花園管理者 宮曉楠

1、山 東 工 商 學(xué) 院Shandong Technology and Business University畢業(yè)論文(設(shè)計)GRADUATIONTHESIS（DESIGN）題 目Title 花園管理者 學(xué) 院Department 信息與電子工程學(xué)院 專業(yè) Major 電子信息工程 班 級Class 電子121 作 者 Author 宮曉楠 論文起始日期Date2015年11月指導(dǎo)教師姓名及專業(yè)技術(shù)職務(wù)Advisor and the Title of Advisor 朱智林 教授 花園管理者 Garden Manager 宮曉楠 GongXiaoNan 2016年 5月May 201630誠 信

2、 聲 明誠信是中華民族的傳統(tǒng)美德，誠信是做人立世的道德根本。作為一名當代大學(xué)生，我即將踏向社會去創(chuàng)立我未來的事業(yè)。古人云：“民無信不立”。在競爭激烈的社會中，我將恪守誠信的生存理念。畢業(yè)論文是對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)的總結(jié)和檢閱，在畢業(yè)論文的選題、寫作和定稿過程中，我認真對待每一個環(huán)節(jié)，在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下，由我獨立完成，沒有抄襲他人之作或由他人代寫等不誠信的行為。其中參閱了大量書籍、報刊和網(wǎng)上資料，但這些資料都經(jīng)過本人認真整理，在理解的基礎(chǔ)上參考使用，并在文中說明，在文后一一列出，我對他們的辛苦勞動表示尊重和感謝。母校希望自己的每一個學(xué)生都是誠實守信的，我作為一個畢業(yè)生，對母校也將是真誠無偽的。如果發(fā)

3、現(xiàn)我的畢業(yè)論文有抄襲、代筆等不誠信行為，我將接受學(xué)校對我的處罰，推遲畢業(yè)，重新寫作。我聲明：我是誠實的，我將無愧于我的畢業(yè)文憑，無愧于母校多年的培養(yǎng)！ 聲明人： 年 月 日 指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師姓名：職稱：分項評價評價項目得分論文選題（10分）1符合專業(yè)培養(yǎng)目標2具有學(xué)術(shù)價值3具有新穎性4難易程度適中文獻資料（25分）5文獻收集系統(tǒng)完備6文獻理解準確得當7文獻征引合乎規(guī)范8外文翻譯準確通順9觀點歸納完整清晰論文寫作（40分）10文題相符，立論正確11數(shù)據(jù)準確，邏輯嚴謹12條理清晰，論證充分13行文流暢，格式規(guī)范14篇幅適中，按期完成論文成果（20分）15文獻綜述完整，研究基礎(chǔ)厚實16具有理論意

4、義或?qū)嶋H價值17作者見解獨到新穎18具有拓展、延伸性寫作態(tài)度（5分）19積極同指導(dǎo)教師溝通指導(dǎo)教師最終給分： 分指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日評閱人意見評閱人姓名：職稱：分項評價評價項目得分選題質(zhì)量（20分）1符合專業(yè)培養(yǎng)目標，體現(xiàn)綜合訓(xùn)練要求2題目難易適度3題目工作量適當4有理論意義或?qū)嶋H價值能力水平（40分）5查閱文獻資料能力強6綜合運用知識能力強7研究方案的設(shè)計能力強8研究方法和手段的運用能力強9外文應(yīng)用能力強成果質(zhì)量（40分）10文題相符11寫作水平高12寫作規(guī)范13篇幅適度14成果有理論或?qū)嶋H價值評閱人最終給分： 分評閱人評語評閱人簽字： 年 月 日答辯（評審）委員會意見Ap

5、praisal of Defence Commission答辯（評審）成績Mark of Defence鑒定意見Appraisal & Comments 主任（簽章） Signature of Dean 日期Data 山東工商學(xué)院2016屆畢業(yè)論文花園管理者摘要 花園管理者主要研究基于AT89C52單片機的空氣土壤溫濕度及光照強度的采集和WIFI傳輸?shù)膽?yīng)用，以AT89C52單片機為核心，包含數(shù)據(jù)的采集和傳輸兩大模塊。為了方便測試，采用光敏電阻采集光照強度，采用防水的DS18B20采集土壤溫度，采用AD采集土壤濕度。采用DHT11采集空氣溫濕度。這些傳感器將采集來的數(shù)據(jù)傳輸給單片機，單片

6、機將這些數(shù)據(jù)顯示在彩屏上，再通過外接一個WIFI模塊實現(xiàn)單片機與手機之間的通信。通過手機發(fā)送命令來控制各種執(zhí)行模塊進行運作。該設(shè)計可以讓我們方便快捷的了解到我們的花園的空氣及土壤的溫濕度及光照強度的情況，并做出相應(yīng)地調(diào)節(jié)，讓我們及時調(diào)整花園中的情況，為花草提供更適合他們的生長環(huán)境，從而更好的管理花園，讓我們在快節(jié)奏的生活中享受置身于綠色花園中的寧靜美好。關(guān)鍵詞 AT89C52 單片機 傳感器 WIFI模塊 采集溫濕度Garden ManagerAbstract Garden management is based on AT89C52 single chip microcomputer and

