基于單片機智能澆花系統(tǒng)設(shè)計

目錄1.緒論11.1系統(tǒng)工作原理11.2系統(tǒng)模塊11.3系統(tǒng)操作界面及其操作過程21.3.1系統(tǒng)操作過程22.部件的選擇32.1芯片的選擇32.2繼電器的選擇32.3閥門的選擇32.3.1電磁閥的選擇33.硬件設(shè)計43.1設(shè)備的結(jié)構(gòu)43.1.1中央處理單元43.1.2LED顯示局部43.1.3電磁閥局部4按鍵局部43.1.5指示燈局部53.2總電路設(shè)計圖53.3AT89C51單片機電路63.4晶振電路63.5復(fù)位電路73.6按鍵電路103.9LED顯示電路103.10電磁閥電路124.軟件設(shè)計13系統(tǒng)組成134.2消抖流程及程序144.3總流程及程序164.4按鍵處理總流程及程序174.5工作中的處理流程195.結(jié)論20參考文獻21AT89C51基于單片機智能澆花系統(tǒng)設(shè)計摘要:本設(shè)計是通過AT89C51單片機采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1.1系統(tǒng)工作原理自動澆花系統(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系統(tǒng)模塊復(fù)位電路模塊51單片機模塊電源模塊按鍵模塊指示燈模塊顯示模塊電機模塊系統(tǒng)主要是由單片機、電源、按鍵、顯示復(fù)位電路模塊51單片機模塊電源模塊按鍵模塊指示燈模塊顯示模塊電機模塊圖1-1系統(tǒng)操作界面及其操作過程圖1.2系統(tǒng)操作界面系統(tǒng)操作過程注：用上圖中的數(shù)字編號代替相關(guān)按鍵A:放置設(shè)備，接上水管〔注意：保證不漏水〕，插上插頭。B:按下按鍵4，接通電源，指示燈1亮起〔只要電源保持接通那么指示燈時刻保持亮起〕。C:按下按鍵5，顯像管顯像數(shù)字全部置為初始值〔即上次設(shè)置的時間〕。同時指示燈2亮起，可以對設(shè)備工作的時間間隔進行設(shè)定。D:利用按鍵8、9、10對設(shè)備工作的時間間隔進行設(shè)定和調(diào)節(jié)。E:設(shè)定完時間間隔后，利用按鍵7〔可以反復(fù)按按鍵7來切換指示燈2和指示燈3〕將指示燈2切換到指示燈3，即可以對設(shè)備工作的持續(xù)時間進行設(shè)定了。F:同上對設(shè)備工作持續(xù)時間進行設(shè)定。G:設(shè)備工作時間設(shè)定完成后，按下按鍵7那么設(shè)備開始工作。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擬低，同樣AT89C51作為一款小芯片產(chǎn)品其價格相對而言較為廉價，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。2.2繼電器的選擇設(shè)備在設(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，而且能保證本錢相對而言比擬低。所以選擇了型號為JZC-36F的繼電器，其工作電壓在4V～45V之間，而且在市場上的價格為4元左右。2.3閥門的選擇由于本設(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。電磁閥的選擇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.硬件設(shè)計3.1設(shè)備的結(jié)構(gòu)整個自動澆花設(shè)備的結(jié)構(gòu)可以分為5大局部：中央處理單元(CPU)，LED顯示局部,電磁閥局部，按鍵局部，指示燈局部等。中央處理單元CPU選用AT89C51，用其來對整個系統(tǒng)進行控制：〔1〕用其來控制整個LED顯示器的顯示；〔2〕根據(jù)按鍵的輸入做出正確的計算并傳輸?shù)絃ED顯示器上從而實現(xiàn)時間的調(diào)整設(shè)定；〔3〕接受時間芯片DS1302的定時數(shù)據(jù)；〔4〕實現(xiàn)電磁閥的控制，從而使設(shè)備一切工作順利進行；LED顯示局部作為設(shè)備的顯示器，此設(shè)備局部應(yīng)該根據(jù)單片機的控制正確的做出顯示，從而使整個設(shè)備處于正常的工作狀態(tài)。3.1.3電磁閥局部電磁閥局部是本設(shè)備的執(zhí)行設(shè)備，是本設(shè)備順利執(zhí)行工作的必要局部。按鍵局部它是整個系統(tǒng)中比擬簡單的局部，根據(jù)功能要求，本系統(tǒng)共需7個按鍵，除了電源按鍵和復(fù)位按鍵以外還有5個按鍵位于按鍵局部，分別是切換按鍵，上調(diào)按鍵，下調(diào)按鍵，左右調(diào)節(jié)按鍵，工作按鍵。3指示燈局部整個系統(tǒng)中最簡單的局部，主要有三個只是燈，除了一個電源指示燈外還有2個指示燈，分別用于設(shè)定時間間隔和持續(xù)時間。3.2總電路設(shè)計圖圖4.1總電路根據(jù)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局部。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。3.3AT89C51單片機電路圖4.2單片機電路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，P1.0～P1.7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，P2.5～P2.7引腳連接放大電路從而和P0.0～P0.7引腳一起控制LED顯示電路。3.4晶振電路圖4.3晶振電路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30Pfd額電容C6和C7。圖a：上電復(fù)位電路圖b：按鍵復(fù)位電路圖4.4AT89C51單片機的復(fù)位電路3.5復(fù)位電路本設(shè)計采用的復(fù)位電路包括兩個方面：上電復(fù)位電路〔圖a〕，按鍵復(fù)位電路〔圖b〕。