智能澆花控制系統(tǒng)[完成]

1、 哈爾濱劍橋?qū)W院 畢 業(yè) 設(shè) 計 論文題目： 智能澆花控制系統(tǒng) 學(xué) 生： 王磊 指導(dǎo)教師： 翟淑霞 副教授 專 業(yè)： 電子信息工程（電氣及其自動化） 班 級： 09電氣4班 2013年 5 月哈爾濱劍橋?qū)W院畢 業(yè) 設(shè) 計 審 閱 評 語一、 指導(dǎo)教師評語 該生在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，態(tài)度端正，積極主動，能基本在每個階段完成相應(yīng)任務(wù)，能按時上交論文，時間安排也十分合理。 前期設(shè)計中出現(xiàn)的問題及誤區(qū)，老師指點后都細心更改，每次遇到阻礙都及時主動與老師交流、溝通、討論論文出現(xiàn)的問題。論文完成了任務(wù)書所規(guī)定的設(shè)計任務(wù)，論文層次結(jié)構(gòu)安排科學(xué)，語言表達流暢準(zhǔn)確，格式符合規(guī)范要求，達到預(yù)期結(jié)果，符合學(xué)士論文答

2、辯的要求，同意該同學(xué)參加畢業(yè)答辯。 是否同意答辯： 同意答辯 不同意答辯 指導(dǎo)教師（簽名） 翟淑霞 職 稱 副教授 2013 年 5 月 22 日 二、評閱人評語是否同意答辯： 同意答辯 不同意答辯 評閱教師（簽名） 職 稱 年 月 日 哈爾濱劍橋?qū)W院畢 業(yè) 設(shè) 計 答 辯 評 語 及 成 績?nèi)⒋疝q委員會評語四、畢業(yè)設(shè)計成績 簽 字（蓋章）：五、答辯委員會主任單位： 答辯委員會主任職稱： 答辯委員會主任簽字： 年 月 日哈爾濱劍橋?qū)W院畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書題目名稱：智能澆花控制系統(tǒng)設(shè)計立題意義：隨著科學(xué)的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷進步，人們對于生活質(zhì)量的要求也越來越高，花草養(yǎng)殖成為了家

3、庭生活中的一部分，人們養(yǎng)殖花草的目的大多是為了陶冶情操和提高室內(nèi)外的空氣質(zhì)量等等，但由于工作繁忙等原因，不能按時給花草澆水成為了花卉死亡的主要原因；因此設(shè)計一款定時澆花的系統(tǒng)便成為當(dāng)務(wù)之選。技術(shù)條件與要求：1. 本產(chǎn)品實用性強。2. 主要用于家庭和較小場所。3. 本系統(tǒng)抗干擾能力強，感應(yīng)靈敏、性價比較高。任務(wù)內(nèi)容（包括內(nèi)容、計劃、時間安排、完成工作量與水平具體要求）一、任務(wù)內(nèi)容：1. 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。2. 系統(tǒng)各部分硬件電路設(shè)計。3. 系統(tǒng)各部分軟件電路設(shè)計。二、計劃、時間安排：2012年11月26 日2013年4 月7日 選題、撰寫階段2013年4月 8 日5月12日 中期檢查階段5月1

4、3日5月24日 整理、答辯階段5月25日 畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯三、完成工作量與水平具體要求 按照計劃進度、指導(dǎo)教師的要求完成預(yù)定的工作量、提高論文的設(shè)計水平。專業(yè)負責(zé)人意見：簽名：年 月 日智能澆花控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要隨著科學(xué)的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷進步，人們對于生活質(zhì)量的要求也越來越高，花草養(yǎng)殖成為了家庭生活中的一部分，人們養(yǎng)殖花草的目的大多是為了陶冶情操和提高室內(nèi)外的空氣質(zhì)量等等，但由于工作繁忙等原因，不能按時給花草澆水成為了花卉死亡的主要原因。本文利用AT89C51單片機設(shè)計了一種自動澆花控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)可為人們解決因工作等原因無法按時為花卉澆水的問題，以便于花卉茁壯成長。本設(shè)計采

5、用匯編語言進行編程，在LED液晶屏上實現(xiàn)小時，分，秒的顯示;并利用單片機來實現(xiàn)計時，定時功能，同時通過7個按鍵開關(guān)和3個指示燈來實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和調(diào)節(jié)功能、澆花間隔時間的設(shè)定、澆水持續(xù)時間的設(shè)定、單片機對電磁閥的自動控制。根據(jù)用戶設(shè)定的時間順利的完成澆花任務(wù)。關(guān)鍵詞：單片機；控制；顯示；電磁閥Intelligent control system for watering the flowersAbstractWith the continuous development of science and the people life level of progress , people for th

