shí)間；</p><

51、p>　　圖2-3 STC12C5A60S2管腳圖</p><p>　　ALE / PROG ：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出

52、可在SFR8EH地址上置0。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效；</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)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4TTL門電流。P1口管腳寫入“1”后，電位被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收；</p>&l

53、t;p>　　表2-1 P1口引腳其他功能</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時(shí)，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故。</p><p>　　表2-2 P3口引腳其他功能</p><p>　　2.4

54、.2土壤濕度傳感器的選取</p><p>　　傳感器是能響應(yīng)規(guī)定的被測(cè)物理量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成為可用信號(hào)輸出的器件或裝置。它通常由直接響應(yīng)于被測(cè)物理量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件及相應(yīng)的電子電路組成。 </p><p>　　傳感器的分類：按構(gòu)成分可分為基本型傳感器、組合型傳感器和應(yīng)用型傳感器；按機(jī)理可分為結(jié)構(gòu)型傳感器，物理性傳感器、混合型傳感器和生物型傳感器；按作用形式可分

55、為主動(dòng)型傳感器和被動(dòng)傳感器；按變換工作能量的供給形式可分為能量變換型傳感器和能量控制型轉(zhuǎn)換器；按輸出信號(hào)形式分為溫度、壓力、濕度、流量、流速、磁場(chǎng)和光通量等傳感器。 </p><p>　　濕度的采集可以用濕度傳感器來實(shí)現(xiàn)。將濕度傳感器看作可調(diào)變阻器，當(dāng)濕度傳感器采集到濕度時(shí)，電阻值發(fā)生變化，濕度最小時(shí)的電阻值為10K，濕度最大時(shí)為0.1Ω。變化的幅度是根據(jù)濕度傳感器采集到的濕度大小而定。隨著電阻值的變化，電路的輸

56、出電壓也跟著變化。調(diào)節(jié)電阻值的大小，可得到想要的電壓，滿足電路的需求。此次設(shè)計(jì)采用的是土壤濕度傳感器 YL-69。</p><p>　　圖2-4 土壤濕度傳感器模塊</p><p>　　值得說明的是：此傳感器適用于土壤的濕度檢測(cè)；模塊中藍(lán)色的電位器是用于土壤濕度的閥值調(diào)節(jié)，順時(shí)針調(diào)節(jié)，控制的濕度會(huì)越大，逆時(shí)針越??；數(shù)字量輸出 D0可以與單片機(jī)直接相連，通過單片機(jī)來檢測(cè)高低電平，由此來檢測(cè)土

57、壤濕度。</p><p>　　2.4.3顯示器的選取</p><p>　　在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通用器件，如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED 數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡(jiǎn)單，在小型

58、智能化電子產(chǎn)品中，普通的7 段LED 數(shù)碼管只能顯示數(shù)字，若要顯示英文字母或圖像漢字，則必須使用液晶顯示器，所以本課題選擇液晶顯示器。</p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： </p><p>　　1.顯示質(zhì)量高:由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示

59、器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。</p><p>　　2.數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方。 </p><p>　　3.體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 </p><p>　　4.功耗低：相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)上

60、，因而耗電量比其它顯示器要少得多。</p><p>　　圖2-5 LCD液晶顯示器</p><p>　　2.4.4電磁閥的選取</p><p>　　閥門是在流體系統(tǒng)中，用來控制流體的方向、壓力、流量的裝置。閥門是使配管和設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)（液體、氣體、粉末）流動(dòng)或停止并能控制其流量的裝置。閥門是管路流體輸送系統(tǒng)中控制部件，它是用來改變通路斷面和介質(zhì)流動(dòng)方向，具有導(dǎo)流、截止

61、、節(jié)流、止回、分流或溢流卸壓等功能。用于流體控制的閥門，從最簡(jiǎn)單的截止閥到極為復(fù)</p><p>　　雜的自控系統(tǒng)中所用的各種閥門，其品種和規(guī)格相當(dāng)繁多。由于本設(shè)備采用單片機(jī)控制，并且電磁閥是由開關(guān)信號(hào)控制的，與單片機(jī)控制電路連接十分的方便，所以決定采用電磁閥作為閥門。</p><p>　　電磁閥從原理上分為三大類： </p><p>　　1.直動(dòng)式電磁閥： <

