毕业设计（论文）-基于单片机的节水灌溉系统的研究.doc

沈阳化工大学科亚学院本科毕业论文题 目： 基于单片机的节水灌溉系统的研究 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气1205 班 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 年 月 日论文答辩日期： 年 月 日沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 摘 要随着计算机技术和传感器技术的迅猛发展，用信息技术改造农业可能的而且是必要的。实施节水灌溉已成为我国农业乃至国民经济持续发展带战略性的根本大事。节水灌溉技术是一种有效的现代节水技术，国内进步缓慢，制约我国自动化节水工程发展的主要原因是自动化水平不高，多采用传统的灌溉模式，自动化意识低下，仍然属于粗放型的灌溉操作，因此，提高有效灌溉率、缩短人力工作时间，是节水的关键，节水技术则是重中之重。本文旨在针对已经存在的作物生长土地湿度自动监控系统的理论进行研究，并且提出相应的修正措施，进而能够极大地发挥其本身的优越性，使其促进作物生长的同时，节约大量的水，降低能耗。自动根据目标土地的湿度控制节水灌溉的技术的高低代表着农业现代化的发展状况，目前我国的灌溉系统自动化水平较低。所以用单片机控制的节水灌溉系统可以对不同土壤进行湿度监控，并根据作物对土壤湿度的要求进行适时、适量灌水。根据实际情况及系统技术要求，本文采用STC公司的型号为STC89C52RC的单片机芯片为单片机核心控制部分，由湿度传感器电路， 44矩阵键盘电路，12864液晶动态显示电路，超限报警电路，水泵开关控制电路，电源电路等组成。利用湿度检测电路中的湿敏电阻对土壤湿度进行采集，所得电流信号经处理得到可用的电压信号，单片机可将土壤湿度传感器检测到的土壤湿度模拟量转换成数字量，在12864液晶屏上动态显示，并且可以通过矩阵键盘设定该节水灌溉系统的上限和下限警戒阈值，从而实现对土壤湿度的监测监控，能进行适度范围设置和显示，同时通过控制算法实现对水泵开关的控制。与此同时，当该系统超过警戒阈值时系统可以通过GPRS无线远程数据传送电路向目标手机发送报警短信，及时通知系统所处状态，并且在发送短信的时候通过蜂鸣器和LED发光二极管实现系统的声光报警功能。该系统具有较强的灵活性和较高的可靠性，便于操作，较好的实现了人机交互这一理念，将会有更广阔的开发前景。关键词： 自动化；单片机；GPRS；无线远程数据传送；传感器沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 AbstractWith the rapid development of computer technology and sensor technology, using information technology to transform agriculture possible but necessary. Implement water-saving irrigation has become Chinas sustainable development of agriculture and the national economy with a fundamental strategic priority. Water-saving irrigation technology is an effective modern water-saving technologies, domestic progress is slow, restricting Chinas water-saving automation engineering development is mainly due to the automation level is not high, the use of traditional irrigation mode, low awareness of automation, still belongs to the extensive irrigation operation, therefore, improve the effective irrigation rate, shorten working time manpower is the key water-saving, water-saving technology is a top priority.This paper aims to conduct research on existing crop land theory humidity automatic monitoring system, and propose