6、e requirements of the life quality is more and more rigorous , plants breeding become part of the family life. The purposes of people breeding plants are for the edify sentiment and improve the indoor and outdoor air quality and so on. Because of the busy jobs and other factors, the inability to wat

7、er the flowers and plants become the main cause of death. In this paper, AT89C51 single-chip microcomputer designed a kind of automatic watering the flowers control system. The system can work for people who can not water the flowers on time, so that the flowers can grow strength and healthy.This de

8、sign uses the assembly languages programming, realizing hours, points, second display on LED; And using single chip computer to realize the timing, timing function, and at the same time through seven button switches and three indicator to achieve parameter setting and adjustment function, the water

9、the flowers of the interval time set, the duration of water with the chip set, solenoid valve to be automatic control. According to users setting time done smoothly the task of watering the flowers.Key words：MCS；control；display；solenoid valve 目 錄摘要IAbstractII1.緒論12. 系統(tǒng)設(shè)計方案32.1系統(tǒng)工作原理32.2系統(tǒng)方框圖設(shè)計32.3系統(tǒng)

10、結(jié)構(gòu)32.3.1單片機模塊42.3.2顯示模塊42.3.3電磁閥模塊42.3.4按鍵模塊42.3.5指示燈模塊42.3.6復(fù)位電路模塊42.4系統(tǒng)人機界面設(shè)計52.5系統(tǒng)操作步驟63. 關(guān)鍵器件的選型73.1單片機的選擇73.1.1 AT89C51簡介73.1.2 AT89C51的主要性能73.1.3 AT89C51的管腳說明83.2繼電器的選擇103.3電磁閥的選擇103.4顯示器的選擇114. 硬件電路設(shè)計124.1單片機最小系統(tǒng)124.1.1 晶振電路設(shè)計124.1.2 復(fù)位電路124.1.3單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計134.2按鍵電路設(shè)計144.3數(shù)碼管顯示電路設(shè)計154.4電磁閥電路設(shè)計

11、164.5整體電路設(shè)計175. 系統(tǒng)軟件設(shè)計185.1軟件架構(gòu)設(shè)計185.2主程序185.2初始化模塊195.3按鍵判別與處理模塊215.4按鍵消抖方法225.5數(shù)碼顯示模塊235.6工作時間計算模塊25結(jié)論26致謝27參考文獻28附錄29IIIIII哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計智能澆花控制系統(tǒng)設(shè)計1. 緒論近年來，人們的生活水平有了大幅度的提高，然后如何真正提高生活質(zhì)量，如何使生活產(chǎn)生質(zhì)的飛躍成為了大多數(shù)人們思考的問題。種植花草是中國人千百年來的維持不變的喜好，故多數(shù)人選擇種植花草來陶冶情操，同時，也把它作為一項業(yè)余的消遣活動，但由于人們生活節(jié)奏快和經(jīng)常出差等緣故，不能按時為花草澆水成為了花草死亡

12、的主要原因。為了解決按時為花草澆水的問題，人們會采取在手機中存?zhèn)渫浺约白龈鞣N備忘錄等方法，但這些方法始終存在很多缺陷，市場上的智能澆花系統(tǒng)儀器功能繁多但是價格過于昂貴，而且對于普通家庭而言，過于復(fù)雜的應(yīng)用和多功能是不必要的。智能澆花系統(tǒng)的出現(xiàn)正可以解決這一問題，該系統(tǒng)其主要執(zhí)行裝置是一個電磁閥門，其一端連接水管，另外一端連接外置的水管作為澆水口，澆水的水量主要由單片機控制。設(shè)備主要是通過控制澆水的時間間隔和澆水的持續(xù)時間來控制澆水量的。操作方便簡便，這樣即實現(xiàn)了家庭生活的現(xiàn)代化又保證了植物的正常生長。近年來，以電子技術(shù)為代表的新技術(shù)促進了電子行業(yè)的飛速增長，也極大地推動了智能家電和智能家用設(shè)

13、備的快速發(fā)展。國外的智能家用設(shè)備市場儼然已經(jīng)做大做強，鑒于中國在全球制造鏈和設(shè)計鏈的重要地位，使得這里成為全球各大生產(chǎn)智能家用設(shè)備廠商逐鹿的大戰(zhàn)場，同時，也帶動了中國本土智能家用設(shè)備儀器研發(fā)與測試技術(shù)應(yīng)用的迅速發(fā)展。智能澆花控制系統(tǒng)自然也包括在其中，近些年來，國內(nèi)外出現(xiàn)了許多種智能澆花控制系統(tǒng)，其功能與控制原理也存在著許多的不同，但根本目的均為方便人們的日常生活和保證花草的正常生長。眾所周知，在二十世紀(jì)，人類跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和電腦時代。但這種電腦，通常指個人計算機，也就是我們平時所說的PC機。它由主機、顯示器、鍵盤等組成。除此之外還有一類計算機，大多數(shù)人很不熟悉。這