a：上電復(fù)位電路：它是利用電容充電來實現(xiàn)復(fù)位的。在接電瞬間，RST引腳端的電位與Vcc端相同，但是隨著充電電流的減少，RST端的電位逐漸下降。只要保證RST端為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。b：按鍵復(fù)位電路：當(dāng)要系統(tǒng)自動復(fù)位時，只需要按住S8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。3.6按鍵電路系統(tǒng)采用非編碼鍵盤，按鍵電路主要由5個按鍵組成，分別是S2工作按鍵；S3切換按鍵；S4左右調(diào)節(jié)按鍵；S5“+〞調(diào)節(jié)按鍵；S6“-〞調(diào)節(jié)按鍵，本系統(tǒng)采用獨立式的按鍵形式。按照上圖的電路連接方法，判斷是否有鍵按下的方法是：查詢哪一根接按鍵的I/O接口線為低電平，如果是低電平那么說明這個接口線連接的按鍵處于按下狀態(tài)。相反，假設(shè)為高電平那么說明按鍵處于非按下狀態(tài)。3.9LED顯示電路圖4.8LED顯示電路系統(tǒng)采用兩個LED7段發(fā)光顯示器DpyAmber-CA，DpyAmber-CA是共陽極的LED顯示器，其兩個AA端接高電平。處于工作狀態(tài)的數(shù)碼管，其顯示情況由單片機的P0.0～P0.7八個接線口決定，其八個口分別連接著數(shù)碼管的八個段。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)，那么需要將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,P0.3～P0.7接線口置為0.7段字形碼表：〔由于系統(tǒng)只需要顯示0～9十個數(shù)字，所以只列出了十個〕顯示字符共陰極字型碼共陽極字型碼03FHC0H106HF9H25BHA4H34FHB0H466H99H56DH92H67DH82H707HF8H87FH80H96FH90H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。3.10電磁閥電路圖4.9電磁閥電路如上圖所示Q3為一個PNP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，動合觸電斷開，動斷觸電閉合，當(dāng)繼電器得電后，動合觸電閉合，動斷觸電斷開，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。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基極得到一個高電平那么繼電器開關(guān)立即閉合，在處于低電平時繼電器開關(guān)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。當(dāng)繼電器的開關(guān)閉合時，電磁閥處于一個通路的狀態(tài)下，那么電磁閥開始工作，設(shè)備開始澆水。當(dāng)繼電器的開關(guān)斷開時，那么電磁閥不工作，設(shè)備也不工作。4.軟件設(shè)計本系統(tǒng)共需要8個存儲單元：1：當(dāng)指示燈一亮，數(shù)碼管1選中時，經(jīng)過“+〞，“-〞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PO值存儲與〔40〕H。2：當(dāng)指示燈一亮起，數(shù)碼管2選中時，經(jīng)過“+〞，“-〞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PO值存儲與〔61〕H。3：當(dāng)指示燈二亮起，數(shù)碼管1選中時，經(jīng)過“+〞，“-〞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PO值存儲與〔51〕H。4：當(dāng)指示燈二亮起，數(shù)碼管2選中時，經(jīng)過“+〞，“-〞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PO值存儲與〔71〕H。引腳功能程序入口地址標(biāo)號功能程序元器件〔接口〕元器件代號P11PROM11S6"-"調(diào)節(jié)按鍵P12PROM12S5"+"調(diào)節(jié)按鍵P13PROM13S4左右調(diào)節(jié)按鍵P14PROM14S3切換按鍵P15PROM15S2工作按鍵P20DS1指示燈一P21DS2指示燈二P25DS02數(shù)碼管2P26DS01數(shù)碼管1P27B1電磁閥P01a數(shù)碼管a口P01b數(shù)碼管b口P02c數(shù)碼管c口P03d數(shù)碼管d口P04e數(shù)碼管e口P05f數(shù)碼管f口P06g數(shù)碼管g口P07dp數(shù)碼管dp口4.2消抖流程及程序為了確保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：假設(shè)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，假設(shè)仍為按下狀態(tài)，那么CPU認(rèn)為此按鍵確實按下。同樣，在鍵從按下到再次松開時，假設(shè)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)，那么認(rèn)為此鍵確實松開了。圖5.1消抖流程以掃描按鍵S6〔其連接引腳P1.1〕為例，用軟件解決消抖問題；程序：START:MOVA,#0FFH；輸入時先置P1口全為1MOVP1,AMOVA,P1；鍵狀態(tài)輸入JNBACC.1,P11；1號按鍵按下轉(zhuǎn)P11標(biāo)號地址JNBACC.2,P12JNBACC.3,P13JNBACC.4,P14JNBACC.5,P15SJMPSTART；無鍵按下，返回P11:LCALLDELAY；延遲，從而消除抖動LCALLDELAYJNBACC.1,PROM11；再次判斷鍵是否按下，防止抖動引起的錯按LJMPSTARTPROM11:LJMPSTART；S6按鍵確實按下，進行S6按鍵處理注：P11為S6功能程序入口地址標(biāo)號；PROM11為按鍵S6的按鍵功能程序，這邊省略。