62、;/p><p>　　原理：通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。 </p><p>　　特點(diǎn)：在真空、負(fù)壓、零壓時(shí)能正常工作，但通徑一般不超過25mm。 </p><p>　　2.分步直動(dòng)式電磁閥： </p><p>　　原理：它是一種直動(dòng)和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口

63、沒有壓差時(shí)，通電后，電磁力直接把先導(dǎo)小閥和主閥關(guān)閉件依次向上提起，閥門打開。當(dāng)入口與出口達(dá)到啟動(dòng)壓差時(shí)，通電后，電磁力先導(dǎo)小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時(shí)，先導(dǎo)閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動(dòng)關(guān)閉件，向下移動(dòng)，使閥門關(guān)閉。 </p><p>　　特點(diǎn)：在零壓差或真空、高壓時(shí)亦可動(dòng)作，但功率較大，要求必須水平安裝。 </p><p>　　3.先導(dǎo)式電磁閥：

64、</p><p>　　原理：通電時(shí)，電磁力把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向上移動(dòng)，閥門打開；斷電時(shí)，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔迅速腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓差，流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向下移動(dòng)，關(guān)閉閥門。 </p><p>　　特點(diǎn)：流體壓力范圍上限較高，可任意安裝（需定制）但必須滿足流體壓差條件。由于直動(dòng)式電磁閥結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)

65、單，動(dòng)作可靠，而且設(shè)備需要在斷電條件下鐵芯始終保持在關(guān)閉狀態(tài)，所以選用常閉型的直動(dòng)式電磁閥。具體為二位二通直動(dòng)式電磁閥（常閉型）。</p><p>　　2.4.5軟件語言的選取</p><p>　　本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，采用C語言編程。單片機(jī)共有111條系統(tǒng)指令，可實(shí)現(xiàn)51種基本操作。然而匯編語言指令卻有的程序可讀性低，程序開發(fā)人員的開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)與開發(fā)難度大，程序的移植性差等缺點(diǎn)。</

66、p><p>　　C語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言。它兼顧了多種高級(jí)語言的特點(diǎn)，并且具備匯編語言的功能。用C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，將會(huì)大大縮短開發(fā)周期，增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和補(bǔ)充。用C語言進(jìn)行51系列單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的</p><p>　　必然趨勢(shì)。用C語言編程可以充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)硬件的功能，進(jìn)行高質(zhì)量的設(shè)計(jì)，開發(fā)出的軟件具有內(nèi)存開銷小、運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，而且它不獨(dú)立于具體

67、機(jī)器，是一種非常通用的低級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，采用C語言編程，用戶可以直接操作到單片機(jī)內(nèi)部的工作寄存器和片內(nèi)單元，處理數(shù)據(jù)的過程非常具體。因此，在已經(jīng)有眾多高級(jí)語言和可視化集成開發(fā)環(huán)境工具的今天，C語言仍然是一門不可缺少的有效的程序設(shè)計(jì)語言。</p><p>　　3 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路</p><p>　　STC12C5A6

68、0S2 系列單片機(jī)是單時(shí)鐘/機(jī)器周期的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的 8051，但速度快 8-12 倍。如圖3-1所示，單片機(jī)的RST引腳連接復(fù)位電路，XTAL1和XTAL2引腳連接晶振電路，P1.5引腳連接繼電器電路，P1.6引腳連接濕度檢測(cè)電路，P0.0--P0.7引腳、P2.0--P2.3引腳連接顯示電路，P3.2--P3.5引腳連接按鍵電路。</p><p&

69、gt;　　圖3-1 主機(jī)系統(tǒng)電路</p><p><b>　　3.1.1時(shí)鐘電路</b></p><p>　　單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到內(nèi)部振蕩和外部振蕩。STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時(shí)，

70、電路簡(jiǎn)單，所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)際使用中常采用這種方式，如圖3-2所示在其外接晶體振蕩器簡(jiǎn)稱晶振或陶瓷諧振器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，片內(nèi)高增益反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。 </p><p><b>　　圖3-2 時(shí)鐘電路</b></p><p>　　圖3-2中外接晶體以及電容 C6和C7構(gòu)成并聯(lián)諧振