14、種計算機就是把智能賦予給各種機械的單片機（微控制器）。這種計算機最小的系統(tǒng)只用一片集成電路，就能進行簡單運算和控制。因為其體積小，通常都被放在被控機械的“肚子”里。在整個裝置中，他的作用有如人類頭腦，若它出了毛病，整個裝置也就癱瘓了?，F(xiàn)如今，這種單片機的使用領(lǐng)域已發(fā)展的十分廣泛，如智能儀表、導(dǎo)航系統(tǒng)、實時工控、通訊設(shè)備、家用電器等。各種家用產(chǎn)品用上了單片機以后，便能起到令產(chǎn)品換代升級的功效，通常都會在產(chǎn)品名稱前加上形容詞“智能型”，例如智能型洗衣機等等。 而花卉養(yǎng)殖作為大多數(shù)人生活中的一部分，卻常常因為人們工作等原因被忽略，智能澆花控制系統(tǒng)可為人們解決這一問題，與此同時，智能澆花控制系統(tǒng)若能走

15、進家庭，也是人們生活進入智能化的標(biāo)志之一。2. 系統(tǒng)設(shè)計方案2.1系統(tǒng)工作原理智能澆花控制系統(tǒng)的設(shè)計，其主要執(zhí)行裝置是一個電磁閥門，其一端連接水管，另外一端連接外置的水管作為澆水口，澆水的水量主要由單片機控制。設(shè)備主要是通過控制澆水的時間間隔和澆水的持續(xù)時間來控制澆水量的1。2.2系統(tǒng)方框圖設(shè)計系統(tǒng)主要是由單片機、電源、按鍵、顯示、指示燈、復(fù)位電路、電磁閥模塊等組成。方框圖如圖2-1所示：復(fù)位電路模塊電磁閥模塊顯示模塊指示燈模塊單片機模塊按鍵模塊電源模塊圖2-1 系統(tǒng)方框圖2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整個自動澆花設(shè)備的結(jié)構(gòu)可以分為5大部分：中央處理單元(CPU)，LED顯示部分,電磁閥部分，按鍵部分，指示燈

16、部分等。2.3.1單片機模塊單片機模塊對整個系統(tǒng)進行控制，實現(xiàn)以下功能：(1) 控制顯示模塊顯示工作參數(shù)；(2) 根據(jù)按鍵的輸入做出正確的計算，并傳輸?shù)斤@示器件上實現(xiàn)時間的調(diào)整設(shè)置；(3) 控制LED的點亮和熄滅；(4) 實現(xiàn)電磁閥的控制。2.3.2顯示模塊數(shù)碼顯示模塊能夠?qū)⑿枰臅r間參數(shù)顯示出來，提供了系統(tǒng)和操作者的交流窗口，是人機界面的重要組成部分之一。2.3.3電磁閥模塊電磁閥是本設(shè)備的執(zhí)行設(shè)備，系統(tǒng)通過電磁閥控制水的流通和截止，實現(xiàn)了電能到機械能的轉(zhuǎn)換。2.3.4按鍵模塊按鍵是人機界面的另一個重要組成部分，它是最主要的輸入設(shè)備。用戶通過按鍵將自己的要求告知單片機，單片機根據(jù)用戶的設(shè)置進

17、行相應(yīng)的操作。2.3.5指示燈模塊指示燈是數(shù)碼顯示模塊以外的另一輸出設(shè)備，在數(shù)碼管的基礎(chǔ)上起到輔助作用。2.3.6復(fù)位電路模塊復(fù)位模塊主要功能為在上電的一瞬間，電壓不是直接跳變到單片機可工作的電壓范圍。并且在外部輸入電壓較低的時候（電壓在臨界范圍），這個時候單片機可能工作也可能不工作，故而會引起芯片內(nèi)程序道德無序執(zhí)行，復(fù)位電路需要確保在上電的時候暫時不讓單片機立刻進入工作狀態(tài)，即上電延時狀態(tài)。2.4系統(tǒng)人機界面設(shè)計操作界面如圖2-2所示,主要由2位數(shù)碼管、7個按鍵和3個發(fā)光二級管組成。圖中各部分介紹如下：數(shù)碼管：用于顯示工作持續(xù)時間和時間間隔，配合按鍵完成各項參數(shù)的設(shè)置。LED1：電源指示燈，