appropriate corrective action, and thus can greatly play their own advantages to promote crop growth while saving a lot of water, reduce energy consumption. According to automatic humidity control target land of water-saving irrigation technology represents the level of development of agricultural modernization, the current low level of automation of irrigation systems. Therefore, water-saving irrigation system MCU can control different soil moisture monitoring, soil moisture and crop according to the requirements of timely, adequate irrigation. According to the actual situation and system technical requirements, we use STCs model STC89C52RC microcontroller chip to control part of the microcontroller core, by the humidity sensor circuit, 4 4 matrix keyboard circuit, 12864 dynamic display circuit, limit alarm circuit pump switch control circuit, a power supply circuit. Use humidity detection circuit humidity resistance of the soil moisture is collected, Analog Microcontroller soil moisture soil moisture sensor can be converted to digital, dynamic display on the LCD screen 12864, and can set the upper and lower alert thresholds that water saving irrigation system through the matrix keyboard, enabling the soil moisture monitoring and control can be set and displayed moderate range, while achieving the pump switch controlled by the control algorithm. At the same time, when the system is above the warning threshold system can be sent via GPRS wireless remote data transfer circuit alarm SMS to the target phone, promptly notify the system in which the state, and send text messages when the buzzer and LED light-emitting diodes system sound and light alarm. The system has a strong flexibility and high reliability, ease of operation, better realization of the concept of human-computer interaction, there will be a broader development prospects.Keywords: Automation; SCM; GPRS; Wireless remote data transmission; sensor目录 辽宁工业大学工程硕士专业学位论文2沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 目 录 第一章 绪论1 1.1基于单片机的节水灌溉系统开发背景分析1 1.2 本文研究内容及章节安排2 1.3 系统总体结构框图2 