71、電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為30pf左右，晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.2~12MHz間選擇，典型值為12MHz和6MHz。</p><p><b>　　3.1.2復(fù)位電路</b></p><p>　　當(dāng)在單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài))。</p&

72、gt;<p>　　復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。</p><p>　　最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充放電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。</p><p>　　除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST端

73、與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動(dòng)復(fù)位電路見圖3-3。時(shí)鐘頻率用11.0592MHZ時(shí)C取10uF,R取10kΩ。</p><p><b>　　圖3-3復(fù)位電路</b></p><p>　　3.2數(shù)據(jù)采集處理電路</p><p><b>　　3.2.1濕度采集</b></p><p>　　土壤濕度選

74、用YL-69傳感器進(jìn)行采集，并傳送給單片機(jī)P1.6口進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，進(jìn)而得出濕度值。</p><p>　　在系統(tǒng)中，YL-69濕度傳感器的主要功能就是采集數(shù)據(jù)。采集的是土壤中的濕度，其傳感器內(nèi)部接線圖如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4土壤濕度傳感器YL-69內(nèi)部電路</p><p>　　圖中的4腳接電源，3腳接地，2腳為數(shù)字信號(hào)口，1腳為模擬信號(hào)輸出。模塊

75、帶有電壓比較器，本系統(tǒng)只用4、3、1口，2腳懸空，將1口與數(shù)據(jù)處理模塊相連，通過公式就可算出土壤濕度。</p><p>　　土壤濕度傳感器特性： </p><p>　　（1）土壤濕度傳感器 YL-69，表面采用鍍鎳處理，有加寬的感應(yīng)面積，可以提高導(dǎo)電性能 ，防止接觸土壤容易生銹的問題，延長(zhǎng)使用壽命； </p><p>　?。?）可以寬范圍控制土壤的濕度，通過電位器調(diào)

76、節(jié)控制相應(yīng)閥值，濕度低于設(shè)定值時(shí)，DO 輸出高電平；高于設(shè)定值時(shí)，DO 輸出低電平； </p><p>　?。?）采用三線制，界限簡(jiǎn)單，只需把 VCC 外接 3.3V-5V 電壓，GND 外接數(shù)字地，DO“小板數(shù)字量輸出接口（0 和 1）”接到單片機(jī)即可； </p><p>　　（4）比較器采用 LM393 芯片，工作穩(wěn)定；</p><p>　?。?）設(shè)有固定螺栓孔

77、，方便安裝。</p><p>　　土壤濕度傳感器原理：</p><p>　　土壤通常是導(dǎo)電的，其電阻率隨其含水率的變化而變化。電阻法就是根據(jù)這個(gè)原理測(cè)量土壤濕度的。電阻由多孔滲水介質(zhì)(石膏、尼龍、玻璃纖維)制成，它的電阻大小與含水量相關(guān)。把里面嵌有電極的電阻塊放入土壤中，當(dāng)電阻塊中的水勢(shì)與土壤水勢(shì)平衡后，測(cè)量電阻塊的電阻，然后求出土壤水勢(shì)。</p><p>　　電阻

78、法一般都是通過電阻式土壤水分傳感器測(cè)量土壤水分的。傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3-5所示，其實(shí)體是由質(zhì)地均勻的石膏制成的圓柱體。在實(shí)體中部埋置有直徑不同、同心安裝的兩個(gè)不銹鋼制成的圓筒狀電極，其上引出電極引線。傳感器電極不與被測(cè)土壤直接接觸，而是通過多孔性材料石膏為中介與土壤水分聯(lián)系的。這樣做，是為了避免土壤鹽分及測(cè)量電極與土壤接觸狀況對(duì)測(cè)量的影響。</p><p>　　圖3-5電阻式土壤濕度傳感器</p>&