18、當(dāng)通電以后就亮起，說明系統(tǒng)已經(jīng)開始工作。LED2和LED3：參數(shù)指示燈。當(dāng)LED2亮起以后，說明目前數(shù)碼管上顯示的是工作間隔時間，可以通過按鍵對其設(shè)置。當(dāng)LED3亮起時，說明目前顯示的是工作持續(xù)時間。ON/OFF ：電源開關(guān)，按下后電源指示燈LED1點亮，系統(tǒng)開始工作。RESET：系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)遇到意外情況系統(tǒng)出現(xiàn)死機，可通過此按鍵恢復(fù)正常工作。SWITCH：用于切換工作間隔時間和工作持續(xù)時間，按下以后LED2和LED3將依次點亮。UP和DOWN：增加和減少數(shù)碼管所顯示數(shù)字的值。OK：確定鍵，當(dāng)用戶使用UP和DOWN鍵設(shè)置好時間以后，按下OK鍵進行保存和應(yīng)用。CLEAR：清零鍵，可通過此按鍵將當(dāng)

19、前數(shù)碼管示數(shù)快速清零，重新進行設(shè)置。ON/OFFRESETOKDOWNUPCLEARSWITCHLED1LED2LED3圖2-2 操作人機界面2.5系統(tǒng)操作步驟(1) 將入水管連接到自來水龍頭和電磁閥之間，用出水管連接電磁閥和花盆，這個過程中注意水管的密封性，也不要讓水濺到電路板上。(2) 將控制系統(tǒng)通電，按下電源開關(guān)ON/OFF，LED1亮，表示一切正常。(3) 按下SWITCH鍵，LED2點亮，通過UP和DOWN設(shè)置工作間隔時間。按下CLEAR可清零。(4) 按下SWITCH鍵，LED2熄滅，LED3點亮，通過UP和DOWN設(shè)置工作持續(xù)時間，按下CLEAR可清零。(5) 按下OK鍵，LED

20、3熄滅，系統(tǒng)按照設(shè)定的參數(shù)開始工作。3. 關(guān)鍵器件的選型3.1單片機的選擇AT89C51單片機是Atmel公司推出的一款產(chǎn)品，一般小芯片的價格都比較低，同樣AT89C51作為一款小芯片產(chǎn)品其價格相對而言較為便宜，并且其與MCS-51系列兼容行很好，所以本系統(tǒng)決定采用AT89C51作為芯片2。3.1.1AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。

21、單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C5x單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案3。3.1.2AT89C51的主要性能(1)與MCS-51 兼容；(2)4K字節(jié)可編程FLASH存儲器；(3)壽命：1000寫/擦循環(huán)；(4)數(shù)據(jù)保留時間：10年；(5)全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz；(6)三級程序存儲器鎖定；(7)128

22、15;8位內(nèi)部RAM；(8)32可編程I/O線；(9)兩個16位定時器/計數(shù)器；(10)5個中斷源；(11)可編程串行通道；(12)低功耗的閑置和掉電模式；(13)片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。3.1.3AT89C51的管腳說明AT89C51的引腳圖如圖3-1所示。 圖3-1 AT89C51的引腳圖VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0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(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P

23、0外部必須接上拉電阻。 P1口：P1口是一個內(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，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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)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(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)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。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八

24、位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)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4。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個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，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL），這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 表3-2 P3管腳第二功能表P3口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外部中斷0）P3.

25、3INT1（外部中斷1）P3.4T0（計時器0外部輸入）P3.5T1（計時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上

26、置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。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。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩

27、放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.2繼電器的選擇繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關(guān)系。通常應(yīng)用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。本次設(shè)計過程中需要一個繼電器來控制電磁閥的工作。由于需要工作電壓在5V左右。所以選擇了型號為JZC-36F的繼電器，其工作電壓在4V45V之間5。3.3電磁閥的選擇閥門是在流體系統(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）流動或停

28、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)流動方向，具有導(dǎo)流、截止、節(jié)流、止回、分流或溢流卸壓等功能。用于流體控制的閥門，從最簡單的截止閥到極為復(fù)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)備采用單片機控制，并且電磁閥是由開關(guān)信號控制的，與單片機控制電路連接十分的方便，所以決定采用電磁閥作為閥門6。電磁閥從原理上分為三大類： (1) 直動式電磁閥： 原理：通電時，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，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。 特點：在真空、負壓、零壓時能正常工作，但通徑一般不超過25mm。 (2

29、) 分步直動式電磁閥： 原理：它是一種直動和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口沒有壓差時，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)入口與出口達到啟動壓差時，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，先導(dǎo)閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動關(guān)閉件，向下移動，使閥門關(guān)閉。 特點：在零壓差或真空、高壓時亦可動作，但功率較大，要求必須水平安裝。 (3) 先導(dǎo)式電磁閥： 原理：通電時，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，流體壓力推動關(guān)閉件向上移動，閥門打開；斷電時，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔迅

30、速腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓差，流體壓力推動關(guān)閉件向下移動，關(guān)閉閥門。 特點：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。由于直動式電磁閥結(jié)構(gòu)較為簡單，動作可靠，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式電磁閥。具體為YCSM31系列的二位二通直動式電磁閥（常閉型）。3.4顯示器的選擇在顯示器的選擇上，雖然LED數(shù)碼管消耗電力比液晶顯示器多一點，但是LED數(shù)碼管顯示更加清晰，更加適合在白天等強光條件下顯示。液晶顯示極其省電，但是使用有溫度范圍限制，且因是反光式的，在外界光線很明亮的情況下很容易看不清楚。 另外，LED數(shù)碼管的價格與液晶顯示

31、器相比較為低廉，故本次設(shè)計采用LED數(shù)碼管7。4. 硬件電路設(shè)計4.1單片機最小系統(tǒng)4.1.1晶振電路設(shè)計AT89C51單片機芯片內(nèi)部設(shè)有一個反相放大器所構(gòu)成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端。在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件常常是用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。系統(tǒng)選擇了12MHz的晶振片，兩個30pF的電容C7和C8。晶振電路如圖4-1所示。圖4-1 晶振電路4.1.2復(fù)位電路本設(shè)計采用的按鍵復(fù)位電路，當(dāng)要系統(tǒng)自動復(fù)位時，只需要按住S7按鍵，此時電源Vcc經(jīng)過電阻R1、R2分壓，并且在RST端產(chǎn)生一個復(fù)位的高電

32、平。同樣，只要保證RST端保持高電壓的時間大于兩個機器周期時，系統(tǒng)自動能實現(xiàn)正常復(fù)位。復(fù)位電路如圖4-2所示：圖4-2 AT89C51單片機的復(fù)位電路4.1.3單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計單片機最小系統(tǒng)設(shè)計電路如圖4-3所示：圖4-3單片機最小系統(tǒng)如圖所示，AT89C5單片機的RST引腳連接復(fù)位電路，P2.7引腳連接電磁閥電路，P1.0P1.7引腳連接按鍵電路，XTAL1和XTAL2引腳連接晶振電路，P2.0和P2.1引腳連接指示燈電路，P2.5P2.7引腳連接放大電路則與P0.0P0.7引腳一起控制LED顯示電路8。4.2按鍵電路設(shè)計系統(tǒng)采用非編碼鍵盤，按鍵電路主要由5個按鍵S1S5組成，采用獨立

33、式的按鍵形式。各按鍵的功能見表4-4：表4-4 按鍵功能對照表按鍵編號功能連接端口S1SWITCHP1.1S2UPP1.2S3DOWNP1.3S4CLEARP1.4S5OKP1.5按鍵電路如圖4-5所示，按照圖中的電路連接方法，判斷是否有鍵按下的方法是：查詢每一根接按鍵的I/O口線的輸入電平，如果是低電平則說明這個接口線連接的按鍵處于按下狀態(tài)。相反，若為高電平則說明按鍵處于非按下狀態(tài)。圖4-5 按鍵電路4.3數(shù)碼管顯示電路設(shè)計系統(tǒng)采用兩個七段發(fā)光數(shù)碼顯示器HS-3461BS2，HS-3461BS2它是共陽極的數(shù)碼顯示器。 處于工作狀態(tài)的數(shù)碼管，其顯示情況由單片機的P0.0P0.6七個接線口決定

34、，其七個口分別連接著數(shù)碼管的七個筆畫。例如要在數(shù)碼管DS1中顯示1，而數(shù)碼管DS2處于非工作狀態(tài)，則需要將P2.6接線口置為1，P2.5接線口置為0，并且使P0.1和P0.2接線口置為1，而P0.0,P0.3P0.6接線口置為0。字形段碼表如表4-6所示：表4-6 數(shù)碼管段碼表顯示字符共陰極字型碼五班03FH C0H106H F9H25BHA4H34FHB0H466H99H56DH92H67DH82H707HF8H87FH80H96FH90H根據(jù)上面的7段字形碼表可以進行編碼，從而控制數(shù)碼管的顯示。LED顯示電路如圖4-7所示圖4-7數(shù)碼管顯示電路4.4電磁閥電路設(shè)計如下圖所示Q3為一個PNP