7、 research the acquisition of air soil temperature and humidity and light intensity and the application of WIFI transmission, with AT89C52 single-chip computer as the core, contains data collection and transmission module. In order to facilitate the test, using photosensitive resistance to collect li

8、ght intensity, adopt waterproof DS18B20 collecting soil temperature, soil moisture sensor to collect soil moisture. Pluck at the air using DHT11 temperature and humidity. These sensors will be collected data transmit to MCU, MCU will these data displayed on the LCD screen, through a WIFI module whic

9、h is in external communication between microcontroller and mobile phones. By mobile phone send commands to control all kinds of execution module. This design make us learn our garden in the air and soil temperature and humidity and light intensity of the situation, conveniently and quickly，and make

10、adjustment accordingly, let us adjust the data in the garden, to provide more suitable for the growth of their environment for flowers and plants, so as to manage the garden conveniently, let us enjoy tranquility and beautiful time in the green garden.Key Words AT89C52 MCU The sensor The WIFI module

11、 Temperature and humidity acquisition目 錄引 言IX第一章 緒 論11.1作品背景來源11.2作品研究內(nèi)容及實現(xiàn)功能11.3作品研究意義1第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計22.1系統(tǒng)總體設(shè)計方案和思路32.2系統(tǒng)各個模塊的設(shè)計42.2.1信息采集模塊的設(shè)計42.2.2信息傳輸模塊的設(shè)計42.2.3信息顯示模塊的設(shè)計42.2.4信息執(zhí)行模塊的設(shè)計5第三章 系統(tǒng)元器件的選擇及硬件電路設(shè)計63.1主控芯片的選擇和介紹63.1.1 AT89C52單片機的介紹63.1.2 AT89C52單片機的引腳的介紹73.2外圍電路元器件的選擇和介紹93.2.1空氣溫濕度傳感器DHT1

12、193.2.2土壤溫度傳感器DS18B20及土壤濕度AD采集113.2.3光敏電阻及TFT彩屏133.2.4實現(xiàn)手機與單片機通信的WIFI模塊153.2.5執(zhí)行部件抽水電機的驅(qū)動電路153.3硬件電路的設(shè)計16第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計184.1 數(shù)據(jù)的采集194.2 數(shù)據(jù)在TFT彩屏上的顯示234.3 單片機與手機的通信254.4 數(shù)據(jù)執(zhí)行模塊的軟件操作26結(jié) 論28參考文獻29致謝語30引 言當今的社會發(fā)展速度快的超乎我們的想象，人們生活節(jié)奏也因此而變快，這些無形中讓我們的工作壓力增大。我們的內(nèi)心強烈地渴望著休閑和健康。所以目前人們對健康的關(guān)注度相當之高，人們在閑暇之余更想擁有一個自己的花園，

13、可以在自己的花園中散步放松，緩解生活中的一些壓力，呼吸新鮮的空氣，放松自己。由于計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)在我們對花園的管理正在向著自動化的方向發(fā)展。而本次設(shè)計就滿足人們對花園管理的需求。花園管理者可以更系統(tǒng)地控制花園中的植物生活的環(huán)境的溫濕度，使得花園更適合綠色植物的生長。現(xiàn)在一般的花園或者蔬菜種植基地都有溫濕度控制管理系統(tǒng)。用該系統(tǒng)能更方便管理者操作，提高工作效率并且節(jié)約各種資源，從而也提高了我們對花園的管理效率。我們還給單片機外接了WIFI傳輸模塊，可通過手機對環(huán)境的需求進行集中系統(tǒng)有效的控制。大大降低了花園管理者的勞動強度，給我們管理花園帶來了便利。 本文主要研究內(nèi)容及要解決

14、的問題有：1. 土壤溫濕度的采集2. 空氣溫濕度的采集3. 光照強度的采集4. 傳感器如何將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給單片機5. 如何在顯示屏上顯示出這些采集到的數(shù)據(jù)6. 如何實現(xiàn)WIFI模塊與單片機的通信7. 如何通過手機實現(xiàn)控制調(diào)節(jié)管理花第一章 緒 論1.1作品的背景來源因為社會發(fā)展越來越快，所以人們生活節(jié)奏也加快了，隨之而來地就是工作壓力也越來越大。人們渴望休閑和健康。于是當前人們對健康非常關(guān)注和重視，而綠色植物對人體健康有特殊促進功效。綠色植物不僅可以凈化空氣中的二氧化塘，釋放出我們需要的氧氣，還能供我們觀賞，讓我們在繁忙的工作之余放松自己，而且觀賞綠色植物，還可以讓我們盯了一天電腦的眼睛得到

