《基于多傳感器的農(nóng)田信息采集系統(tǒng)設(shè)計16000字（論文）》

1基于多傳感器的農(nóng)田信息采集系統(tǒng)設(shè)計TOC\o"1-2"\h\u15905摘要 111778第一章緒論 281181.1國內(nèi)外現(xiàn)狀 2248991.2研究意義 321871.3主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排 332536第二章電路總體設(shè)計 514592.1系統(tǒng)設(shè)計組成 5258072.2電路各部分組成及功能 56563第三章硬件電路設(shè)計 7173803.1硬件電路總體設(shè)計概述 7279893.2單片機模塊 71256010、2種工作方式：間歇和掉電； 8152743.3環(huán)境參數(shù)采集模塊 1363173.4LCD12864顯示模塊 19206363.5報警模塊 2211159第四章電路軟件設(shè)計 238314.1軟件語言選擇 23122044.2KEIL開發(fā)軟件介紹 2322184.3軟件程序設(shè)計 2414733第五章仿真電路系統(tǒng) 24120915.1Proteus仿真軟件介紹 24167385.2仿真電路原理及結(jié)果 25196595.3仿真結(jié)果分析 2521154第六章結(jié)論與展望 2616345參考文獻 27摘要溫度傳感器是運用最有廣度，且次數(shù)最多的傳感器，在日常中扮演著非常重要的角色，同樣濕度傳感器也是如此。17世紀首次運用至今，不僅誕生了接觸式傳感器，還誕生了非接觸式傳感器和集成傳感器等。近年來智能傳感器在各個新技術(shù)的支持下展開迅速。由于智能溫度傳感器的軟件和硬件的正當配合既可以大大加強其性能、增強其精度，又可以使其構(gòu)造更為簡略和緊湊，運用愈加便利，因而智能傳感器是當今的一個鉆研熱點。在現(xiàn)代化科學技術(shù)的高速發(fā)展同時，電子產(chǎn)品中的單片機運用越來越普及。在剖析目前國內(nèi)外溫濕度傳感器詳情的基礎(chǔ)上，提出總體設(shè)計計劃，并對系統(tǒng)整體的理論基礎(chǔ)、如何去實現(xiàn)、硬件和軟件設(shè)計等做了詳細的探討。該系統(tǒng)包含硬件與軟件，其中硬件主要由顯示模塊、存?zhèn)髂K等，軟件只需實現(xiàn)信息的采集、顯示、存儲與遠傳。以STC89C52RC為中央處理單元，用溫濕度傳感器進行測量溫濕度數(shù)據(jù)，獲得土壤溫濕度信息，同時為了滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要增加DHT11溫濕度模塊測量環(huán)境空氣溫濕度值，并用光敏電阻測量且使用LCD屏顯示測得參數(shù)，并用STC89C52RC存儲數(shù)據(jù)，由采集電路、顯示電路、報警電路等部分組成。利用C語言及KEIL的集成開發(fā)來進行軟件程序的編寫，并對整個系統(tǒng)的電路圖和設(shè)計方面進行了具體的解釋和說明。最終，對設(shè)計參數(shù)進行了安全性計算。當可靠性得到改善，有機會為物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)提供更高性價比的信息采集設(shè)備與報警設(shè)備。通過各種實驗和測試證實該系統(tǒng)可靠性高、功能強，在開發(fā)運用上有著廣闊的前景[1]。關(guān)鍵詞：單片機；傳感器；晶振電路；蜂鳴器第一章緒論1.1國內(nèi)外現(xiàn)狀利用自動化系統(tǒng)進行農(nóng)田環(huán)境參數(shù)采集研究是最近幾年來一個不斷興起的熱門課題，目前的研究目標是對溫室大棚內(nèi)的詳細數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，而且取得了很大的突破。至今為止，國內(nèi)外研究人員利用多傳感器控制端對農(nóng)田環(huán)境參數(shù)進行采集設(shè)計自動監(jiān)測系統(tǒng)并進行實現(xiàn)，采用精準農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺對農(nóng)田環(huán)境參數(shù)進行分析對比，實現(xiàn)科學測控，合理培育，提高農(nóng)作物最終產(chǎn)量，促進了社會主義現(xiàn)代化的智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展。在國際上，多個世界聞名的科研院所和大型公司都參與了傳感器網(wǎng)絡的相關(guān)研究，并且已經(jīng)有了突破進展。傳感器數(shù)據(jù)融合的理念可以追溯道70年代初期，最早的是美國1973年在國防部的幫助下，想要精確地通過自動巡航定位敵對組織放置的潛艇所處位置，某開發(fā)所做了如下嘗試，借助計算機的整合功能，將多個連續(xù)聲納信號實施整合。這項技術(shù)在如今的現(xiàn)代化戰(zhàn)場上的作用，已經(jīng)得到了絕大多數(shù)人的認同。在這之后又有一些戰(zhàn)場領(lǐng)域的信息融合系統(tǒng)問世。綜上所述:信息技術(shù)的相互融合，其可行性和有效性已經(jīng)成為可能，但是其研發(fā)也有很多的難關(guān)需要被攻克。數(shù)據(jù)的融合技術(shù)在現(xiàn)代社會發(fā)展中產(chǎn)生了歷史性的飛躍，加拿大安圖公司在2000年研發(fā)出一種產(chǎn)品FME，就是基于數(shù)據(jù)融合技術(shù)，創(chuàng)新出了能夠轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和空間格式的軟件，截止到今日，效果顯著。21世紀初期更是增加了數(shù)據(jù)信息融合技術(shù)的演示，就是可以讓世界上每一個公民，都能在網(wǎng)絡上共享圖形數(shù)據(jù)信息。我國對這方面的技術(shù)研究起步較晚，沒有技術(shù)支持。在1980年之后，中國才剛剛開始報道相關(guān)的數(shù)據(jù)信息融合技術(shù)研究。值得欣慰的是，國家研究部門已經(jīng)重點支持研究此類有關(guān)技術(shù)。不管是國外還是國內(nèi)，都對本領(lǐng)域技術(shù)的研究展開了一定的進度，這也是大勢所趨，是本領(lǐng)域技術(shù)的開放的前提。用戶想對農(nóng)業(yè)作物的各方面參數(shù)指標進行監(jiān)測，觀察生長的不同階段，地面?zhèn)鞲芯W(wǎng)絡在數(shù)據(jù)信息傳感器的標準上進行不斷研究構(gòu)成。