35、三極管，D1為普通二極管，K1為JZC-36F繼電器，M電動機符號來表示電磁閥。在繼電器失電的狀態(tài)下，動合觸點斷開，動斷觸點閉合，當(dāng)繼電器得電后，動合觸點閉合，動斷觸點斷開，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。動合觸點是指繼電器(或功能電器)中有預(yù)定激勵時閉合，無激勵時斷開的觸點，而動斷觸點則是繼電器(或功能電器)中有規(guī)定的激勵時斷開，無規(guī)定的激勵時閉合的觸點。在本次系統(tǒng)設(shè)計中選用了動合觸電開關(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基極得到一個低電平則繼電器開關(guān)立即閉合，在處于高電平時繼電器開關(guān)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)9。 當(dāng)繼電器的開關(guān)閉合時

36、，電磁閥則處于一個通路的狀態(tài)下，進而電磁閥開始工作，系統(tǒng)設(shè)備開始澆水。相反，當(dāng)繼電器的開關(guān)斷開時，電磁閥處于一個斷路的狀態(tài)下，則電磁閥不工作，從而系統(tǒng)設(shè)備也不工作。電磁閥電路如圖4-8所示。圖4-8 電磁閥電路4.5整體電路設(shè)計總電路主要由：晶振電路,復(fù)位電路，按鍵設(shè)置電路， LED顯示電路，電磁閥電路，以及電源電路等幾個部分。通過這幾個分電路的分工合作，能夠使得系統(tǒng)具有顯示功能，并且具備鍵盤調(diào)整功能，同時能夠?qū)﹄姶砰y進行有效的控制。從而使設(shè)備順利的進行工作。整體電路圖見附錄1。5. 系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1軟件架構(gòu)設(shè)計在編寫程序代碼之前，必須先對系統(tǒng)通盤考慮，事先設(shè)計好系統(tǒng)的軟件架構(gòu)。軟件架構(gòu)是指

37、在一定的設(shè)計原則基礎(chǔ)上，從不同角度對組成系統(tǒng)的各部分進行搭配和安排，形成系統(tǒng)的多個結(jié)構(gòu)而組成架構(gòu)，它包括該系統(tǒng)的各個組件，組件的外部可見屬性及組件之間的相互關(guān)系。對本系統(tǒng)而言，就是要設(shè)計好每一個功能最合理的實現(xiàn)方法，不要等到代碼寫到一半才發(fā)現(xiàn)某個功能難以實現(xiàn)，導(dǎo)致全部重寫或是迫不得已采用有隱患的的實現(xiàn)方法。一般而言，軟件架構(gòu)設(shè)計要達到如下的目標(biāo)：可靠性（Reliable）、安全性（Secure）、可擴展性（SCAlable）、可定制化（CuSTomizable）、可擴展性（Extensible）和可維護性（MAIntainable）等10。在本系統(tǒng)中，主要的部分有按鍵處理、數(shù)碼管的動態(tài)顯示和工

38、作時間的計算。這三個任務(wù)都是必須連續(xù)工作的。如果按鍵處理相關(guān)程序暫停運行，用戶按下按鍵時就沒有反應(yīng)；如果數(shù)碼管相關(guān)的程序暫停運行，顯示的數(shù)字就會出現(xiàn)異常。為了實現(xiàn)系統(tǒng)軟件架構(gòu)要求的目標(biāo)（主要是可靠性、可擴展性和可維護性），采用了這樣的軟件結(jié)構(gòu)：在主程序中讀取按鍵輸入以及進行相應(yīng)按鍵的處理；用定時器TIMER0定時出發(fā)中斷，在定時器的終端服務(wù)程序中進行數(shù)碼管的動態(tài)掃描顯示；另一個定時器TIMER1用來計算工作間隔時間和工作持續(xù)時間。5.1.1主程序主程序指的是單片機上電以后就開始運行的程序，與中斷服務(wù)程序相區(qū)分。主程序進行了兩個操作，首先對系統(tǒng)進行初始化設(shè)置，然后進入一個循環(huán)結(jié)構(gòu)，掃描按鍵是否被

39、按下，當(dāng)有鍵按下以后就執(zhí)行相應(yīng)的按鍵處理程序11。流程圖見圖5-1。單片機復(fù)位以后（無論上電復(fù)位還是按鍵復(fù)位）將從程序存儲器的0000H地址開始運行程序。在這里必須寫一條跳轉(zhuǎn)指令，引導(dǎo)程序跳轉(zhuǎn)到主程序的起始地址。為了使程序更清晰，提高可讀性，采用了模塊化的思想來指導(dǎo)程序的編寫。也就是將各功能封裝成子程序，在使用時直接調(diào)用。在主程序中調(diào)用了兩個子程序，分別是初始化子程序和按鍵判別與處理子程序，在接下來的幾節(jié)中將會依次介紹。圖5-1 主程序流程圖程序開始初始化按鍵判別與處理程序結(jié)束5.2初始化模塊在本系統(tǒng)中，初始化的操作要實現(xiàn)兩個目標(biāo)，一是對單片機本身的特殊功能寄存器（ISR）進行賦值，是單片機內(nèi)