79、lt;p>　　1、電極引線 2、內(nèi)電極 3、外電極 4、石膏體</p><p>　　測(cè)量時(shí)，將傳感器埋入被測(cè)土壤中。土壤水分運(yùn)動(dòng)使傳感器石膏體的含水量與土壤水形成一定的函數(shù)關(guān)系。而石膏體含水量的變化將引起置于其中的兩電極的介電特性和電阻的變化，即傳感器的介電特性和電阻與土壤濕度是相互聯(lián)系的。</p><p>　　土壤濕度傳感器的硬件連接圖如圖3-6所示，模擬信號(hào)輸出口1直接連接

80、單片機(jī)的ADC口P1.6。</p><p>　　圖3-6 土壤濕度傳感器連接圖</p><p>　　3.2.2A/D轉(zhuǎn)換部分</p><p>　　3.2.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　STC12C5A60AD/S2系列帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換口在P1口(P1.7--P1.0)，有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)到

81、250KHz(25萬次/秒)。8路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、按鍵掃描、頻譜檢測(cè)等。上電復(fù)位后P1口為弱上拉型I/O口，用戶可以通過軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D使用的口可繼續(xù)作為I/O口使用。</p><p>　　STC12C5A60S2系列單片機(jī)ADC由多路選擇開關(guān)、比較器、逐次比較寄存器、10位DAC、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器(ADC_RES和ADC_RESL)以及ADC

82、_CONTR構(gòu)成。</p><p>　　STC12C5A60S2系列單片機(jī)的ADC是逐次比較型ADC。逐次比較型ADC由一個(gè)比較器和D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，通過逐次比較邏輯，從最高位(MSB)開始，順序地對(duì)每一輸入電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)過多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量逐次逼近輸入模擬量對(duì)應(yīng)值。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器具有速度高，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　圖3-7 STC12

83、C5A60S2單片機(jī)ADC結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　從上圖可以看出，通過模擬多路開關(guān)，將通過ADC0--7的模擬量輸入送給比較器。用數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)轉(zhuǎn)換的模擬量與本次輸入的模擬量通過比較器進(jìn)行比較，將比較結(jié)果保存到逐次比較器，并通過逐次比較寄存器輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，最終的轉(zhuǎn)換結(jié)果保存到ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES和ADC_RESL，同時(shí)，置位ADC控制寄存器ADC_CONTR中的A/D轉(zhuǎn)

84、換結(jié)束標(biāo)志位ADC_FLAG，以供程序查詢或發(fā)出中斷申請(qǐng)。模擬通道的選擇控制由ADC控制寄存器ADC_CONTR中的CHS2 ~ CHS0確定。ADC的轉(zhuǎn)換速度由ADC控制寄存器中的SPEED1和SPEED0確定。在使用ADC之前，應(yīng)先給ADC上電，也就是置位ADC控制寄存器中的ADC_POWER位。</p><p>　　當(dāng)ADRJ=0時(shí)，如果取10位結(jié)果，則按下面公式計(jì)算:</p><p&g

85、t;　　10-bit A/D Conversion Result:(ADC_RES[7:0], ADC_RESL[1:0]) = 1024 xVin/Vcc</p><p>　　當(dāng)ADRJ=0時(shí)，如果取8位結(jié)果，則按下面公式計(jì)算:</p><p>　　8-bit A/D Conversion Result:(ADC_RES[7:0])= 256 x Vin/Vcc</p>&

86、lt;p>　　當(dāng)ADRJ=1時(shí)，如果取10位結(jié)果，則按下面公式計(jì)算:</p><p>　　10-bit A/D Conversion Result:(ADC_RES[1:0], ADC_RESL[7:0]) = 1024 xVin/Vcc</p><p>　　式中，Vin為模擬輸入通道輸入電壓，Vcc為單片機(jī)實(shí)際工作電壓，用單片機(jī)工作電壓作為模擬參考電壓。</p>&l

87、t;p>　　3.2.2.2 ADC控制寄存器ADC_CONTR</p><p>　　ADC_POWER：ADC電源控制位。建議進(jìn)入空閑模式前，將ADC電源關(guān)閉，即ADC_POWER =0。啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換前一定要確認(rèn)A/D電源已打開，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后關(guān)閉A/D電源可降低功耗，也可不關(guān)閉。初次打開內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換模擬電源，需適當(dāng)延時(shí)，等內(nèi)部模擬電源穩(wěn)定后，再啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>