15、放松?？墒俏覀兠刻斓墓ぷ魃罹鸵呀?jīng)很勞累了，根本過無暇再花大量的時間和精力去照顧我們花園中的這些花花草草，而且一些花草對空氣溫濕度及光照強度的要求隨著時間和季節(jié)的變化而變化，為了更好地照顧這些花草，設(shè)計一個可以讓我們更方便管理花園的系統(tǒng)就值得我們思考了。該作品就這樣孕育而生了，該系統(tǒng)可以讓我們方便快捷的了解到我們的花園的空氣及土壤的溫濕度及光照強度的情況，并作出相應(yīng)地調(diào)節(jié)，讓我們及時調(diào)整花園中的情況，為花草提供更適合他們的生長環(huán)境，從而更好的管理花園，讓我們在快節(jié)奏的生活中享受置身于綠色花園中的寧靜美好。1.2作品研究內(nèi)容及實現(xiàn)功能該作品主要研究基于單片機的空氣土壤濕度光光照強度的采集和WIF

16、I傳輸?shù)膽?yīng)用，該設(shè)計以AT89C52單片機為核心，包含數(shù)據(jù)的采集和傳輸兩大模塊。為了方便數(shù)據(jù)采集，我們用光敏電阻采集光照強度，用防水的DS18B20采集土壤溫度，用AD采集土壤濕度。用DHT11采集空氣溫濕度。這些傳感器把采集來的數(shù)據(jù)傳輸給51單片機，單片機將這些數(shù)據(jù)顯示在TFT彩屏上，另外，通過外接一個WIFI模塊，實現(xiàn)單片機和手機之間的數(shù)據(jù)傳輸。通過手機APP發(fā)送命令來控制各種執(zhí)行模塊進行運作。本文主要研究內(nèi)容及實現(xiàn)的功能有：1.對土壤溫濕度的采集2.對空氣溫濕度的采集3.對光照強度的采集4.傳感器如何將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給單片機5.如何在TFT彩屏上顯示出這些采集到的數(shù)據(jù)6.如何實現(xiàn)WIF

17、I模塊與單片機的通信7.如何通過手機APP實現(xiàn)控制調(diào)節(jié)管理花園1.3作品研究意義該作品通過空氣溫濕度傳感器,土壤溫濕度傳感器以及光敏電阻，對花園中的光照強度、空氣和土壤的溫濕度數(shù)據(jù)進行實時采集，然后通過一個TFT彩屏將各種數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控室的畫面上，讓我們足不出戶就能了解花園內(nèi)的各種實時數(shù)據(jù)，而且該作品還實現(xiàn)了可以將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C上，讓我們可以隨時隨地了解花園的情況，通過配置各種增加光照澆水降溫等執(zhí)行模塊,我們就可以根據(jù)實時數(shù)據(jù)用手機來調(diào)節(jié)花園內(nèi)的環(huán)境，給我們管理花園帶來了極大的便利。第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計思路系統(tǒng)的設(shè)計思路整體可分為兩大部分，一部分是硬件設(shè)計，一

18、部分是軟件的設(shè)計。硬件設(shè)計包括AT89C52單片機的最小系統(tǒng)，采集空氣溫濕度的空氣溫濕度傳感器DHT11，采集土壤溫度的土壤溫度傳感器DS18B20，土壤濕度傳感器，采集光照強度的光敏電阻，還包括執(zhí)行部件抽水電機和它的驅(qū)動電路，最后還包括完成顯示功能的TFT彩屏和實現(xiàn)單片機與手機之間通信的WIFI模塊。軟件部分主要包括：數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)的傳輸和顯示，數(shù)據(jù)通過WIFI模塊的傳輸以及進行相應(yīng)調(diào)節(jié)措施時數(shù)據(jù)執(zhí)行時的軟件操控。設(shè)計思路縱向也可劃分為三個模塊：信息的采集模塊，信息的傳輸模塊，信息的顯示模塊，信息的執(zhí)行模塊。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如下：圖2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖Fig 2.1 Diagram o

19、f the system overall design2.2系統(tǒng)各個模塊的設(shè)計2.2.1信息采集模塊的設(shè)計信息的采集模塊包括三個部分：1）空氣溫濕度的采集：采用的是空氣溫濕度傳感器DHT11，由這一個芯片就可以完成對空氣溫度和濕度數(shù)據(jù)的采集和傳輸。通過采集空氣溫濕度我們就可以知道花園內(nèi)部具體空氣溫濕度情況，讓我們了解當前空氣是否適合植物的生長。2）土壤溫濕度的采集：土壤溫度的采集由傳感器DS18B20來完成，土壤濕度另外采用一個專門檢測土壤濕度傳感器來完成。通過空氣溫濕度我們知道了植物所在的環(huán)境中空氣是否干燥，而對植物更重要的便是土壤的中的水分是否充足，所以我們又增加土壤的溫濕度采集，更加直觀