第二章 系统硬件电路设计3 2.1微控制器模块设计3 2.1.1 控制器芯片3 2.1.2 STC89C52单片机最小系统设计4 2.3 GPRS远程数据传输模块设计5 2.3.1 SIM900A模块使用设计5 2.4传感器监测电路设计6 2.4.1 土壤湿度传感器的设计7 2.5键盘输入电路设计7 2.6水泵开关电路及声光报警电路的设计8 2.7 LCD1602液晶显示电路设计9 2.8电源电路设计10 2.8.1 电源方案选择10 2.8.2 电源电路设计11 第三章 系统软件结构设计13 3.1系统软件设计及总体流程图13 3.2 GPRS信息发送实现14 3.3 LCD1602液晶显示实现17 3.4湿度补偿函数实现18 3.5按键控制实现18 第四章 系统测试方案23 4.1系统调试方法与测试说明23 4.2调试过程及调试结果分析23 第五章 设计总结25 参考文献26 致 谢27 附 录I28 附 录II30第一章 绪论1.1 基于单片机的节水灌溉系统开发背景分析随着计算机技术、通信技术以及大规模集成电路技术的快速发展，在工农业生产等领域中，节水灌溉技术在软、硬件方面的研究都有了一定的进展8。在国外，节水灌溉技术发展的比较成熟，已将数字式传感器应用于节水灌溉系统。数字式传感器采用了半导体集成电路与微控制器的最新技术，不仅能完成湿度检测的功能，还能完成预置范围温湿度、多路A/D 转换、温度补偿、报警等功能。因数字式湿度传感器输出的是数字量，不需要进行模数转换，从而解决了一些湿度信号长距离传输以及传输过程中因干扰和衰减而导致精度降低等棘手的问题9。节水灌溉系统的基础是数据采集系统，随着电子技术的发展，数据采集装置已经历了几个不同的发展阶段。将数据采集系统应用于传感器测控系统，对实际运用意义重大。国外的大型传感器企业特别重视传感器测试技术的研究，八十年代芬兰Vaisala 公司、日本Figaro 公司研制了气体传感器自动测试系统，保证了传感器产品在世界传感器市场的领先地位。九十年代Tsuchida 公司生产了集成温度测量套件。Boltshauser 研制了用于集成湿度传感器的测试系统1011。加拿大、美国等在监控技术方面发展的较快12，农业节水灌溉产品已经广泛使用高科技数字式传感器，并且推出了一定数量的检测系统，提高了监测的精度和速度。目前，国内农业节水灌溉系统的研究主要采用的硬件有电阻式湿度传感器、采样器、模数转换器等，线路比较复杂，并且不易于维护13。自1978 年开始，利用电阻式湿度传感器、采样器、模数转换器、报警器等组成的检测系统的出现，它可以对各个测量点进行巡回检测，提高了检测的精度和速度，并降低了劳动强度，但是由于电阻传感器的灵敏度比较低，一般达不到预定的要求，使检测的精度以及系统的可靠性还不够完善14。1990 年，检测系统有了较大的提高和改善，在布线方面，系统采用布线技术为矩阵式，数据采集部分的线路被简化，还应用了热电偶、半导体传感器件；采用串行传输方式线路，减少了传输线条数。因传感器存在线性度差，导致系统检测精度不高，因此没有得到大范围推广利用15。随着单片机技术及功能的日益强大，对检测的稳定性和准确性有了更高的要求。所以节水灌溉系统研究的重点是寻求最佳的配置与最优性价比。总之，农业节水灌溉技术在软、硬件方面的研究，国外有较先进的研究经验，国内有经验也有不足，这为本课题提供了一定的研究基础和研究空间。1.2 本文研究内容及章节安排本文共由五部分组成，其结构如下：第一章为绪论，介绍研究的背景及基于单片机的节水灌溉系统的发展历程。并对系统的总体架构进行设计。第二章设计了系统的硬件部分，包括核心主控电路、GPRS无线远程通信电路、湿度传感器电路，44矩阵键盘电路，LCD1602液晶动态显示电路，超限报警电路，水泵开关控制电路，电源电路。第三章为系统进行软件设计，包括各部分的程序流程设计及代码编写。第四章是对系统的测试及结果分析。第五章对全文进行总结。1.3 系统总体结构框图具体结构框图如下图所示：传感器模块LCD12864显示和1616矩阵键盘模块RS-232模块STC89C52PC机水泵开关模块用户GPRS模块电源模块图1.1 系统总体结构框图 第二章 系统硬件电路设计系统硬件电路采用STC公司的型号为STC89C52RC的单片机芯片为单片机核心控制部分，由湿度传感器电路，44矩阵键盘电路，12864液晶动态显示电路，超限声光报警电路，水泵开关控制电路，电源电路等组成。2.1微控制器模块设计本系统的控制器的要求不是特别高，能实现简单的液晶显示，键盘按键输入，多个I/O口检测和串口发送数据即可。所以控制器采用了STC公司STC89C52芯片来实现，该芯片兼备传统8051的处理器，RAM的容量也有521KB，不仅简化硬件设计，还节约设计成本。