88、;　　SPEED1，SPEED0：模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度控制位。STC12C5A60S2系列單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換模塊所使用的時(shí)鐘是內(nèi)部R/C振蕩器所產(chǎn)生的系統(tǒng)時(shí)鐘，不使用時(shí)鐘分頻寄存器CLK_DIV對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘分頻后所產(chǎn)生的供給CPU工作所使用的時(shí)鐘。好處：這樣可以讓ADC用較高的頻率工作，提高A/D 的轉(zhuǎn)換速度，這樣可以讓CPU用較低的頻率工作，降低系統(tǒng)的功耗。</p><p>　　ADC_START：模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD

89、C)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)控制位，設(shè)置為“1”時(shí)，開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后為0。</p><p>　　CHS2/CHS1/CHS0：模擬輸入通道選擇。</p><p>　　選用單片機(jī)的P1口的其他功能，進(jìn)行A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換，一方面省去了一部分硬件電路的設(shè)計(jì)，不需要額外的A/D轉(zhuǎn)換芯片，以及和單片機(jī)進(jìn)行連接的模塊，另一方面可以加快運(yùn)行速度，轉(zhuǎn)換速度。當(dāng)然，轉(zhuǎn)換速率并非越快越好，從效率角度來講我們希望他更快，但是

90、轉(zhuǎn)換速率越快能耗越高，同時(shí)準(zhǔn)確度越低，所以需要選擇一個(gè)合理的周期。</p><p>　　3.3LCD顯示電路</p><p>　　LCD液晶顯示器的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制。液晶顯示器適應(yīng)于大規(guī)模電路直接驅(qū)動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)。目前被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等眾多領(lǐng)域。</p><p>　　3.3.1 1602LCD基本參數(shù)

91、</p><p>　　1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，其控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖。 </p><p>　　圖3-8 1602LCD的尺寸圖</p><p>　　1602LCD主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　(1)容量：16×2個(gè)字符&l

92、t;/p><p>　　(2)工作電壓：4.5～5.5V</p><p>　　(3)電流：2.0mA(5.0V)</p><p>　　(4)最佳工作電壓：5.0V</p><p>　　(5)尺寸：2.95×4.35(W×H)mm</p><p>　　3.3.2 1602LCD引腳功能說明</p>

93、;<p>　　1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 1602LCD引腳接口說明表</p><p>　　第1腳：VSS為地電源。</p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源。</p><p>　　第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端。<

94、;/p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。</p><p>　　第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。</p><p>　　第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　第7--14腳：D0--D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。&l

95、t;/p><p>　　第15腳：背光源正極。</p><p>　　第16腳：背光源負(fù)極。</p><p>　　3.3.3指令說明及時(shí)序</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3-2所示。</p><p>　　表3-2 1602LCD控制命令表</p><p>　　1

96、602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　3.3.4 1602LCD硬件原理圖</p><p>　　LCD液晶顯示器的RS、RW、E管腳連接單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2。LCD液晶顯示器的D0-D7 引腳和單片機(jī)的P0.0-P0.7引腳相連接。其連接電路圖如圖3-9所示。</p><p>　　液晶屏的+5V工作

97、電壓與單片機(jī)相同。Vo（3管腳）為液晶屏驅(qū)動(dòng)電源。該管腳的電平?jīng)Q定了液晶屏的對(duì)比度，通?？捎靡粋€(gè)分壓器控制Vo管腳的電壓從而調(diào)整對(duì)比度。 RS（4管腳）為命令/數(shù)據(jù)選擇線。RS狀態(tài)決定了數(shù)據(jù)總線DB0--DB7上的信號(hào)是命令還是顯示數(shù)據(jù)。當(dāng)RS=0時(shí)，DB0--DB7的信號(hào)視為命令數(shù)據(jù)。當(dāng)RS=1時(shí)，DB0--DB7的信號(hào)則作為液晶屏的顯示數(shù)據(jù)。R/W（5管腳）為讀/寫控制線?？刂剖菑囊壕磷x數(shù)據(jù)還是向液晶屏寫數(shù)據(jù)。當(dāng)R/W =0時(shí)，寫