中國的智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不斷快速發(fā)展，現(xiàn)今社會物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)業(yè)地面?zhèn)鞲芯W(wǎng)絡高效地作用于在農(nóng)業(yè)生活與生產(chǎn)之中以及其他各重要生產(chǎn)方面。例如云飛科技有限公司通過實踐發(fā)現(xiàn)病蟲害難以監(jiān)測，研發(fā)出可供農(nóng)戶以及農(nóng)業(yè)公司實時監(jiān)測的物聯(lián)網(wǎng)，可以快速高效發(fā)現(xiàn)田間作物存在的問題，例如嚴重的病蟲病害、苗情等情況。此外廣州的大氣候農(nóng)業(yè)科技有限公司也基于這一基礎(chǔ)，研發(fā)出智能農(nóng)業(yè)田地監(jiān)測系統(tǒng)（俗稱農(nóng)眼）。這一類監(jiān)測系統(tǒng)包含眾多數(shù)據(jù)平臺軟件：氣候云大數(shù)據(jù)平臺、農(nóng)眼智能監(jiān)測體系等。上海復旦大學在此基礎(chǔ)上研制出一個不同的智能監(jiān)測系統(tǒng)，應用傳感器技術(shù)實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品生長環(huán)境綜合參數(shù)進行自動化監(jiān)控。在地表使用傳感器進行監(jiān)測，將整個系統(tǒng)連接成一個大型網(wǎng)絡，能夠發(fā)揮巨大的作用，它可以采集到生長作物不同時期的生長信息、周邊土壤中含有的參數(shù)信息信息、作物周邊的不同環(huán)境信息等，從而得到的采集信息精確性極高，在建設(shè)植物生長模型的過程中可以收集到更精確的數(shù)據(jù)情況。但是它存在比較大的缺點就是采集數(shù)值等參數(shù)的靈活性較低[2]。1.2研究意義農(nóng)業(yè)生活生產(chǎn)當中，氣象因素是較為重要的一個，直接影響到農(nóng)作物的生長質(zhì)量等一系列方?？梢哉f農(nóng)業(yè)氣象條件與農(nóng)業(yè)密切，如產(chǎn)量的多少隨著天氣的變化而產(chǎn)生變化，水果的甜度也會隨著氣候的變化而變化，除此以外光照、溫度、濕度、降水等許多資源條件也都非常重要，每一種都是作物生長過程中必須接觸的，但是隨著全球變暖的影響，氣象條件也更加多變。作物生長在一個穩(wěn)定的氣象條件下，是有利于自身的產(chǎn)量和品質(zhì)的，但是氣象條件多變后就容易導致作物減產(chǎn)，比如在一些干旱地區(qū)，降水量偏少，不能滿足小麥后期耗水需求，也常出現(xiàn)不同程度的干旱、干熱風災害，這樣作物的生長就會受到很大影響，所以我們有必要對氣象條件進行監(jiān)測，以適應作物的需要。擁有廣袤土地的中國，是個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，隨著無線傳感器的飛速發(fā)展，基于傳感器組成的無線網(wǎng)絡在農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域逐漸占據(jù)主導地位。傳統(tǒng)的溫濕度控制采用人工守值的方式導致對數(shù)據(jù)的測量不夠精確，為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量，我們對改變農(nóng)作物的生長溫度、空氣濕度和光照條件等自然因素進行合理有效的調(diào)控，是提高溫室大棚的產(chǎn)量的一個重要方面。在溫室大棚內(nèi)種植不同農(nóng)作物，不同的參數(shù)需要進行監(jiān)測，且安裝報警器，這些操作對生產(chǎn)力的提高、植物生長質(zhì)量的提高具有深遠的意義。近年來，單片機已經(jīng)進入了一個高速發(fā)展的階段。本設(shè)計基于單片機，設(shè)計一個檢測并顯示土壤溫濕度以及空氣環(huán)境溫濕度和光照強度，若測定值介于系統(tǒng)設(shè)定溫度內(nèi)，則負載正常工作。若測定值不在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，則蜂鳴器開始工作，起到報警作用，便于農(nóng)田溫室大棚合理調(diào)控。1.3主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排本文設(shè)計的核心為STC89C52RC單片機，包含測量溫濕度部分、測量光照部分以及預警電路。實現(xiàn)農(nóng)田溫室大棚環(huán)境指標的智能控制，使負載能夠在正常合理的工作環(huán)境下正常工作。能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的測量，控制構(gòu)造出報警電路這一相應的模塊，在理解透徹并深入研究傳感器智能控制原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計出相應的電路圖并能夠?qū)㈦娐穲D仿真，仿真成功后將硬件焊接并測試。最終實現(xiàn)設(shè)計的功能。研究的重點內(nèi)容是本設(shè)計中每個重要模塊的有效設(shè)計方案，得出結(jié)論和分析。本設(shè)計首先在第2章內(nèi)容中提出整個電路系統(tǒng)全部設(shè)計的方案，并且介紹在系統(tǒng)設(shè)計時所有方案的整體實現(xiàn)效果，其次第3章給出硬件設(shè)計的電路圖及數(shù)據(jù)，第4章則主要介紹軟件設(shè)計。最后第5章在仿真軟件Proteus和KEIL的聯(lián)合調(diào)試下仿真整個電路測量系統(tǒng)，同時也提出在此過程中的不足及待擴展方面。7第二章電路總體設(shè)計2.1系統(tǒng)設(shè)計組成如今，盡管采集溫濕度或其他參數(shù)的產(chǎn)品比較多，但是不能夠只局限于發(fā)送溫濕度，在往后還可以設(shè)置一些更高級的模塊發(fā)送和接受，本設(shè)計就以溫濕度等參數(shù)的采集為例發(fā)送。主要有如下幾個概念：首先設(shè)計一個滿足整個電路運行的電源電路，還要有晶振電路和復位電路，這是單片機里面最基本的。其次需要設(shè)計出一個模塊，用這個模塊來接收傳感器傳遞出來的信息，盡可能的來完善整個系統(tǒng)。本設(shè)計以SCT89SC52RC為核心，控制整個系統(tǒng)。適合在一定溫濕度條件的環(huán)境下，電路通過單片機系統(tǒng)來控制傳感器的參數(shù)檢測，從而保證系統(tǒng)控制的安全性。當系統(tǒng)需要采集精確數(shù)據(jù)時，借助溫度傳感器DS18B20、DHT11，它們采集較為精確的數(shù)據(jù)并傳輸?shù)絾纹瑱C，并通過LCD12864顯示接它接收到的較為的精確數(shù)據(jù)，方便操作人員直觀的了解當前溫度。