2.1.1 控制器芯片本系统用到的STC89C52芯片是STC公司生产的一种高性能、低功耗的CMOS8位微控制器，它有一个 8K 的Flash存储器，并且是在系统可编程的，STC89C52芯片运用最经典的MCS-51内核，而且做了较多的改进令芯片具有了传统的51单片机所不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供超有效、高灵活的解决方案，它拥有以下的标准性功能：8k字节的Flash，512字节的RAM，32 位的I/O口线，watchdog定时器，内置4KB的EEPROM，MAX810复位电路，3个16位的定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断的结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工的串行口，最高运作频率达到35MHz，6T/12T可选。图2.1 STC89C52芯片引脚2.1.2 STC89C52单片机最小系统设计所谓的单片机最小系统其实就是指单片机所利用自身有限的资源，用最少的辅助元件组成一个可以正常工作的系统。包括起振电路（晶振Y2=11.0592MHZ），电源（地），复位电路组成。本系统的STC89C52单片机核心控制电路如下图2.2所示。其中，晶振的两端分别接30pF的电容到地。复位电路先接10uF电容后在与地并联，起到滤波的作用，复位电路包括按键脉冲复位，按键电平复位，上电复位三种。其中复位电路是使单片机的CPU或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这个状态开始工作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出现错误或操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，也需要按复位电路以重新启动。本设计复位采用按键电平复位电路。晶振是为单片机提供起振信号，晶振频率越高，单片机处理速度越快。图2.2 STC89C52单片机核心电路2.3 GPRS远程数据传输模块设计GPRS指的是通用分组无线业务 (General Packet Radio Service)的英文简称，它其实是在GSM技术上发展出来的一种新型的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS运用与GSM相同的突发结构、相同的频带、相同的无线调制标准、相同的TDM流帧结构以及相同的跳频规则，GPRS允许用户在端到端分组转移模式下接收和发送数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种低成本、高效的无线分组数据业务。2.3.1 SIM900A模块使用设计监测终端采用GPRS模块实现STC12C5608AD单片机与手机之间网络通信，GPRS模块以串行接口与STC12C5608AD单片机系统板连接。GPRS模块采用SIMCom公司的SIM900A模块，其外围电路包括串行数据接口、电源模块和工作指示电路，如图2.4所示。图2.4 SIM900A模块电路图图3.8 SIM900A模块电路图GPRS模块SIM900A与单片机STC12C5608AD单片机均为TTL电平，故STC12C5608AD单片机直接通过串行接口即可实现对GPRS模块的网络配置和数据传输，通过串口线(GPRS_RXD、GPRS_TXD、GND)以AT指令方式实现控制器对SIM900A模块的通信控制。GPRS模块工作电源通过LM2941稳压芯片提供VDD为4.5V的工作电压，并满足发送数据时1.5A瞬时电流要求。模块工作中需SIM卡在线入网支持，U1为SIM卡电路，通过SIMDATA、SIMCLK、SIMRST引脚完成对SIM卡的数据读写及复位操作，Q2和Q3构成模块工作指示电路，并指示模块工作状态。2.4传感器监测电路设计本系统传感器模块采用土壤湿度传感器来实时监测土壤湿度以及其是否超过已设定的警戒阀值。比如：如果土壤湿度超过设定值或者低于设定值，那么传感器被触发，检测模块即可检测到土壤湿度传感器输出引脚电平的变化，进而把数据传输给主控制器，这样即可实现节水灌溉系统的阀值灌溉技术的初步要求。2.4.1 土壤湿度传感器的设计SHT10温湿度传感器的集成度比较高，包含一个温度敏感元件和一个湿度敏感元件，二者与14 位的A/D 转换器及串行接口电路在同一芯片上进行连接，连接方法采用二线制。SHT10通过两线串行接口电路与单片机连接，具体电路如图2.5所示。其中，串行时钟输入线SCK。SHT10 的温度量程为-40123.8，湿度量程为0%RH100%RH ，测湿精度为4.5%RH，测温精度为0.5，湿度分辨率为0.03%RH，温度分辨率为0.0123，这些参数指标满足本设计的温湿度检测的精度和测量范围要求。