4.3總流程及程序開關(guān)復(fù)位按下電源開關(guān)按下開關(guān)復(fù)位按下電源開關(guān)按下上電初始化讀鍵盤鍵盤處理圖5.2總流程當(dāng)電源開關(guān)按下，系統(tǒng)上電；當(dāng)復(fù)位開關(guān)，系統(tǒng)恢復(fù)初始值。系統(tǒng)初始狀態(tài)：電磁閥不工作；指示燈一亮起；指示燈二滅掉；數(shù)碼管1選中，顯示為“0”相應(yīng)的程序為：MAIN:MOV30H,#00H；(30H)單元主要是為了處理按鍵5、按鍵6的加減問題MOV40H,#OOH；本系統(tǒng)中所需的8個單元在初始狀態(tài)下全部賦值為00HMOV41H,#OOHMOV50H,#OOHMOV51H,#OOHMOV60H,#OOHMOV61H,#OOHMOV70H,#OOHMOV71H,#OOHSETBP2.7；電磁閥不工作SETBP2.0；指示燈一亮起CLRP2.1；指示燈二不亮CLRP2.6；數(shù)碼管1選中SETBP2.5；數(shù)碼管2不選中MOVA,#C0H；數(shù)碼管顯示為“0MOVP0,A4.4按鍵處理總流程及程序圖5.3按鍵處理總流程以掃描按鍵S6〔其連接引腳P1.1〕為例，用軟件說明總流程。程序：START:MOVA,#0FFHMOVP1,AMOVA,P1JNBACC.1,P11JNBACC.2,P12JNBACC.3,P13JNBACC.4,P14JNBACC.5,P15SJMPSTARTP11:LCALLDELAYLCALLDELAYJNBACC.1,WORK00LJMPSTARTWORK00:JNBP2.7LOOP00；判斷是否處于電磁閥工作狀態(tài)LJMPPROM11LOOP00:JNBACC.5STOP00；判斷是否按下的鍵為按鍵5〔即工作按鍵〕，如果是那么跳到STOP00。LJMPSTART；如果不是按鍵5那么返回START，說明在電磁閥工作中，按其他的設(shè)置鍵無效。STOP00:SETBP2.7；停止電磁閥工作，因為在工作狀態(tài)下按下工作按鍵表示停止工作。LJMPSTART注：P11為S6功能程序入口地址標(biāo)號；PROM11為按鍵S6的按鍵功能程序，這邊4.5工作中的處理流程分別從〔41〕H，〔61〕H中取值分別從〔41〕H，〔61〕H中取值判斷是否為零判斷是否為零機器開始工作其值減1機器開始工作其值減1BACKBACK圖5.8工作中時間間隔的處理流程5.結(jié)論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)根底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(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉。在我的設(shè)計中也許還有好多缺乏的地方，但是正是這些缺乏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，缺乏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)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

在本次論文設(shè)計過程中，李懷志老師對該論文從選題，構(gòu)思到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予細(xì)心指引與教導(dǎo),使我得以最終完成畢業(yè)論文設(shè)計。在學(xué)習(xí)中,老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模，老師們的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)精神，將永遠(yuǎn)鼓勵著我。這三年中還得到眾多老師的關(guān)心支持和幫助。在此，謹(jǐn)向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！

最后，我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱，評議和參與本人論文辯論的各位老師表示感謝。參考文獻[1]趙克中.磁力驅(qū)動技術(shù)與設(shè)備,北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.[2]林伸茂.8051單片機徹底研究,北京:中國電力出版社,2007.[3]Mackenzie.8051微控制器,北京:清華大學(xué)出版社,2005.[4]周志敏,紀(jì)愛華.LCD背光驅(qū)動電路與應(yīng)用實例,北京:人民郵電出版社,2023.[5]孫俊喜.LCD驅(qū)動電路、驅(qū)動程序與典型應(yīng)用,北京:人民郵電出版社,2023.[6]明賜東.調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用,北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.[7]毛興武.新一代綠色光源LED及其應(yīng)用技術(shù),北京:人民郵電出版社,2023.[8]蔡振江.單片機原理及應(yīng)用,北京:電子工業(yè)出版社,2023.[9]周志敏,紀(jì)愛華,周紀(jì)海.LED驅(qū)動電路設(shè)計實例,北京:電子工業(yè)出版社,2023.[10]王慧.計算機控制系統(tǒng),北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.[11]ValanteA,MoraisR，LSerodioC，eta1．AZigBeesensorelementfordistributedmonitoringofsoilparametersinenvironmentalmonitoring[C].2007IEEESensors，Atlanta,GAUSA：IEEE，2007：135—138[12]S.K.Luthra,M.J