我們給系統(tǒng)正常工作設(shè)定一定的參數(shù)限定值，如果當前溫濕度、光照強度在這個參數(shù)設(shè)定范圍內(nèi)，則單片機是系統(tǒng)正常工作；若當前測量值不在這個范圍內(nèi)，則說明當前溫濕度度、光照強度不滿足工作需求，此時單片機控制蜂鳴器發(fā)出警報。這樣的系統(tǒng)設(shè)定可以達到一個信息的采集以及超標報警的的功能作用，整個系統(tǒng)形成一個閉環(huán)，從而使得操作人員直觀的的讀取到當前溫室大棚環(huán)境參數(shù)以及土壤參數(shù)，達到農(nóng)田信息采集的目的。2.2電路各部分組成及功能2.2.1電路主要功能組成電路功能如圖2-1所示：圖2-1電路主要功能組成圖參數(shù)采集功能：由溫濕度、光照傳感器檢測當前環(huán)境參數(shù)，并將測量值傳給單片機STC89C52RC。參數(shù)顯示功能：采集到的測量值，能夠直接顯示在LCD12648上，于使用者的操作和觀測。參數(shù)報警功能：對采集到的參數(shù)測量值自動判斷并進行蜂鳴報警，起到提示的作用。2.2.2參數(shù)測量及電路報警方案論證單片機的硬件電路設(shè)計就是為單片機控制系統(tǒng)選擇最合適的系統(tǒng)配置，在系統(tǒng)的合理要求下，安裝其他的一些設(shè)備，例如顯示屏、按鍵、合適的輸入端電路等[3]。系統(tǒng)設(shè)計應本著以下原則：(1)盡可能的去選擇經(jīng)典的電路設(shè)計并符合單片機常規(guī)使用。(2)當開始設(shè)計硬件電路系統(tǒng)時，軟件的參考也顯得極為重要，將兩者綜合起來。盡量由軟件實現(xiàn)可行性高的功能。(3)性質(zhì)功能要求較高，因此在整個設(shè)計中有關(guān)聯(lián)的不同元器件之間要盡量相匹配，保持高兼容性，而芯片選擇要做到功耗較低、性能強這些優(yōu)點。設(shè)計方案：想要通過DS18B20來讀取溫度數(shù)值，前提是借助STC89C52RC芯片，使用DHT11C讀取空氣溫濕度，使用光敏電阻，硬件連接簡單。顯示屏使用的是LCD12864，減小了系統(tǒng)整體的能耗。報警部分使用蜂鳴器。第三章硬件電路設(shè)計3.1硬件電路總體設(shè)計概述在硬件電路設(shè)計的環(huán)節(jié)中，主要遵循下面幾個原則：設(shè)計電路時適當結(jié)合軟硬件，從而達到優(yōu)化硬件電路的目的。考慮到可行性和抗干擾性，在系統(tǒng)中，設(shè)計需要注意的是，當芯片數(shù)量少時，電路板上干擾地址數(shù)據(jù)總線可能性會隨著使用芯片數(shù)值的減少而逐漸變得越來越少，系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)思理念是在達到功能的狀況下，盡可能去運用少量的的芯片以及連接線路。靈敏的性能升級及系統(tǒng)擴展。初次設(shè)計一般不能夠周全考慮到系統(tǒng)的每個方面，系統(tǒng)不僅要不斷地改善，還要升級部分功能；并且在設(shè)計時應當考慮到系統(tǒng)在未來使用中拓展的便利性。本設(shè)計的硬件部分由6個不同的部分組成：單片機、晶振、復位、采集數(shù)據(jù)、顯示數(shù)值、報警。3.2單片機模塊3.2.1單片機簡介單片機還被叫做微控制器，大眾最早使用的領(lǐng)域是在工業(yè)方面。單片機是由芯片內(nèi)僅存在的CPU專用處理器開發(fā)而成的。初級階段的設(shè)計構(gòu)思是這樣的：在同一個芯片上，將CPU部分和大量從其他外部接入到內(nèi)部的設(shè)備進行組合，當想要集成到復雜的體積控制設(shè)備中時，來得更加的方便快捷。8位或4位是初期的微控制器的。8031就是最為成功的一個案例，良好的性能受到大眾和各生產(chǎn)公司的高度贊揚。在這之后，MCS51系列的開發(fā)是居于8031的成功設(shè)計的基礎(chǔ)上。目前階段投入大量使用的還是該系統(tǒng)中的的單片機系統(tǒng)。在工業(yè)控制領(lǐng)域不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，大眾的需求逐漸提高，開始出現(xiàn)的是16位單片機，由于技術(shù)革新，相對應的價格也不斷的提高，在無法過多負擔的情況下應用并沒有被大規(guī)模的應用。在九十年代以后，單片機技術(shù)發(fā)展的越來越迅猛，電子產(chǎn)品隨之大量進入市場。伴著Inteli960系列的高速發(fā)展，后期ARM系列的不斷推廣使用，16位單片機的高高在上的地位被32位單片機以很高的速度所取代，在市場上站穩(wěn)腳跟。傳統(tǒng)的8位單片機的性能發(fā)展也十分高速，而八十年的遠遠無法超越它的處理速度。目前,32位單片機變得更加高端，它的頻率和之前相比也提高了很多，性能趕上90年代中期的專用處理器的性能，在整個系列的單片機中，嵌入式操作系統(tǒng)被投入了大量的使用。單片機比專用處理器更適合嵌入式系統(tǒng)，因此得到了廣泛的應用。事實上，單片機是世界上數(shù)量最多的計算機。21世紀全球人類生活中使用的產(chǎn)品大部分都與單片機聯(lián)系在一起。普通的計算器、智能手表和手機、可遙控式的家用大小型電器、電子玩具、平板電腦等都配備一到兩片單片機。工作環(huán)境里用戶個人使用的計算機也會有巨大數(shù)量的單片機。難以想象一輛小型的汽車一般配備四十多塊單片機，而更復雜的系統(tǒng)中更有可能由幾百幾千塊單片機同時在運轉(zhuǎn)。單片機的數(shù)量不僅遠遠超過PC和其他計算機的總和，甚至超過了人類的數(shù)量。單片機可以被稱作單片計算機或者單片微控制器,然而，一個僅僅能實現(xiàn)某個邏輯功能的芯片并不能被稱之為單片機,而一個小芯片上能夠繼承了一整個完整計算機系統(tǒng)。這個整體就類似于微型計算機，將微型計算機與單片機兩者進行對比可以發(fā)現(xiàn)，后者只是缺少I/O設(shè)備。由此可以挖掘它眾多優(yōu)點：體積相對較小、質(zhì)量較輕、價格低廉，為各方各面提供便捷。單片機已經(jīng)滲透到我們的生活各個不同的領(lǐng)域，存在于各處。它在很多領(lǐng)域都有應用，例如：儀器、實驗器材、醫(yī)療設(shè)備、國家航天事業(yè)、智能專用配備的設(shè)備管理等[4]。除此以外，它還與人類生活息息相關(guān)，例如：經(jīng)濟領(lǐng)域、中小學以及高校教育領(lǐng)域。3.2.2STC89C52RC芯片介紹21世紀這個新時代中STC89C52RC單片機具有速度快、功耗低等許多高性能的單片機。這個單片機的指令代碼能夠與傳統(tǒng)的51單片機兼容，存在兩個時鐘機器周期，可以在它們之間切換進行選擇。