图2.5 SHT10引脚接线图2.5键盘输入电路设计矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组。本系统使用44矩阵键盘，按键识别方法采用行扫描法，使用P1.4P1.7进行按键的列扫描，使用P1.0P1.3引脚进行按键的行扫描，首先让键盘初始化P1口全部为高电平，然后使P1.0P1.3引脚分别为低电平判断P1.4P1.7引脚是否有被检测到低电平，如果检测到有则对行列值做相应处理输出键值，如果没有那么继续循环监测，一直到退出程序或者执行其他程序为止。这样，所设计出的44按键就可以满足系统需求。具体设计如下图2.6所示。图2.6 44矩阵按键2.6水泵开关电路及声光报警电路的设计采用电磁式继电器来控制水阀电路，利用单片机的P1.1为水泵的控制端口，当需要灌溉的时候P1.1为高电平，反之，P1.1为低电平。单片机要达到控制目的，电路要加放大电路，本系统使用9015三极管放大信号。同时利用1N4001稳压二极管来显示水泵开关状态，不同的发光二极管亮代表水泵开关的不同状态。为了使使用的人员在一些紧急或反常状态下不会忽视、能够及时的处理突发状况，所以需要有一种能够引起人们注意的报警信号。报警信号一般包括:鸣音报警、闪光报警和语音报警，本系统采用声光报警。如图2.7所示为声光报警电路，选用压电式蜂鸣器，这种蜂鸣器仅需要10mA的驱动电流就可以产生3KHz左右的蜂鸣声音，其中蜂鸣器的一端接在高电平+SV上，另一端连接Pl.0，在初态时，P1.0始终输出高电平1，在需要报警的时候，对端口P1.0清零就可以了。同时利用延时程序来控制报警声音的长短。当P2.3、P2.4、P2.5端输出为低电平“0”时，二极管导通，灯亮发出报警信号。图2.7 声光报警电路2.7 LCD1602液晶显示电路设计本系统使用的LCD1602是一种图形点阵式液晶屏幕,它主要由行驱动器/列驱动器及全点阵液晶显示器组成。可显示英文字母、数字、ASCII码。同时，该液晶模块内有很多软件功能：比如，光标显示、反白显示、清除、睡眠、关闭等等许多功能，这样就使得编程人员对其进行编程时更加方便快捷。而且，该液晶模块还提供了3线串行和8线并行的接口方式，以方便不同的编程需求。如图2.8所示，本系统中LCD1602液晶接口方式采用8位并行接口方式显示数据，因为与串行显示方式对比，并行可以更快速的传输数据，节省时间，即时性更好，本系统中其他模块不需要占用大量的单片机I/O口，这种并行的方式最为适用。如下图所示，液晶的CS、 SID 、SCLK串行数据线分别与STC89C52单片机的P2.0P2.2相连接，D0D7分别与单片机的P00P07连接。然后通过程序中相应子函数的调用来实现液晶的显示。图2.8 LCD1602液晶显示电路2.8电源电路设计本系统供电方式有交、直流两种供电方式，220V AC /12V DC。通过这两种供电方式经过变换得到稳定的直流正3.3V、正5V电源。2.8.1 电源方案选择方案一：用LM7805三端可调稳压器集成电路为核心搭建+5V直流稳压电源供电，但是由于厂家作工不同，会使得输出电压达不到稳定的+5V的电压。方案二:用LM317三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件少，电路内部还有过流，过热及调整管的保护电路，使用起来方便，可靠，价格便宜。输出电压值稳定精确而且输出电压可以根据匹配电阻的变化改变。由于本系统电路中对直流稳压电源要求很严格，是为系统提供稳定的工作电压，所以，所以通过对比，以及对系统整体要求的考虑，选用二者结合使用。2.8.2 电源电路设计直流稳压电源一般由电压变压器、整流滤波电路及稳压电路等组成的。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的电压输出。本设计主要采用输出直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流+3.3V和+5V电源，本电路的目的在于从50HZ、220V的交流电压中得到直流电压。当输入为220V交流电压时，首先通过变压器降至22V左右交流电压。整流部分选用了全波桥式整流电路，输出为30V直流电压，电容滤波电路的输出电压在负载变化时波动较大，它的负载能力比较差，只是用于负载较轻且变化不大的场合。采用电容滤波器不仅可以使输出电压变得平滑、文波显著减小，同时输出的平均值也增大。Vo_Vi电压变压器整流电路滤波电路稳压电路图2.9 直流稳压电源整体框图本系统设计要求+3.3V和+5V电压供电，因为对正5V电压要求不是很高，所以正5V电压我们采用7805芯片制作，如图2.17所示，交流电压从J1输入端输入经过四个IN4007整流二极管整流后经过电容滤波和7805芯片稳压后得到相对稳定的+5V直流电压源从J2输出。图2.10 正5V电源电路 系统中需要的+3.3V电压要求精确稳定，所以采用LM317芯片做成可调直流稳压电源得到。