20、看的觀察當前植物所生長的土壤是否最有利于植物的生長。3）光照強度的采集：采用一個光敏電阻來完成對光照強度的采集。光照對于植物的重要性如同水對于我們?nèi)祟惗?，重要性不必多說，如果光照環(huán)境不適，很有可能造成花園內(nèi)綠色植物的大面積缺水從而導(dǎo)致植物枯萎甚至是死亡，所以我們采集當前光照強度，如果光照強度不合適，我們便可以人為的進行改善，從而讓我們花園中的植物更加健康茁壯生長。2.2.2信息傳輸模塊的設(shè)計為了與物聯(lián)網(wǎng)時代相接軌，我們采用我們幾乎人手一臺的智能手機來與單片機進行數(shù)據(jù)的實時交互傳遞，通過給單片機添加一個WIFI模塊，手機打開自制的手機APP客戶端，就可實時接收和顯示當前植物的溫濕度情況，同時可

21、以用手機發(fā)送命令來控制執(zhí)行模塊的加溫加濕加水等。2.2.3信息顯示模塊的設(shè)計信息的顯示模塊主要指將傳感器和光敏電阻采集到的信息在監(jiān)控室的TFT彩屏上顯示出來以及如何將屏幕上顯示的數(shù)據(jù)傳給手機，讓手機上也能顯示出花園中的溫濕度和光照強度信息。當主控芯片采集到各種數(shù)據(jù)信息要讓我們看到，我們便采用直觀顯示的方式，采用一個TFT彩屏來顯示，TFT彩屏支持16位真彩色，具有普通黑白顯示屏無法比擬的優(yōu)勢，讓我們的作品更加人性化，直觀化，同時TFT彩屏自帶觸摸屏輸入，我們可以根據(jù)觸摸屏輸入來對執(zhí)行部件進行控制，更加方便我們管理花園，使我們的系統(tǒng)更加智能化。2.2.4信息執(zhí)行模塊的設(shè)計信息的執(zhí)行模塊主要包括如

22、何通過手機發(fā)送命令，根據(jù)花園中此刻傳輸來的環(huán)境信息做出相應(yīng)地調(diào)節(jié)措施，如植物缺水，可以讓抽水電機執(zhí)行管理者發(fā)出的命令為花園中的植物澆水等。執(zhí)行模塊主要是根據(jù)實時的溫濕度光照等情況來進行智能調(diào)節(jié)，可以增加光照，噴水，降溫等來對花園內(nèi)的植物生存環(huán)境進行人為調(diào)節(jié)，這樣更有利于植物的生長，為花園中的綠色植被提供一個更適合生長的環(huán)境。 第三章 系統(tǒng)元器件的選擇及硬件電路的設(shè)計3.1主控芯片的選擇和介紹主控芯片我們采用大家所熟悉的AT89C52,這款芯片是51單片機系列經(jīng)典之一，作為單片機初學(xué)者再合適不過，學(xué)習(xí)資料全，價格低廉等種種原因讓我們選擇這款芯片作為我們的主控芯片。下面簡單來了解一下這款經(jīng)典的芯片

23、。3.1.1 AT89C52單片機的介紹1）AT89C52單片機的硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示，是AT89C52的硬件結(jié)構(gòu)圖。從圖中我們不難看出C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和C51系列單片機的基本相同，都是由中央處理器CPU，程序存儲器ROM，數(shù)據(jù)存儲器RAM，定時器或者叫計數(shù)器，并行IO接口和中斷系統(tǒng)這些部分組成。它的硬件結(jié)構(gòu)框圖如下圖所圖3.1 單片機AT89C52硬件結(jié)構(gòu)框圖Fig 3.1 SCM AT89C52 hardware structure diagram 2）主要性能參數(shù) 8K字節(jié)可以重復(fù)擦寫Flash閃速存儲器 1000次可擦寫周期 全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz 三級加密程序存儲器 25

24、6×8字節(jié)內(nèi)部RAM 32個可編程I/O口線 3個16位定時/計數(shù)器 8個中斷源 可編程串行UART通道 低功耗空閑和掉電模式圖 3.2 AT89C52外部引腳圖Fig 3.2 AT89C52 external pins3.1.2 AT89C52單片機引腳的介紹表3.1 單片機的引腳介紹Table 3.1 Pin of MCUu VCC：電源u GND：接地u P0口：是一個雙向的8位數(shù)據(jù)總線，它可以作為輸入也可以作為輸出，P0口可以當作普通I/O口，也可以在系統(tǒng)外部擴展存儲器的時候，可輸出低8位的地址。u P1口：是一個雙向的8位數(shù)據(jù)總線，它可以作為輸入也可以作為輸出，P1口一般用