98、數(shù)據(jù)。當(dāng)R/W =1時(shí)，讀數(shù)據(jù)。E（6管腳）為使能端。該管腳控制液晶屏從數(shù)據(jù)總線DB0--DB7上將數(shù)據(jù)讀入液晶屏。當(dāng)該管腳上的電平由1向0變化時(shí)，數(shù)據(jù)總線DB0--DB7的數(shù)據(jù)被讀入液晶屏。DB0--DB7（7--14管腳）為數(shù)據(jù)總線。這8位數(shù)據(jù)總線是數(shù)據(jù)交換的通道，單片機(jī)向液晶屏送入的命令或數(shù)據(jù)都通過這8位數(shù)據(jù)總線進(jìn)行。由于單片機(jī)P0口沒有自帶上拉電阻，當(dāng)P0口作為單獨(dú)的I/O口時(shí)必須加上拉電阻。 +LED、-LED（15、16管腳

99、）為液晶屏背光供電端。這兩個(gè)管腳是液晶屏背光供電端，正常工作的電流約在190mA左右。</p><p>　　圖3-9 LCD液晶顯示器連接圖</p><p><b>　　3.4輸出控制電路</b></p><p>　　如下圖3-10所示Q3為一個(gè)PNP三極管，D1為普通二極管，K1為繼電器，Q4來表示電磁閥。</p><p&

100、gt;　　在繼電器通電的狀態(tài)下，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)吸合。在繼電器斷電的狀態(tài)下，線圈斷電，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中導(dǎo)通和切斷的目的。</p><p>　　在繼電器失電的狀態(tài)下，動(dòng)合觸點(diǎn)斷開，動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合，當(dāng)繼

101、電器得電后，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，利用繼電器的觸電開關(guān)作用可以控制設(shè)備或者傳送邏輯電平信號(hào)。</p><p>　　動(dòng)合觸點(diǎn)是指繼電器(或功能電器)中有預(yù)定激勵(lì)時(shí)閉合，無激勵(lì)時(shí)斷開的觸點(diǎn)，而動(dòng)斷觸點(diǎn)則是繼電器(或功能電器)中有規(guī)定的激勵(lì)時(shí)斷開，無規(guī)定的激勵(lì)時(shí)閉合的觸點(diǎn)。在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用了動(dòng)合觸點(diǎn)開關(guān)，使繼電器在失電狀態(tài)下保持?jǐn)嚅_的狀態(tài)，然而在得電的狀態(tài)下保持閉合狀態(tài)。即當(dāng)Q3基極得到一個(gè)低電平則繼電器開關(guān)

102、立即閉合，在處于高電平時(shí)繼電器開關(guān)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。</p><p>　　圖3-10 輸出控制電路</p><p>　　輸出控制電路連接圖如3-10所示。繼電器選用srd-05vdc-sl-c的型號(hào)，繼電器是感性器件，所以不能用單片機(jī)的I/O口直接控制，單片機(jī)和繼電器之間需要用三極管驅(qū)動(dòng)繼電器，反相二極管消除吸合時(shí)產(chǎn)生的瞬間反相電動(dòng)勢(shì)。單片機(jī)通過一只作為電子開關(guān)的PNP型三極管來驅(qū)動(dòng)繼電器，繼

103、電器的開、關(guān)完全由三極管的基極電平進(jìn)行控制。當(dāng)三極管基極為高電平時(shí)，PNP型三極管截止，繼電器不工作；反之三極管導(dǎo)通，繼電器得電吸合。</p><p>　　當(dāng)繼電器的開關(guān)閉合時(shí)，電磁閥則處于一個(gè)通路的狀態(tài)下，進(jìn)而電磁閥開始工作，系統(tǒng)設(shè)備開始灌水。相反，當(dāng)繼電器的開關(guān)斷開時(shí)，電磁閥處于一個(gè)斷路的狀態(tài)下，則電磁閥不工作，從而系統(tǒng)設(shè)備也不工作。</p><p><b>　　3.5報(bào)警電

104、路</b></p><p>　　為了在某些緊急狀態(tài)或反常狀態(tài)下，能使操作人員不致忽視，以便及時(shí)處理，往往需要有某種更能引起人們注意提起警覺的報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生，這種報(bào)警信號(hào)通常有三種類型：閃光報(bào)警、鳴音報(bào)警、語音報(bào)警，本系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單易行的聲光報(bào)警電路。</p><p>　　報(bào)警設(shè)備選用蜂鳴器，蜂鳴器根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器；電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)