40、部集成的各功能正常工作，比如定時器；二是對單片機外圍的輸出設(shè)備的狀態(tài)進行設(shè)置，防止出現(xiàn)不希望的輸出，比如電磁閥控制的水管。單片機內(nèi)部的設(shè)置主要集中在定時器相關(guān)的寄存器。將定時器0設(shè)為10ms溢出一次，用于數(shù)碼管的動態(tài)顯示；定時器1也設(shè)為10ms溢出一次，通過軟件計100個數(shù)實現(xiàn)1秒的定時時間12。外部設(shè)備方面，電磁閥驅(qū)動端口P2.7需要設(shè)為高電平，讓電磁閥不通電，保持關(guān)閉狀態(tài)；LED2驅(qū)動端口P2.0設(shè)為高電平，讓其點亮；LED3驅(qū)動端口P2.1要設(shè)為低電平，讓它不亮；數(shù)碼管段碼選擇端口P0設(shè)為0C0H，讓其顯示“00”，稍后將由定時器0中斷控制它顯示正確的數(shù)字；按鍵輸入端口P1.1P1.2均

41、設(shè)為高電平，否則將無法正確讀取按鍵狀態(tài)。初始化子程序見附錄二。初始化子程序流程圖見5-2。圖5-2 初始化子程序流程圖程序開始配置定時器0寄存器配置定時器1寄存器輸入端口設(shè)為高電平設(shè)置LED2亮LED3滅數(shù)碼管顯示“00”設(shè)置電磁閥關(guān)閉程序結(jié)束5.3按鍵判別與處理模塊P1.1=0？P1.2=0？P1.3=0？P1.5=0？P1.4=0？程序開始讀取P1消抖處理程序結(jié)束切換顯示當(dāng)前數(shù)加1當(dāng)前數(shù)減1當(dāng)前數(shù)=0保存數(shù)值YYYYYNNNNN圖5-3 按鍵判別處理子程序流程圖上圖5-3按鍵判別處理子程序流程圖在這個子程序內(nèi)，首先讀取P1口的輸入狀態(tài)，經(jīng)過消抖處理以后依次判斷P1.1P1.5的電平是否由1

42、變?yōu)?，哪一位變?yōu)?了，就說明其對應(yīng)的按鍵已經(jīng)被按下，可以跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的按鍵處理程序。按鍵具體的操作連鎖關(guān)系如下12：1.當(dāng)指示燈LED2亮，數(shù)碼管1選中時，經(jīng)過“UP”，“DOWN”調(diào)節(jié)按鍵調(diào)節(jié)過的顯示數(shù)字存儲與(41)H,其相應(yīng)的P0值存儲與（40）H。2.當(dāng)指示燈LED2亮起，數(shù)碼管2選中時，經(jīng)過“UP”，“DOWN”調(diào)節(jié)按鍵調(diào)節(jié)過的顯示數(shù)字存儲與(61)H,其相應(yīng)的P0值存儲與（61）H。3.當(dāng)指示燈LED3亮起，數(shù)碼管1選中時，經(jīng)過“UP”，“DOWN”調(diào)節(jié)按鍵調(diào)節(jié)過的顯示數(shù)字存儲與(51)H,其相應(yīng)的P0值存儲與（51）H。4.當(dāng)指示燈LED3亮起，數(shù)碼管2選中時，經(jīng)過“UP”，“D

43、OWN”調(diào)節(jié)按鍵調(diào)節(jié)過的顯示數(shù)字存儲與(71)H,其相應(yīng)的P0值存儲與（71）H。5.4按鍵消抖方法為了確保CPU對一次按鍵動作只確定一次，系統(tǒng)采用軟件消除抖動的方法。具體為：若CPU檢測到有鍵按下時，先執(zhí)行一段延時程序后再檢測此按鍵，若仍為按下狀態(tài)，則CPU認為此按鍵確實按下。同樣，在鍵從按下到再次松開時，若CPU檢測到有鍵松開，并在延時一段時間后仍檢測到鍵在松開狀態(tài)，則認為此鍵確實松開了13。消抖流程圖如圖5-4所示。主程序開始讀鍵盤有鍵按下否？用延時程序確定鍵是否按下鍵按下是否有效？按鍵處理初始化NNYY圖5-4 按鍵消抖方法流程圖5.5數(shù)碼顯示模塊數(shù)碼管顯示程序是基于定時器0的中斷功能