25、作通用I/O端口，它也可以實現(xiàn)位處理，各位都可以單獨輸出或輸入信息。另外，與AT89C51不同點是，P1.0和P1.1還能分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入和輸出，詳細功能如表3.2所示。u P2口：P2口可以當作普通I/O口，也可以在系統(tǒng)外部擴展存儲器的時候，輸出高8位的地址。當它作為輸入使用時，也會輸出電流ILL。u P3口：P3端口是一個可以位操作的端口。當作為普通I/O端口時，P3口可以實現(xiàn)位操作，是準雙向端口。P3口除了作為一般的I/O口線外，更值得我們關(guān)注的是它的第二功能，如表3.3所示。u RST：是復(fù)位信號。如果晶振正常，RST引腳若持續(xù)2個機器周期的高電平，單片機將會被自動

26、復(fù)位。u ALE/：ALE是用來鎖存P0口輸出的低8位地址的。PROG是如果片內(nèi)存在EPROM的芯片，在EPROM編程的時候，這個引腳將會被輸入編程脈沖。 u ：片外ROM讀選通信號。如果單片機想與外部程序存儲器進行通信，在每個機器周期會被選通兩次，而如果是訪問外部數(shù)據(jù)儲存器，將不會被選通，一直處于封鎖狀態(tài)。u ： EA是選擇片內(nèi)ROM或者片外ROM的選通信號。 VPP的功能是如果片內(nèi)有EPROM的芯片存在，在EPROM編程過程中，為單片機提供編程電源。表3.2 P1.0和P1.1的第二功能 Table 3.2 P1.0 and P1.1 second function 引腳號功能特性P1.0

27、T2（定時/計數(shù)器2外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸出P1.1T2EX定時/計數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制表3.3 P3口引腳第二功能Table 3.3 Second P3 mouth pin function引腳號第二功能P3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0（定時器0外部輸入）P3.5T1（定時器1外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）3.2外圍電路元器件的選擇和介紹主控芯片我們用的是AT89C52,圍繞著主控芯片的外圍電路中我們外接了一些采集數(shù)據(jù)用的傳感器和一個無

28、線WIFI模塊，還外接有一些執(zhí)行部件，下面就簡單介紹一下這些元器件的選取。3.2.1 空氣溫濕度傳感器DHT11空氣溫濕度采集我們采用數(shù)字型輸出傳感器DHT11,精度濕度+-5%RH,溫度+-2，量程濕度20-90%RH， 溫度0-50。可以滿足我們花園的日常采集需要。下面我們介紹一下DHT11這個傳感器。DHT11 是數(shù)字信號輸出的傳感器，而且它可以同時檢測到溫濕度，它具有可靠性高和長期穩(wěn)定性這些優(yōu)點。它還擁有著非常小的體積和極低的功耗，信號傳輸?shù)淖钸h距離有20米，這些優(yōu)點讓它成為本次設(shè)計的最后選擇。DHT11是 4 針單排引腳封裝保存的。DHT11傳感器主要有以下性能指標：1)工作電壓范圍

29、：3.5V5.5V2)工作電流：平均0.5mA3)溫度測量范圍：050，4)濕度測量范圍：2090RH 5)濕度分辨率：1RH6)溫度分辨率：1（8位），7)采樣周期：1s。DHT11引腳說明如表3.3所示。 表3.3 DHT11引腳說明Table 3.3 DHT11 pinDHT11 傳感器應(yīng)用電路圖3.3所示。圖3.3 DHT11傳感器應(yīng)用電路圖Fig 3.3 DHT11 sensor application circuit diagram DHT11 傳感器實物圖如圖3.4所示。圖3.4 DHT11 傳感器實物圖Fig 3.4 DHT11 sensor object diagram3.2

30、.2 土壤溫度傳感器DS18B20及土壤濕度AD采集1）土壤溫度傳感器DS18B20土壤溫度采集我們用的是數(shù)字式溫度傳感器DS1820,它有著可以把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供單片機處理的功能。而且DS18B20是一種常用的檢測濕度的傳感器，我們選擇它的依據(jù)是它防水，并且具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點，防水的可以插入土壤內(nèi)部采集土壤的溫度，然后我們再用單片機進行讀取。下面簡單介紹一下這款經(jīng)典的傳感器。土壤濕度傳感器DS1820的性能：1)測溫范圍為-55 75 2)精度為0.5 3)9位溫度讀數(shù)4)A/D變換時間為200ms5)單線接口6)無需外圍元件7)用戶自設(shè)定溫度報警

31、上下限,其值是非易失性8)構(gòu)成多點溫度檢測系統(tǒng)而無需任何外圍硬件,不需要A/D轉(zhuǎn)換DS18B20仿真設(shè)計圖如圖3.5所示。圖3.5 DS18B20仿真設(shè)計圖Fig 3.5 DS18B20 simulation designDS18B20傳感器應(yīng)用電路圖如圖3.6所示。圖3.6 DS18B20傳感器應(yīng)用電路圖Fig 3.6 DS18B20 sensors application circuit diagramDS18B20傳感器實物圖如圖3.7所示。圖3.7 DS18B20傳感器實物圖Fig 3.7 DS18B20 sensors real figure2）土壤濕度AD采集土壤濕度我們選用土壤濕