STC89C52RC主要功能如下：1、STC89C52RC單片機在指令系統(tǒng)這方面和引腳上完全兼容MCS-51系列單片機；2、片內(nèi)有4k字節(jié)；3、全靜態(tài)工作；4、禁止ALE輸出;5、128×8位的內(nèi)部RAM；6、兩個十六位定時器/計數(shù)器；7、32位雙向輸入輸出線；8、5個中斷源，2級中斷處于優(yōu)先級別；9、寬電壓，不怕電源抖動；10、2種工作方式：間歇和掉電；11、超強抗干擾；12、一個全雙工的異步串行口；13、寬溫度范圍，-40℃~85℃；14、加密三級程序存儲器；15、掉電模式：典型功耗0.1μA?？臻e模式：典型功耗2mA。正常工作模式：典型功耗4mA-7mA。外部模式適用于電池供電系統(tǒng)。STC89C52RC各引腳功能介紹：圖3-1引腳圖VCC（40引腳）：電源電壓VSS（20引腳）：接地P0端口（P0.0～P0.7，39～32引腳）：漏極開路8位雙向I/O口。各引腳可以驅(qū)動8個TTL負載在為輸出端口這一前提條件下?？勺鳛楦咦杩馆斎牖诙丝赑0寫入“1”。當用戶開始訪問外部程序時以及進而訪問數(shù)據(jù)存儲器的過程中。在這個時候，P0口內(nèi)部上拉電阻是有效的。在編程過程之中，P0端口接收指令字節(jié)，處于校驗過程中，輸出指令字節(jié)。P1端口（P1.0～P1.7，1～8引腳）：帶內(nèi)部上拉電阻8位雙向I/O口。其中四個TTL輸入能夠被P1輸出緩沖器進行驅(qū)動。被用來作為輸入口的條件是對端口寫入1，并將內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位。P1口作輸入口使用時，在存在內(nèi)部上拉電阻的情況下，被外部拉低的那些引腳就可以輸出一個電流（IL）。P1在編程和校驗過程中接收低8位地址。除此以外，P1.0作為定時器/計數(shù)器2的外部技術(shù)輸入，P1.1作為定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入。下列表格為引腳復用功能：表3-1P1.0的引腳復用功能/P1.1的引腳復用功能引腳號功能特性P1.0T2（時鐘輸出/計數(shù)器/定時器2外部計數(shù)輸入）P1.1T2EX（計數(shù)器/定時器2捕獲/重裝觸發(fā)、方向控制）P1.0 T2（時鐘輸出/計數(shù)器/定時器2外部計數(shù)輸入）P1.1 T2EX（計數(shù)器/定時器2捕獲/重裝觸發(fā)、方向控制）P2端口（P2.0～P2.7，21～28引腳）：帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。四個TTL的輸入能夠被P2的輸出緩沖器所驅(qū)動。能夠被用作輸入口的前提是對端口寫入1并且端口被內(nèi)部上拉電阻拉到高電平的狀態(tài)。由于內(nèi)部上拉電阻的存在，在P2被用作輸入口使用的情況下，那些引腳被外部信號拉低，便能夠輸出一個電流（I1L）。在整個訪問期間內(nèi)不會改變的是：在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器，例如：“MOVX@R1”指令，以及訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器，例如：“MOVX@DPTR”指令。P2能夠在編程和校驗的過程中接收高位地址以及部分控制的信號。P3端口（P3.0～P3.7，10～17引腳）：帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。四個TTL輸入能夠被P3的輸出緩沖器進行驅(qū)動。這時當被用作為輸入口，前提條件是通過端口被內(nèi)部的上拉電阻拉到高電位且端口寫入的為1。由于內(nèi)部上拉電阻成為其原因，P3做輸入口使用時。而其中一部分被外部信號拉低的引腳則會輸入一個電流（I1L）。P3在編程以及校驗過程中能夠接收部分控制的信號。P3口其他的一些復用的功能，如下表所示：表3-2P3口引腳復用功能引腳號復用功能P3.0RXD（串行的輸入口）P3.1TXD（串行的輸出口）P3.2（外部中斷0）P3.3（外部中斷1）P3.4T0（定時器0的外部輸入）P3.5T1（定時器1的外部輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST（9引腳）：作用為復位輸入。用來完成單片機單片機的復位在輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平時為有效開始初始化操作。RST引腳在看門狗計時完成情況之后輸出96個晶振周期的高電平情況。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ALE/PROG（30引腳）：地址鎖存控制信號是鎖存低8位地址在訪問外部的程序存儲器時的輸出脈沖。這個引腳在編程的過程中可以被用來作為編程的輸入脈沖部分。在一般的情況下，可用來作為外部定時器或時鐘使用是當ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖。這一脈沖將會在每一次訪問外部的數(shù)據(jù)存儲器的時候被跳過，這一點值得被強調(diào)。ALE操作在將地址位8EH的SFR的第0位置“1”的條件下無效，這一功能在有需要的情況下被實現(xiàn)。將這個置“1”，ALE只能在執(zhí)行MOVX或MOV指令時有效。不然的話，ALE就被微微拉高。它使能標志位的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN（29引腳）：PSEN從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次。PSEN將在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的過程中不被激活。而外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。EA/VPP（31引腳）：訪問外部程序存儲器控制信號。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應當接VCC。為使能從0000H到FFFFH外部程序存儲器讀取指令，EA應當接GND。注意加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定位RESET。EA在編程過程中接收12伏VPP電壓。XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器輸入端、內(nèi)部時鐘發(fā)生電路輸入端。XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。