44、實現(xiàn)的。定時器溢出時間是10ms，每次溢出中斷選中一位數(shù)字，下一次中斷再選中另一位數(shù)字。有研究證實，當(dāng)圖畫變換速度大于每秒24幀以后，人眼就看不出閃爍14。按照剛才的計算，數(shù)碼管刷新的速度是每秒50幀，大大超過24幀的最低限度，所以肉眼看不出掃描時的閃爍。在用按鍵修改工作參數(shù)后，將參數(shù)存入一個指定的內(nèi)存地址單元，在定時器0中斷中，讀取這個單元內(nèi)的數(shù)據(jù)并顯示出來。程序開始i=0？選中十位i=1P 0輸出十位數(shù)碼i=0P0輸出個位斷碼選中個位程序結(jié)束NY圖5-5 數(shù)碼管顯示程序（定時器0中斷服務(wù)程序）流程圖5.6工作時間計算模塊工作間隔時間的計算是基于定時器1的中斷功能實現(xiàn)的。定時器1的溢出時間為

45、10ms，當(dāng)溢出100次以后，即為1秒。每次計數(shù)達到一秒，就將預(yù)存的工作間隔時間減去1秒，當(dāng)工作間隔時間減到0時，說明已經(jīng)到了澆花時間，開啟繼電器，讓水流通15。圖5-6 工作時間計算程序（定時器1中斷服務(wù)程序）流程圖程序開始 i=i+1i>=100？i=0間隔時間減1秒間隔時間=0？開始澆花程序結(jié)束NNYY結(jié)論本次畢業(yè)論文所設(shè)計的智能澆花控制系統(tǒng)的主要特點為系統(tǒng)的兩大功能，即定時澆花和定量澆花，系統(tǒng)的主要控制器件為AT89C51單片機、繼電器、電磁閥以及LED數(shù)碼管，通過軟硬件的共同控制，完成澆水過程。通過本次畢業(yè)設(shè)計，讓我進一步了解了微電腦控制的智能系統(tǒng)，更扎實關(guān)于單片機AT89C5

46、1的相關(guān)知識。也使我真正接觸到了檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計，讓我了解到設(shè)計中不僅要考慮到技術(shù)方面的問題，還有實用性、實際操作性等很多細節(jié)需要注意。通過對智能澆花系統(tǒng)的設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，理論和實際的結(jié)合鍛煉了我綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識來解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊以及電腦制圖等專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉。在我的設(shè)計中也許還有好多不足的地方，但是正是這些不足才給了我們研究單片機的巨大動力，只有發(fā)現(xiàn)問題，面對問題，才有可能解決問題，不足和遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我會更加關(guān)

47、注這些新技術(shù)新設(shè)備，并爭取盡快的掌握這些先進的技術(shù)知識，更好的為自己努力，為自己奮斗。致 謝通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文終于完成了。論文的順利完成，我要由衷地感激翟淑霞老師。在整個設(shè)計期間，翟老師傾注了大量的時間和精力，從論文選題、開展調(diào)研到論文的軟硬件設(shè)計階段一直給予指導(dǎo)與啟發(fā)，并為我提供了許多有用的想法和設(shè)計思路，在我寫作論文的過程中，翟老師給我提供了許多資料，并對電路設(shè)計中出現(xiàn)的問題給予耐心解答，完稿之后在百忙之中仔細閱讀，給出修改意見，在此對她表示感謝。與此同時，還要感謝身邊的同學(xué)們對我的幫助，在我寫本論文的過程中，他們給予我大量的指導(dǎo)和建議，對我不解的地方進行耐心的講解，我才能順

48、利的完成論文的寫作。 參考文獻1 郭天祥.51單片機C語言教程入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略M.北京:電子工業(yè)出版社， 2009:67-87.2 王玉鳳,劉湘黔.電子設(shè)計從零開始M.北京:清華大學(xué)出版社,2010:123-134.3 譚浩強.C程序設(shè)計教程學(xué)習(xí)輔導(dǎo) M.北京:清華大學(xué)出版社，2011:23-26.4 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.成都：高等教育出版社,2010:45-48.5 趙克中.磁力驅(qū)動技術(shù)與設(shè)備M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008:134-156.6 林伸茂.8051單片機徹底研究M.北京:中國電力出版社,2007：56-67.7 吳磊.8051微控制器M.北京:清華大學(xué)出版

49、社,2008:98-111.8 郭英濤.LCD背光驅(qū)動電路與應(yīng)用實例M.北京:人民郵電出版社,2009:245-256.9 張煒.LCD驅(qū)動電路、驅(qū)動程序與典型應(yīng)用M.北京:人民郵電出版社,2009:256-265.10 SD Group.SD Memory Card SpecificationsZ.USA:Technical Committee SD Association, 2008:456-467.11 Teayon . Hardware White Paper Z.USA：Microsoft Corporation,2011:46-57.12 張琳.調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社

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