32、度傳感器進行采集，土壤濕度的采集是通過AD進行讀取，而AT89C52沒有AD，所以我們選用了一款外部數(shù)字型AD芯片PCF8591進行采集，PCF8591與單片機之間通信采用常用的IIC總線進行，具體方式我們在軟件電路設(shè)計在詳細描述。下面是土壤濕度采集的仿真圖設(shè)計。圖3.8 土壤濕度采集的仿真圖設(shè)計Fig 3.8 Soil moisture acquisition simulation diagram design3.2.3 光敏電阻及TFT彩屏1）光敏電阻光照強度采集我們采用光敏電阻，然后對數(shù)據(jù)進行校準，光敏電阻是根據(jù)半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)做成，它的電阻值會隨著入射光的強弱而改變，所以又被叫做光電

33、導(dǎo)探測器；當入射光增強時，阻值減小，入射光減弱，阻值增大。當然，它也有另一種阻止與入射光強弱成正比的，我們這里用不到就不具體介紹了。光敏電阻跟土壤濕度采集一樣通過PCF8591進行讀取，PCF8591自帶4通路AD采集，足夠我們的使用。下面介紹一下光敏電阻的工作原理。光敏電阻能夠采集光照強度歸功于內(nèi)光電效應(yīng)。它的兩個電極一般都做成梳子的形狀，這是為了提高它的靈敏度。制作光敏電阻的材料一般都是一些半導(dǎo)體。這是因為，當它們處在很暗的環(huán)境中時，它的電阻值很高，然而當它接受光照以后，當光子能量足夠大時，它就可以躍到到導(dǎo)帶，這樣在它原來的位置處就留下一個空穴，這個空穴帶正電荷，這樣就改變了半導(dǎo)體材料中的

34、電子的數(shù)目，從而實現(xiàn)了讓它的電阻率減小的目的，進而造成光敏電阻阻值的下降。而且光照強度越大，阻值越低。當光照消失后，由光子躍遷所產(chǎn)生的電子空穴對就自然而然地會復(fù)合了，光敏電阻的阻值也就降到和原來一樣了。光敏電阻的實物圖如圖3.9所示。圖3.9 光敏電阻的實物圖Fig 3.9 Physical picture of photosensitive resistance2）TFT彩屏數(shù)據(jù)采集我們采用2.2寸的TFT彩屏進行顯示，TFT彩屏自帶一個ILI9341驅(qū)動控制器來控制TFT彩屏的顯示，該彩屏支持16位真彩色顯示，可以滿足我們的顏色要求，它自帶的XPT2046觸摸控制器，可以支持我們對TFT彩

35、屏的觸摸輸入，也可以對我們的控制信息進行選擇。下面對TFT彩屏簡單介紹一下。首先，介紹一下它名字的來歷，TFT的全稱是Thin Film Transistor 。其次，我們之所以選擇它，是因為它能夠做到高速度，高亮度，高對比度地顯示出我們想要它顯示的信息。而在TFT 中我們一般用背光技術(shù)，因為這能讓我們準確地控制不同象素的顏色和亮度，就好像在各個象素之后放有一個窗戶一樣，當這個窗戶打開時，光線就可以通過窗透進來，而當窗戶關(guān)上后，光線就無法再進來。TFT彩屏實物圖如圖3.10所示。圖3.10 TFT彩屏實物圖Fig 3.10 TFT color screen real figure3.2.4 實

36、現(xiàn)手機與單片機通信的WIFI模塊WIFI模塊在我們單片機與手機之間通信之中處于一個橋梁作用，WIFI模塊與單片機之間通過串口進行數(shù)據(jù)傳輸，然后WIFI模塊遠程將數(shù)據(jù)傳送給手機，手機客戶端采用自己編寫的安卓APP進行讀取。有了這個WiFi模塊 ，一般的串口設(shè)備不需要改變?nèi)魏瓮獠坑布渲茫涂梢酝ㄟ^網(wǎng)絡(luò)來傳輸自己想傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。為我們傳輸花園中的環(huán)境信息帶來了極大的便利。WIFI模塊實物圖如圖3.11所示。圖3.11 WIFI模塊實物圖Fig 3.11 The WIFI module physical figure3.2.5 執(zhí)行部件抽水電機的驅(qū)動電路為了實現(xiàn)對花園環(huán)境的改變，我們采用日光燈來實現(xiàn)對