如图2.18所示，交流电压从J5输入端输入经过四个IN4007整流二极管整流后经过电容滤波和LM317芯片稳压后得到相对稳定的+3.3V直流电压源从J6输出。图2.11 正5V电源电路33沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 系统软件结构设计3.1系统软件设计及总体流程图系统的总体流程图如下图3.1所示：主函数流程图很简单，因为是把整体函数程序做成了很多个子函数，最后只是由main主函数调用各个函数来实现，这样的话主函数很简洁明了，也方便程序的模块化编写的增加或删减。土壤湿度MAX设定值？声光报警函数开阀放水函数发送短信函数是否是开始初始化函数湿度采集函数土壤湿度MIN设定值？否声光报警函数关阀断水函数关阀断水函数发送短信函数结束图3.1 主程序流程图如图3.1所示程序一开始是整个系统的初始化，调用初始化函数实现，接着调用湿度采集函数采集土壤湿度，随后进入循环检测，在循环里判断土壤湿度传感器采集的湿度值是否小于湿度最小的设定值，如果有效小于则进入声光报警、开阀放水、发送短信函数，如果湿度值大于最大设定值则进入声光报警、关阀断水、发送短信函数，如果处于最大值和最小值之间则断水不做报警。整个主程序从上电开始就在不停循环检测以实现不间断主动监测。3.2 GPRS信息发送实现SIM900A模块提供两组TTL接口，一组为2.85V的TTL接口，可以与3.3V单片机连接匹配；另一组为5V的TTL接口，可以与5V的单片机直接连接使用。本系统采用5V的TTL接口连接。连接时，需将SIM900A的TXD接口与单片机的RXD相连接，SIM900A的RXD接口与单片机的TXD接口相连接，GND与单片机上的GND相连接，本系统中，SIM900A的TXD和RXD接口分别与STC89C52单片机的P3.0和P3.1接口相连接。采用单片机内的AT指令来对SIM900A进行操控，以实现无线远程短信数据的传输。 图3.2 GPRS发送短信程序流程图 当STC89C52单片机检测到传感器有效信号之后会通过串口中断的方式对SIM900A发送AT指令使GPRS模块初始化，随即再发送AT指令使其进入GSM模式，然后调用号码设置函数，设置接收短信的电话号码，随后调用发送短信函数发送短信，最后退出子函数。部分程序如下：void Uart1Send(uchar c)SBUF=c;while(!TI);/等待发送完成信号（TI=1）出现TI=0;/串行口连续发送char型数组，遇到终止号/0将停止void Uart1Sends(uchar *str)while(*str!=0)SBUF=*str;while(!TI);/等待发送完成信号（TI=1）出现TI=0;str+;void Delay_1ms(uint del)/1ms延时uint i,j;for(i=0;idel;i+)for(j=0;j=148;j+);void duanxin1(void)uchar i = 0;SerialInti();Uart1Sends(AT+CSCS=GSMrn);Delay_1ms(100);/延时3秒Uart1Sends(AT+CMGF=1rn);Delay_1ms(100);/延时3秒Uart1Sends(AT+CMGSn);/此处修改为接收短信的电话号Delay_1ms(100);/延时3秒Uart1Sends(sms_text1);/修改短信内容Uart1Send(0x1a);Delay_1ms(1000);/延时20秒3.3 LCD1602液晶显示实现 下面是液晶显示的部分主要程序，本系统液晶采取串行方式发送数据，把显示部分分为若干子函数，最后统一调用子函数进行显示，程序流程图如图3.3所示，进入子函数入口后，首先初始化液晶屏幕，调用清屏函数。本程序中位值X全部设置为0即从每行的第一个位开始显示。随后判断行号Y用来判定程序从液晶的第几行开始显示字符，如果Y值为1则是第一行开始显示，为2则是第二行开始显示。判定完从第几行第几位开始显示后就是调用数据传输函数开始串行传送数据。最后判断数据是否传送结束，如果是则返回主函数，如果不是则继续传送数据入口初始化判断行号Y12default在第一行开头显示字符在第二行开头显示字符LCD 1602数据是否传完否LCD1602液晶传输数据是返回图3.3 LCD1602液晶显示程序流程图通过上面的流程图实现了液晶的字符显示.3.4湿度补偿函数实现为了测得更准确的数据，需进行温湿度的补偿，用*P_humidity来存储修正后的湿度值，用*P_temperature来存储修正后的温度值。输入湿度为12位，温度为14位，C1、C2、C3为12位湿度修正值，T1、T2为14 位温度修正值，rh为湿度采集值12Bit，t为温度采集值14Bit，rh_lin为湿度线性值，rh_true为温度补偿后的湿度值，湿度上限值为100，湿度精度为0.1，计算出实际温度值和湿度线性值以及温度补偿后的湿度%RH，返回温度实际值和湿度实际值。