STC89C52RC單片機內(nèi)部構(gòu)造及功能：在STC89C52RC中，CPU對片內(nèi)各功能部件的控制方式是采用特殊功能的寄存器進行集中控制。特殊功能寄存器SFR的單元地址映射在片內(nèi)RAM的80H-FFH區(qū)域中，離散地分布在該區(qū)域，其中字節(jié)地址以0H或8H結(jié)尾的特殊功能寄存器可以進行位操作。具體介紹如圖3-2所示：圖3-2特殊功能寄存器堆棧指針SP：SP指示堆棧頂部在內(nèi)部RAM塊中的位置。該微處理器的堆棧結(jié)構(gòu)是向上生長型。單片機復位后，SP為07H,使得堆棧實際上從08H單元開始，由于08H~1FH單元分別是屬于1~3組的工作寄存器區(qū)，最好在復位后把SP值改置為60H或更大的值，避免堆棧與工作寄存器沖突。堆棧操作僅僅包含兩個操作：一是數(shù)據(jù)壓入堆棧，而另一個即為數(shù)據(jù)彈出堆棧。數(shù)據(jù)壓入堆棧，SP自動加1；數(shù)據(jù)彈出堆棧，SP自動減1。堆棧的作用主要是：保護現(xiàn)場狀態(tài)以及斷點地址，它是為了子程序調(diào)用以及中斷操作而設(shè)立的。累加器A：使用最頻繁的寄存器，可寫為ACC。A的進位標志CY是特殊的因為它同時又是位處理機的位累加器。累加器A的作用是ALU單元的輸入數(shù)據(jù)源之一，又是ALU運算結(jié)果存放單元。數(shù)據(jù)傳送大多都通過累加器A，相當于數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站。寄存器B：為執(zhí)行乘法和除法而設(shè)。將它看作一個普通寄存器的條件是不執(zhí)行乘、除法操作，在執(zhí)行乘法時,兩乘數(shù)分別在A、B中，執(zhí)行乘法指令后，乘積在BA中；執(zhí)行除法時，被除數(shù)取自A，除數(shù)取自B，商存放在A中，余數(shù)存放在B中。3.2.3單片機最小系統(tǒng)單片機首先是取一條指令，然后進行譯碼，在這些操作完之后開始微操作，再重復之前進行的操作，這樣的自動依次完成相應的指令規(guī)定功能，在時間上操作順序較為嚴格，這個就是時序。內(nèi)部時鐘與外部時鐘通常能夠產(chǎn)生單片機里面的時鐘信號，其中在內(nèi)部時鐘信號下，將晶振外接在XTAL1與XTAL2這兩個引腳兩端，電路里連接的電容能夠使頻率變得更加穩(wěn)定。在實際實驗操作和其他設(shè)計中，時常采用的方式是內(nèi)部時鐘，它處于外界晶振的內(nèi)部?？梢蕴岣咧噶畹膱?zhí)行速度當晶振頻率比較高的情況下，而基于這一點相應的缺點很容易被發(fā)現(xiàn)，功耗會增大，噪聲也會隨之增加。應當盡可能去選一些低的晶振頻率[5]。晶振電路如圖3-3所示：圖3-3晶振模塊電路單片機內(nèi)部中的每一個部件處于一種初始狀態(tài)，這種初始狀態(tài)是確定的，這些就是復位的作用。復位就是它的首要開始工作。STC89C52RC的RST處引入高電平復位信號，單片機便可以開始實施復位這一項操作。當復位的信號開始變低之后，單片機由此開始執(zhí)行程序。實驗應用過程中，復位的形式有兩種：一是上電復位與按鍵復位都有效，另一種是單純的上電復位形式。單片機在上電復位這一要求接通電源之后自動進行復位。通常上電復位電路在上電瞬間，RST高電平能夠維持足夠的周期。這樣就可以進行復位這一操作。其中復位電路如圖3-4所示：圖3-4復位模塊電路單片機晶振和復位電路形成的單片機最小系統(tǒng)如圖3-5所示：圖3-5單片機最小系統(tǒng)3.3環(huán)境參數(shù)采集模塊采集模塊總體圖如下所示：圖3-6傳感器采集模塊3.3.1DHT11溫濕度傳感器DHT11是一種當代社會生產(chǎn)出的新型復合傳感器，它被用來可同時測量溫度與濕度，實現(xiàn)了兩個功能的合并使用。它包含已校準的數(shù)字信號輸出。DHT11包括兩個元件：一個是NTC測溫元件，另外一個是電阻式感濕元件，在此基礎(chǔ)上連接了一個高性能8位單片機[6]。為了使產(chǎn)品可靠性強度高以及穩(wěn)定性周期長，應用于專用的溫濕度傳感技術(shù)與數(shù)字模塊采集技術(shù)模塊。這個溫濕度傳感器有很多的優(yōu)點，例如質(zhì)量高、性價比高、響應速度極快、抗干擾能力強。每個DHT11的校準環(huán)境都要求極高。傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)，并且校準系數(shù)在OTP內(nèi)存中以程序的這種形式存在。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡捷。它有著以下的優(yōu)點：體積小而輕便、功能損耗比較低。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器的電氣特性如下圖所示：圖3-7DHT11電氣特性DHT11傳感器為4針單排引腳封裝，其引腳說明與實物圖分別如下圖所示：圖3-8DHT11引腳圖3-9DHT11實物圖DHT11的使用注意事項：1、溫度：相對而言，在很大的程度上，當我們在檢測空氣相對濕度使，它比較依賴于空氣中的溫度情況。在保證溫度相同的情況下再去測量濕度，這樣才能確保測量的高精確度。在進行安裝的情況下，若前提條件為與釋放熱量的電子元件同時使用一個印刷線路板，首先盡量使DHT11和電子元件兩者之間進行分隔遠離，在這操作完成之后，在熱源的下方才應該為安裝的位置，最后，外殼需要保持良好的通風，才有助于散熱。由于需要降低熱傳導，我們需要做到讓DHT11與印刷電路板其它部分的銅鍍層應盡可能最小，而且一定得讓它們中間留縫隙。2、光線：在太陽光下的照射下，造成過長時間的暴露，或者是由于強烈紫外線進行輻射，會使該硬件性能逐漸降低[7]。3、極限條件工作后的恢復:如果將傳感器放置于以下的條件內(nèi)：如化學蒸汽、高寒氣候情況、高壓工作情況等，想使傳感器恢復至校準時的狀態(tài)，可以進行下列處理程序：首先持續(xù)烘干2個小時，設(shè)置的條件：溫度條件為50-60℃、濕度條件為小于10%RH；在這之后在20-30℃的條件下與>70%RH的濕度條件下持續(xù)5小時以上即可。注意事項：避免結(jié)露情況下使用。長期保存條件：溫度10－40℃，濕度60%以下。3.3.2DS18B20溫度傳感器DS18B20是在傳統(tǒng)基礎(chǔ)上進行改進創(chuàng)新之后設(shè)計出的智能數(shù)字溫度傳感器。傳統(tǒng)的熱敏電阻測量數(shù)據(jù)耗時較長，但對新型智能數(shù)字溫度傳感器來說，僅僅需要連接一根線，需要測的溫度就能被直接而又極其快速地讀出。九～十二位數(shù)字值的讀數(shù)方式能通過實驗測量編程實現(xiàn)[8]。