37、光照的增強，用風(fēng)扇來實現(xiàn)對環(huán)境的降溫，用抽水電機來實現(xiàn)對環(huán)境的增加濕度等，其他可能涉及機械的知識，就不在此贅述了。對這些執(zhí)行部件的工作需要大電流驅(qū)動電路，我們采用的是LM298N驅(qū)動模塊，通過它我們就可以對這些大功率器件用單片機來進行控制。LM298N驅(qū)動模塊的原理圖如圖3.12所示。 圖3.12 LM298N驅(qū)動模塊原理圖Fig 3.12 The principle diagram of the LM298N driver moduleLM298N驅(qū)動模塊實物圖如圖3.13所示。圖3.13 LM298N驅(qū)動模塊實物圖 Fig 3.13 LM298N driver module object

38、graph3.3硬件電路的設(shè)計前面我們介紹了外圍電路中的元器件和主控芯片，下面我們簡述一下硬件電路的設(shè)計過程。首先，我們用AT89C52單片機的最小系統(tǒng)作為我們硬件電路設(shè)計的核心部分，然后將空氣溫濕度傳感器DHT11和土壤溫度傳感器DS18B20接到最小系統(tǒng)上，讓它們可以將采集來的數(shù)據(jù)傳輸給單片機，土壤濕度的采集我們用的是AD，而AT89C52最小系統(tǒng)中并沒有集成AD，所以我們選用了一款外部數(shù)字型AD芯片PCF8591采集土壤濕度，PCF8591與單片機之間通常用的IIC總線進行數(shù)據(jù)的傳輸。這是數(shù)據(jù)采集部分的外圍電路的設(shè)計。其次，為了實現(xiàn)手機與單片機之間能相互傳輸數(shù)據(jù)，我們選擇用一個無線WIF

39、I模塊來實現(xiàn)該功能，這個WIFI模塊操作十分簡單，只需要把它接到單片機最小系統(tǒng)上再用程序初始化一下，就可以實現(xiàn)WIFI傳輸了，而且一般的串口設(shè)備不需要改變?nèi)魏瓮獠坑布渲?，就可以通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸自己想傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。最后，是在最小系統(tǒng)中接入一些執(zhí)行部件，執(zhí)行部件的工作需要較大電流的驅(qū)動電路，我們采用的是LM298N驅(qū)動模塊，通過它我們就可以對這些大功率器件用單片機來進行控制。這個模塊也是一個現(xiàn)成的集成好的模塊，只要接入最小系統(tǒng)的板子上，再初始化一下就可以實現(xiàn)驅(qū)動功能了，操作十分簡單。最后還外接有抽水電機，來實現(xiàn)澆水功能，抽水電機也是直接用杜邦線接到51板子上的，再初始化一下就可以通過LM298N模塊

40、來驅(qū)動抽水電機了。因為51最小系統(tǒng)無法驅(qū)動需要大電流的抽水電機，所以我們外接了一個驅(qū)動模塊來驅(qū)動它。第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計系統(tǒng)總體軟件設(shè)計流程框圖如下:圖4.1 總體軟件設(shè)計流程框圖Fig 4.1 The overall software design flow diagram4.1 數(shù)據(jù)的采集 以上我們已經(jīng)介紹我們采集的數(shù)據(jù)主要有空氣溫濕度，土壤溫濕度，光照強度，涉及到的電子器件主要有DHT11,DS18B20,PCF8591,下面我們進行分述我們?nèi)绾螌@些數(shù)據(jù)進行采集。DHT11和DS18B20都是采用單總線傳輸協(xié)議來進行與單片機數(shù)據(jù)通信，單總線是近年來比較流行的一種傳輸協(xié)議，一根天線即可

41、以傳輸時鐘又傳輸數(shù)據(jù)，毫無疑問，它的優(yōu)勢便是硬件結(jié)構(gòu)簡單，一條線即可，當然正是因為一條線的設(shè)計也限制了單總線的速度，使它的速度存在一定上限，不過可以實現(xiàn)一個主機對多個從機的通信，利大于弊。單總線的硬件接口電路圖如下。圖4.2 單總線硬件接口示意圖Fig 4.2 Single bus hardware interface diagram 時序命令流程圖如下：圖4.3 ROM時序命令流程圖Fig 4.3 ROM timing command flow chartDHT11讀取空氣溫濕度的函數(shù)如下：單總線命令讀取一個字節(jié)程序如下：/*讀一個字節(jié)的數(shù)據(jù)*/static unsigned char Re

42、adValue(void)unsigned char count, value = 0, i;status = OK; /設(shè)定標志為正常狀態(tài)for(i = 8; i > 0; i-)/高位在先value <<= 1;count = 0;/每一位數(shù)據(jù)前會有一個50us 的低電平時間.等待50us 低電平結(jié)束while(dht11 = 0 && count+ < NUMBER);if(count >= NUMBER)status = ERROR; /設(shè)定錯誤標志return 0; /函數(shù)執(zhí)行過程發(fā)生錯誤就退出函數(shù)我們采集光敏電阻和土壤濕度采用了一個外部