105、膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（1.5--15V直流工作電壓），多諧振蕩器起振，輸出1.5--2.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。而兩種蜂鳴器又分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器，這里的源特指振蕩

106、源；有源蜂鳴器直接加電就可以響起，無源蜂鳴器需要我們給提供振蕩源。理想的振蕩源為一定頻率的方波。</p><p>　　系統(tǒng)選用無源蜂鳴器，與單片機(jī)連接電路如下所示。單片機(jī)P2.7引腳輸出的各種頻率的方波，三極管Q2在這些方波信號(hào)的控制下導(dǎo)通、截止，就會(huì)有和方波頻率相同的電流流過無源蜂鳴器的正負(fù)兩級(jí)，無源蜂鳴器就會(huì)發(fā)聲了。三極管是屬于流控型的器件，通過三極管的話可以控制流過蜂鳴器的電流，達(dá)到我們想要的功率。在基極與

107、發(fā)射極之間多加了一個(gè)電阻，這個(gè)電阻也是有一定作用的，可以讓三極管有一個(gè)已知的默認(rèn)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)去除的時(shí)候，三極管還處于關(guān)斷狀態(tài)。在安全和穩(wěn)定的方面考慮，這個(gè)電阻是很有必要的，或者說可以讓三極管工作在更好的開關(guān)狀態(tài)。</p><p>　　圖3-11 報(bào)警電路</p><p><b>　　3.6按鍵電路</b></p><p>　　按鍵電路由四個(gè)

108、按鍵開關(guān)組成，實(shí)現(xiàn)界面的切換，及濕度限值的調(diào)節(jié)和時(shí)間清零的設(shè)置等。其中單片機(jī)的P3.2、P3.3、P3.4、P3.5引腳分別與Key1開關(guān)、Key2開關(guān)、Key3</p><p>　　開關(guān)、Key4開關(guān)連接。因其單片機(jī)內(nèi)部含有上拉電阻，故不需再接上拉電阻。按鍵模塊的連接電路圖如圖3-12所示。</p><p>　　圖3-12 按鍵電路</p><p>　　其中，Ke

109、y1是時(shí)間值清零按鍵，在灌水時(shí)單片機(jī)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)下次灌水時(shí)，單片機(jī)即可自動(dòng)清零Time值又可以通過按鍵來改變。Key2、Key3是控制濕度閾值的加減鍵，不同環(huán)境條件下，濕度范圍不同。Key4是移動(dòng)液晶顯示屏鍵，第一屏為濕度顯示畫面，第二屏為灌水時(shí)間及流量顯示畫面。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1軟件架

110、構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在編寫程序代碼之前，必須先對(duì)系統(tǒng)通盤考慮，事先設(shè)計(jì)好系統(tǒng)的軟件架構(gòu)。</p><p>　　軟件架構(gòu)是指在一定的設(shè)計(jì)原則基礎(chǔ)上，從不同角度對(duì)組成系統(tǒng)的各部分進(jìn)行搭配和安排，形成系統(tǒng)的多個(gè)結(jié)構(gòu)而組成架構(gòu)，它包括該系統(tǒng)的各個(gè)組件，組件的外部可見屬性及組件之間的相互關(guān)系。</p><p>　　對(duì)本系統(tǒng)而言，就是要設(shè)計(jì)好每一個(gè)功

111、能最合理的實(shí)現(xiàn)方法，不要等到代碼寫到一半才發(fā)現(xiàn)某個(gè)功能難以實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致全部重寫或是迫不得已采用有隱患的的實(shí)現(xiàn)方法。</p><p>　　一般而言，軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)要達(dá)到如下的目標(biāo)：可靠性、安全性、可擴(kuò)展性、可定制化、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性等。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，主要的部分有土壤濕度檢測(cè)、LCD液晶的顯示、輸出控制和按鍵處理等。這幾個(gè)任務(wù)都是必須連續(xù)工作的。如果按鍵處理相關(guān)程序暫停運(yùn)行，