DS18B20的封裝形式及引腳功能：DS18B20有三種不同的封裝形式；（1）采用8個引腳SOIC的封裝形式。（2）采用6個引腳TSOC的封裝形式。（3）采用3個引腳TO-92的封裝形式。三種形式如圖3-10所示。DS18B20芯片的引腳功能如下。GND：接地。DQ：數(shù)字信號的輸入端或輸出端。VDD：外接供電電源的輸入端。圖3-10DS18B20的封裝方式下面將描述DS18B20的相關(guān)組成部分：（1）64位ROM。它是一個64位的二進制ROM代碼，作為該芯片的標志號。DS18B20的分類號為10H。48號序列號作為十進制數(shù)的編碼中唯一能夠代表這個芯片的標識代碼，它大于281×10；8位循環(huán)冗余檢驗為56位的CRC循環(huán)冗余校驗碼[9]。由于每個芯片的64位ROMD代碼不同，想要在單總線上實現(xiàn)多點測量的功能，可以并掛多個DS18B20溫度傳感器。溫度傳感器是DS18B20的核心部分，該功能部件可完成對溫度的測量。存儲在高速緩存器RAM的第0、1字節(jié)中，二進制數(shù)的前五位均為符號位。當測得的溫度讀數(shù)是在比0大的情況下，這五位符號位都是0。想要測得實際溫度讀數(shù)，僅需要在數(shù)值基礎(chǔ)上乘0.0625這個數(shù)；當測得的溫度讀數(shù)是在比0小的情況下，這五位符號位都是1，想要測得實際的溫度讀數(shù)，僅需要將數(shù)值取反加1，在這個基礎(chǔ)上乘上0.0625這個數(shù)。（3）高速緩存區(qū)。這個包含了兩個部分：其中一個是非易失性可電擦除E2PROM，而除此之外的另外一個則是高速暫存器RAM。被用來存放高低溫觸發(fā)與配置寄存器中的信息是非易失性可電擦除E2PROM。高速暫存器RAM是一個連續(xù)的8字節(jié)存儲器。以下是這8個字節(jié)的內(nèi)容：首先第1個為溫度低8位，其次第2個為溫度高8位，這之后第3個和第4個字節(jié)內(nèi)容為相同的，兩者都為TH、TL的易失性拷貝，第5個為配置寄存器的易失性拷貝，第6、7、8個的內(nèi)容也都為相同的內(nèi)容，它們都被用于內(nèi)部計算，第9個的內(nèi)容是冗余檢驗字節(jié)。DS18B20主要包含如下的幾個部分：溫度寄存器、斜率累加器、溫度系數(shù)振蕩器等。不同的部分實現(xiàn)不同的功能：斜率累加器的作用可以是在測溫的過程中補償、修正非線性。產(chǎn)生減法計數(shù)脈沖信號是溫度系數(shù)振蕩器的作用。將低溫度系數(shù)振蕩器和高溫度系數(shù)振蕩器之間進行大量的比較會發(fā)現(xiàn)，兩者存在著很大的差異。溫度對前者的影響比較小，而隨溫度進行不斷地變化，后者的振蕩頻率的變化能夠很容易被發(fā)覺，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入。DS18B20的使用注意事項：DS18B20的優(yōu)點有：測量讀數(shù)精度高、整體測溫系統(tǒng)簡單、連接起來快捷便利等。然而在實際操作應用中存在如下的注意事項[10]：（1）DS18B20屬于較小的硬件，它的開銷依賴于較為復雜軟件來實現(xiàn)補償。處于對DS1820進行編程的過程中，若想準確地讀取實時測量的結(jié)果，需嚴格保證讀寫時序。而用PL/M、C語言等進行設(shè)計的過程中，對操作部分使用的語言必須為匯編語言。（2）通過資料顯示DS18B20在實際應用中并非可以掛任意數(shù)量。需要引起注意的是：在單總線上面所掛數(shù)量多于八個的時候，微處理器上面的總線驅(qū)動問題這一關(guān)鍵值得在實驗中注意。（3）當連接DS18B20時，它的總線電纜是限制長度的。在實驗的實際操作中，顯示測溫數(shù)據(jù)會由于采用普通的信號電纜傳輸長度超過五十米而發(fā)生錯誤。正常情況下，想要讓通訊的距離足以達到高于一百米以上時，可以嘗試以下的做法：將總線電纜改成雙絞線帶屏蔽電纜。在整個的設(shè)計過程中，存在著兩個問題值得我們考慮：一個是總線分布電容，另一個是阻抗匹配的問題。（4）當我們設(shè)計DS18B20測溫程序過程里，傳輸命令設(shè)置成溫度轉(zhuǎn)換要求，在這項功能實現(xiàn)之后等待傳輸回來的信號。當出現(xiàn)兩種情況：接觸不良或者短線，整個系統(tǒng)讀取完沒有能夠傳輸回來的信號，在這樣的一種情況下，整體便會進入死循環(huán)的狀況。推薦實驗測溫電纜線過程中采用屏蔽4芯雙絞線來進行測量。（5）極限使用條件：儲存溫度：-55到+125℃；工作溫度：-55到+125℃；各引腳對地電壓：-0.5到+7.0V。3.3.3YL-69土壤濕度傳感器YL-69結(jié)構(gòu)相對而言較為簡單，濕敏電容是它的原理。濕敏電容存在的環(huán)境中介質(zhì)會隨著環(huán)境濕度的變化而發(fā)生變化，這一現(xiàn)象會引起濕敏電容中數(shù)值產(chǎn)生想對應的變化，與濕度值成正比[11]。濕敏電容存在以下的這幾類優(yōu)點：高速的響應性、強靈敏度、比較小的滯后量。與防水探頭不銹鋼探針這兩個部分構(gòu)成整個土壤濕度傳感器。由于不會被腐蝕也不會輕易被空氣氧化，在土壤等密閉環(huán)境內(nèi)，能夠被長時間的使用。它也能夠作為水分定點監(jiān)測或移動測量的工具測量土壤容積含水量與數(shù)據(jù)采集器相配合來使用，它的主要使用于土壤墑情的檢測過程中以及農(nóng)業(yè)的灌溉過程中。特點：采用電位器，從而調(diào)節(jié)控制相應的閥值，在一定范圍內(nèi)控制土壤的濕度。給定一個設(shè)定值，當測得的數(shù)值較高的時候，DO輸出為低電平；當測得的數(shù)據(jù)與設(shè)定值較低的時候，DO輸出為高電平。引腳：VCC外接3.3V-5VAO小板電壓模擬量輸出GND外接GNDDO小板數(shù)字量輸出接口（0和1）使用說明：當需要檢測土壤濕度參數(shù)值的時候，將單片機和數(shù)字量輸出接口DO相連，從而高低電平能夠借助單片機來進行檢測。將AD模塊與小板模擬量輸出AO之間進行可連接，實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換功能，這樣就能夠測得精確度更加高的數(shù)值。YL-69土壤濕度傳感器實物如下圖所示：圖3-11YL-69土壤濕度傳感器3.3.4光敏電阻制作光敏電阻的材料在實際生活生產(chǎn)中通常情況下使用硫化鎘，也包含其他的材料，它們是硒、硫化鉍以及硫化鋁等部分。此系列的材料具有一種特別的性質(zhì)：特殊設(shè)定的波長的光進行不間斷的照射，在此過程中伴有阻值高速地發(fā)生遞減情況。產(chǎn)生這一特性的原因是光照產(chǎn)生的載流子都參與導電這一環(huán)節(jié)，外加電場，整體發(fā)生漂移運動，電源正極附近充斥電子，空穴則靠近電源負極[12]。