43、AD芯片PCF8591,該AD芯片可以采集4通道ADC，通過I2C和單片機進行數(shù)據(jù)傳輸。I2C包括兩條信號線，一根數(shù)據(jù)線，一根時鐘線。下面是I2C總線數(shù)據(jù)傳輸示意圖。圖4.4 I2C總線數(shù)據(jù)傳輸示意圖Fig 4.4 I2C bus data transmission schematic diagramI2C發(fā)送字節(jié)的函數(shù)為:/*- 字節(jié)數(shù)據(jù)傳送函數(shù) 發(fā)送出去,可以是地址,也可以是數(shù)據(jù),發(fā)完后等待應(yīng)答,并對 此狀態(tài)位進行操作.(不應(yīng)答或非應(yīng)答都使ack=0 假) -*/void SendByte(unsigned char c) unsigned char BitCnt; for(BitCnt=

44、0;BitCnt<8;BitCnt+) /要傳送的數(shù)據(jù)長度為8位 if(c<<BitCnt)&0x80)SDA=1; /判斷發(fā)送位 else SDA=0; _Nop(); SCL=1; /置時鐘線為高，通知被控器開始接收數(shù)據(jù)位 _Nop(); _Nop(); /保證時鐘高電平周期大于4 _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=0; _Nop(); _Nop(); SDA=1; /8位發(fā)送完后釋放數(shù)據(jù)線，準備接收應(yīng)答位 _Nop(); _Nop(); SCL=1; _Nop(); _Nop(); _Nop(); if(SDA=1)ack=0; else

45、ack=1; /判斷是否接收到應(yīng)答信號 SCL=0; _Nop(); _Nop();4.2 數(shù)據(jù)在TFT彩屏上的顯示TFT顯示屏的控制主要通過SPI以及8位數(shù)據(jù)口相配合來寫數(shù)據(jù)和命令控制每個像素點的顯示，顯示流程為：圖4.5 TFT顯示流程圖Fig 4.5 TFT display flow chartTFT顯示字符的函數(shù)為：/*函數(shù)名：GUI_WriteEnChar *輸 入：x：顯示起始X坐標* * y：顯示起始Y坐標* * *cn：要顯示的字符串* * wordColor：字體的顏色* * backColor：背景顏色*輸 出：*功 能：寫四號字字母*/ #ifdef CHAR14_SHO

46、Wvoid GUI_Write14CnChar(uint x,uint y,uchar *cn,uint wordColor,uint backColor) uchar i, j, wordNum;uint color;while (*cn != '0')TFT_SetWindow(x, y, x+23, y+18);for (wordNum=0; wordNum<20; wordNum+)/wordNum掃描字庫的字數(shù)if (CnChar19x24wordNum.Index0=*cn) &&(CnChar19x24wordNum.Index1=*(cn+

47、1)for(i=0; i<57; i+) /MSK的位數(shù)color=CnChar19x24wordNum.Mski;for(j=0;j<8;j+) if(color&0x80)=0x80)TFT_WriteData(wordColor); elseTFT_WriteData(backColor); color<<=1;/for(j=0;j<8;j+)結(jié)束 /for (wordNum=0; wordNum<20; wordNum+)結(jié)束 cn += 2;x += 24;4.3 單片機與手機的通信前面已經(jīng)提到WIFI模塊與單片機之間通過串口實現(xiàn)通信，51

48、單片機需要對串口進行初化，初始化時需要設(shè)置為9600波特率,需要通過初始化定時Timer1來完成對波特率的設(shè)置，配合實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。通信流程圖如下：圖4.6 串口通信流程圖Fig 4.6 The flow chart of serial port communication 串口初始化程序如下：void init() TMOD=0x20; TH1=0xfd; TL1=0xfd; TR1=1; REN=1; SM0=0; SM1=1; EA=1; ES=1;單個發(fā)送命令如下：void USART_SendChar(uint dat) SBUF = dat; /寫數(shù)據(jù)到UART數(shù)據(jù)寄存器wh

49、ile(!TI);TI=0;4.4數(shù)據(jù)執(zhí)行模塊的軟件操作執(zhí)行模塊程序設(shè)計較為簡單，就是根據(jù)手機發(fā)送的命令解析判讀是什么命令來控制相應(yīng)模塊進行0和1的開合關(guān)閉，部分代碼如下:if(kai_flag1=1)LCD_ClearCake(0, 150, 52, 30, GRAY); /xy范圍：x:052,y:150180LCD_Write14CnChar(2,155,"開燈",RED,GRAY);kai_flag1=0;if(kai_flag2=1)LCD_ClearCake(0, 190, 52, 30, GRAY); /xy范圍：x:052,y:190210LCD_Write14CnChar(2,195,"關(guān)燈",RED,GRAY);kai_flag2=0;if(kai_flag3=1)LCD_ClearCake(62, 150, 52, 30, GRAY); /xy范圍：x:62114,y:150210LCD_Write14CnChar(64,155,"加熱",RED,GRAY);kai_flag3=0;if(kai_flag4=1)LCD_ClearCake(62, 190, 52, 30,