在本設(shè)計中所采用的光敏電阻的各方面參數(shù)如下：型號為5528，最大電壓為50V，最大功耗100W，使用環(huán)境溫度為零下三十度至零上七十度，亮電阻10至20KΩ，光譜峰值540nm。特點：比較器輸出，驅(qū)動能力強引腳：VCC接電源正極3.3-5VGND接電源負極DOTTL開關(guān)信號輸出AO模擬信號輸出使用說明：通常情況下環(huán)境內(nèi)的光線進行不停地照射，在這個時候它就會變得十分敏感，使用光敏電阻來檢測環(huán)境光線的亮度，從而單片機這一模塊隨即被觸發(fā)。給定一個固定的設(shè)定值，當測量環(huán)境中的光線亮度大于給定的固定值，DO端輸出低電平；當測量環(huán)境中的光線亮度遠遠小于給定的固定值，DO端輸出高電平。DO的輸出端和單片機之間能夠直接進行連接。想要監(jiān)測周圍環(huán)境光線亮度發(fā)生的改變，則可以利用單片機來檢測高低電平。小板模擬量輸出AO可以和AO模塊相連，轉(zhuǎn)換想要獲得更準確的數(shù)值必須利用AD轉(zhuǎn)換。5528型號度光敏電阻實物圖如下所示：圖3-125528光敏電阻實物圖3.4LCD12864顯示模塊LCD12864是一個4位或8位并行，二線或三線串行多接口模式，通過簡便的操作指令，可實現(xiàn)構(gòu)成全漢語式人機交互圖形界面[13]。能夠顯示的漢字為8×4行16×16點陣，還要完成圖形顯示。另一個顯著特征是低電壓低功耗。將組成中的液晶顯示部分與其他相同的類型進行一系列比較可以清晰地發(fā)現(xiàn)，該模塊明顯較為簡單，操作起來也較為簡便快捷，易上手，讀數(shù)速度也快，硬件電路結(jié)構(gòu)和其中的顯示程序也較為簡單。LCD12864顯示模塊實物圖如下所示：圖3-13LCD12864顯示模塊實物圖LCD2864工作特性：（1）VDD數(shù)值：+3.0—+5.5V（2）顯示分辨率：128×64點（3）內(nèi)部包含8192個16×16點陣漢字（4）內(nèi)部包含128個16×8點陣字符（5）2MHZ時鐘頻率（6）顯示方式：STN、正顯、半透（7）驅(qū)動方式：1/32DUTY，1/5BIAS（8）視角方向：6點（9）背光：側(cè)部使用超低功耗高亮白色LED（10）通訊：串行與并口（11）內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路（12）無需片選信號（13）溫度：存儲狀態(tài)：-20℃—+60℃、工作狀態(tài):0℃—+55℃LCD12864尺寸如下圖所示：圖3-14LCD2864尺寸圖LCD12864引腳介紹如下表所示：表3-3引腳功能圖引腳號引腳名稱電平引腳功能描述1VSS0V電源地2VCC3.0+5V電源正3V0-對比度（亮度）調(diào)整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7——DB0為顯示數(shù)據(jù)RS=“L”,表示DB7——DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到DB7——DB0R/W=“L”,E=“H→L”,DB7——DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信號7DB0H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線8DB1H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線9DB2H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線10DB3H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線11DB4H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線12DB5H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線13DB6H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線14DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式16NC-空腳17/RESETH/L復位端，低電平有效18VOUT-LCD驅(qū)動電壓輸出端19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源負端使用LCD顯示屏的注意事項：1、顯示屏為玻璃制作，小心輕放，如禁止從較高處墜落等。2、如果顯示屏被損壞，導致內(nèi)部的液晶發(fā)生泄漏，請勿吞食。如果不小心沾到皮膚上，請立刻使用水結(jié)合肥皂不斷進行清洗，嚴加注意。3、色調(diào)較為重要，如果不想發(fā)生變化，請不要在顯示屏表面施加太大的力，在LCD模塊的連接區(qū)域也請勿用力過猛。4、LCD模塊顯示屏表面的偏振片是軟的，且易劃傷，小心操作。5、若模塊顯示屏表面弄臟，請使用輕柔的棉布進行小心地擦拭。如果污損程度較為嚴重的話，請使用異丙醇或乙醇擦拭。6、其它溶劑可能損壞偏振片，特別是水、酮、芳香劑等。7、使用安裝孔安裝LCD模塊時，請不要使其扭曲或者發(fā)生形變。如果產(chǎn)生形變的情況，顯示質(zhì)量會大打折扣。8、安裝LCD模塊時，不要強行拉或彎曲I/O引線或背光引線。9、當無意碰到LCD模塊的TAB時，有一定可能會發(fā)生顯示變得不正常的情況。10、不要拆卸LCD模塊。11、NC腳要懸空，不接任何東西。12、如果邏輯電路電源切斷，不要輸入信號。13、為了防止元件的靜電損壞，保持良好的工作環(huán)境。14、避免開路，要小心熱封紙的操作。15、玻璃屏邊緣尖銳，小心操作。3.5報警模塊蜂鳴器是電子訊響器，它的結(jié)構(gòu)較為簡便，是一體化設(shè)計。它的供電方式是直流電壓進行供電。使用的范圍涉及許多不同的產(chǎn)品設(shè)計中，例如圖文傳真打印機機、煙霧報警器、兒童電動玩具、鬧鐘等。蜂鳴器有兩種相對而言較為主要的類型，一種是電磁式蜂鳴器，而另外一種則是壓電式蜂鳴器[14]。在本設(shè)計當中，當測量值的環(huán)境溫度和濕度等參數(shù)超過設(shè)定值手動設(shè)置，需要發(fā)出報警，報警電路由三極管和揚聲器。使用晶體管電路，當P1.0為低電平時，晶體管的集電極偏置，發(fā)射級反偏。然后晶體管導通，驅(qū)動蜂鳴器報警。蜂鳴器是如圖如下所示：圖3-15蜂鳴器實物圖總的來說，各部分模塊組合而成的總電路如下圖所示：圖3-16總電路圖第四章電路軟件設(shè)計4.1軟件語言選擇單片機開離不開匯編和C語言這兩種語言的運用，但在此次的畢業(yè)設(shè)計中，只要擇優(yōu)選擇其中一種就可以完成軟件設(shè)計。以下是我參考文獻來對比這兩種語言優(yōu)缺點：匯編語言想要表示機器發(fā)出的指令時，能夠借助文字幫助記憶。這是最貼近機器源碼的一種語言。優(yōu)點如下：較少的資源占用、高效的程序執(zhí)行能力等。但由于CPU的不同，這一原因會導致匯編語言之間存在差異，所以難以“復制粘貼”。每一條指令完整的對應著每一個機器碼，能夠極其清晰地實現(xiàn)每一個功能，各種操作都很便捷，也包括在調(diào)試的過程中。C語言是現(xiàn)在社會中，運用最為廣泛的一種計算機語言。它可以運用在很多的方面，并不只是在開發(fā)軟件上，同時，在各類科研的過程當中都是要用應用到的。在這個飛速發(fā)展的時代，C語言能飛速的發(fā)展,并且成為本世紀最受歡迎的語言之一,就是因為它的功能強大。在運用C語言的同時，在其內(nèi)部添加一些匯編語言的子程序,這種簡單的融合，更加生動的顯示出C語言的相對優(yōu)勢,比如像PC-DOS、WORDSTAR等就是通過這種方法來實現(xiàn)的[15]。通過以上對比，我們發(fā)現(xiàn)C語言更加具有抽象性，并具有以下優(yōu)點：1、更符合我們的思維習慣，同時具備效率提高、花費時間短。2、模塊化。3、可移植性好。4、可以建立數(shù)學函數(shù)同時支持浮點的運算。5、程序可讀性和可維護性強。總而言之，C語言是一種高級語言，又包含了匯編語言的內(nèi)部特點；所以，它本身就是設(shè)計中的一個成功的系統(tǒng)語言，同時也是一個很好的程序語言；能夠做到各種小程序都可以在系統(tǒng)中進行編寫。綜上所述，本次設(shè)計用C語言來作為這次軟件設(shè)計的語言是一個不錯的選擇。4.2KEIL開發(fā)軟件介紹硬件對于單片機的開發(fā)很重要，軟件也很重要，用戶在編寫匯編語言源程序的時候，機器組裝或者手工匯編是能夠成為CPU能夠讀入實現(xiàn)功能的機器代碼的兩種不同方法。機械裝配裝配軟件的使用將源代碼轉(zhuǎn)換成其他的代碼，現(xiàn)代的社會不斷開始進步，帶動了開發(fā)單片機的技術(shù)加速發(fā)展，一開始用戶大部分均使用匯編語言進行編程，更新之后使用更高級的語言開發(fā)的用戶愈加增多，在技術(shù)不斷發(fā)展的同時，開發(fā)軟件也沒有停止進步的腳步。在所有的單片機設(shè)計軟件MCS-51系列中，最受用戶歡迎的KEIL軟件。KEIL為整個系統(tǒng)設(shè)計了出一個完善方案，在整個方案里面包括很多部分：編譯器、連接器，在此外還包含一個仿真調(diào)試器等，它能夠?qū)崿F(xiàn)的功能十分強大，將這些部分組合在一起。KEILC51可以實現(xiàn)很多的功能，進行編譯仿真等一系列操作，可供使用的語言也有多種選擇，例如C語言以及匯編語言，它可以被用作是51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。將C語言與匯編語言這兩者放在一起進行比較，后者在眾多不同的方面都高強的特質(zhì)，因此學得容易用起來相對而言較為容易。在KEILC51這一軟件中，收錄了高數(shù)量的庫函數(shù)。其中看匯編代碼生成的匯編代碼也是比較重要的，能夠清晰地了解到它本身生成出來的目標代碼，快速而又高效。大部分匯編語句生成的代碼十分的緊湊，易被用戶學習理解。4.3軟件程序設(shè)計主程序流程圖如下所示，且程序主要完成以下任務：對內(nèi)存中的所有數(shù)據(jù)和顯示系統(tǒng)初始化讀取溫濕度、光照強度等環(huán)境參數(shù)通過與設(shè)定值進行比對，判斷是否正常當測量值超過設(shè)定值，系統(tǒng)發(fā)出警報若測量值在指定范圍內(nèi)，則系統(tǒng)正常運行圖4-1程序設(shè)計流程圖第五章仿真電路系統(tǒng)5.1Proteus仿真軟件介紹Proteus軟件起源于Labcenterelectronics公司設(shè)計的一款EDA軟件。Proteus軟件使用年代久遠，在全球廣泛使用。它能實現(xiàn)很多功能：電路進行仿真、PCB設(shè)計、線路自動控制、自動或人工布線。在不斷更新?lián)Q代的研究之后，實現(xiàn)了一個新的功能，仿真是交互并且可視化的，利用原理圖虛擬的原型，在這個基礎(chǔ)上進行編程，調(diào)試軟件源碼級。輸入部分和輸出部分的現(xiàn)實的結(jié)果在整體運行結(jié)束之后能夠很容易的被看到，結(jié)合整個設(shè)計里的虛擬儀器，記錄數(shù)據(jù)變得更簡便。沒有必要在設(shè)計過程中過多投入硬件設(shè)備，也可以利用該軟件完整地設(shè)計并建立完整的學習電路系統(tǒng)的大環(huán)境，面對其他軟件研發(fā)時間較長的弊端，它可以大大減少這一周期，做到低成本、低消耗、高效率。Proteus為了實現(xiàn)一個整體的電子設(shè)計系統(tǒng)，在整體里組合了眾多部分，例如：PCB設(shè)計、線路自動控制、高級原理布圖、混合型模式SPICE仿真等[16]。經(jīng)過多年來的長時間連續(xù)開發(fā)與研究,這個系統(tǒng)被逐漸完善。被一些國內(nèi)外報告中評為最好的產(chǎn)品—“TheRoutetoPCBCAD”。利用Proteus系列產(chǎn)品，使用者能夠在對以微控制器為基礎(chǔ)的設(shè)計進行仿真的同時，將周圍全部的電子器件同時進行仿真，還可以使用交互式仿真：例如在整體的電路中使用LED/LCD、鍵盤等許多不同的外圍設(shè)備[17]。5.2仿真電路原理及結(jié)果利用Proteus軟件進行調(diào)試，將電路原理圖進行仿真。下圖為整個農(nóng)田信息采集系統(tǒng)的仿真結(jié)果：圖5-1仿真原理圖及結(jié)果5.3仿真結(jié)果分析從仿真的成果圖看出，仿真是針對的其中的一種狀態(tài)。當各個傳感器采集到環(huán)境參數(shù)，并將測量值傳給單片機進行顯示，由LCD12864顯示當前環(huán)境溫度為26℃，環(huán)境濕度為75%，土壤溫度為26℃，光照強度為128。由于程序中設(shè)定的額定溫度為30℃，此時沒有超出規(guī)定的溫度。這時單片機沒有驅(qū)動蜂鳴器進行報警。仿真結(jié)果說明設(shè)計的環(huán)境參數(shù)測量工作是能夠正常運行的，這充分體現(xiàn)了本系統(tǒng)設(shè)計的可行性與實際操作性且其他超出額定值的部分情況同理可以進行仿真和測試。第六章結(jié)論與展望在現(xiàn)代化社會高速發(fā)展的今天，人們的日常生產(chǎn)與生活已經(jīng)無法離開自動控制的單片機了。而在傳統(tǒng)做法中，模擬電路改變溫度濕度等參數(shù)的方法，已經(jīng)慢慢被拋棄了。課題確定之初查閱了大量資料，其中包括許多為關(guān)于傳感器、單片機接口電路、以及控制方面的文獻資料，且在不斷地