3.5按键控制实现本系统使用44矩阵键盘，行扫描选用P1.0P1.3引脚，列扫描选用P1.4P1.7，当程序中有需要检测按键是否被按下时就会调用按键控制的子函数，首先让键盘初始化P1口全部为高电平，然后使P1.0P1.3引脚分别为低电平判断P1.4P1.7引脚是否有被检测到低电平，如果检测到有则对行列值做相应处理输出键值，如果没有则继续循环监测，直到退出程序或者执行其他程序为止。具体程序流程图设计如下图3.4所示。开始键盘初始化否读行线判断是否有按键按下是延时去抖读列线判断是否有按键按下否是转换按键编号返回键值图3.4 按键控制流程图本设计中部分按键检测程序如下：uchar Keyscan(void)uchar i,j,k,temp, Buffer4 = 0x0e, 0x0d, 0x0b, 0x07;P1 = 0xf0;for(j=0; j4; j+)/每一行进行循环temp = 0x10; for(i=0; i4; i+)P1 = Bufferj;P1 = P1 | temp;k = P1 & 0xf0;if(k & 0xf0)=0)while(1)if(P1&0xf0)Delay(2);if(P1&0xf0)break;return (i+j*4);temp 1000) shidu_max = 0; if(Key_Value =14) shidu_min = shidu_min + 10;LCD_disp_char(6,2,shidu_min/1000+0); LCD_disp_char(7,2,(shidu_min%1000)/100+0); LCD_disp_char(8,2,(shidu_min%100)/10+0); LCD_disp_char(10,2,(shidu_min%10)+0); if(shidu_max 1000) shidu_max = 0; 第四章 系统测试方案4.1系统调试方法与测试说明Proteus 是电路以及单片机系统设计与仿真的软件，能够实现模拟电路、数字电路以及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真等功能35。基于以上，本设计利用Proteus 对系统进行了调试、测试与仿真验证。Proteus 软件库具有丰富的元器件，本文主要用到的元器件有电阻、电容、微控制器、显示器、驱动芯片、继电器、传感器、数据选择器、发光二极管、报警器、按键、电机和终端。Proteus 的ISIS 设计平台是集单片机电路图绘制、调试与仿真运行功能于一体的，因此根据设计目标和设计要求，利用Proteus 的ISIS 模块进行了系统原理图设计。单片机集成开发软件Keil，提供了C 编译器、连接器、库管理和功能强大的仿真调试器，并且通过一个集成开发环境uVision4将这些部分组合在一起。uVision4的软件界面主要包括菜单工具栏、项目管理窗口、文件窗口及输出窗口四部分36。软件设计仅用Keil，还不能满足系统的仿真条件，所以还需要借助功能强大的Proteus 仿真软件，Proteus提供硬件仿真与运行环境，Keil 提供软件执行环境，二者联合使用，使两个软件优势互补，达到本设计系统的整机虚拟实验环境。4.2调试过程及调试结果分析所有的子函数都整合在同一个工程文件中，工程文件中包括主函数、数据采集与显示函数、键盘扫描函数等。每个C文件都会对应一个头文件，头文件中定义了各个C文件中会用到的相关参数。首先启动在Proteus 中利用ISIS 模块已绘制好的温湿度检测系统电路原理图平台，然后启动Keil uVision3 开发平台，建立一个Keil 工程，输入C 源程序，编译生成*.hex 可执行文件，将编译后的可执行文件下载到Proteus 中，实现仿真运行控制。将设计好的各个功能模块的程序，整合在一起，建立源文件，以*.C命名并保存，然后建立一个工程文件，进入工程设置窗口进行设置，设置好后，进行编译、连接、调试。程序中如果有错误或警告，则在调试结果显示窗口显示出第几行有错误或者警告，然后进行具体的修改，直至编译显示结果为“0Error(s),0 Warning(s)”字样，则表示无错误，无警告，调试成功。将整个工程编译成一个HEX二进制代码文件，再利用Keil烧录软件把HEX文件拷到单片机的ROM中，进行了软硬件联合仿真，经模拟仿真发现：各功能模块均达到设计要求和目的。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 设计总结至此，本次所设计的基于单片机的节水灌溉系统已经完成，该设计的硬件设计包括八部分：主控单元电路、GPRS无线远程通信电路、湿度传感器电路，44矩阵键盘电路，1602液晶动态显示电路，超限报警电路，水泵开关控制电路，电源电路。通过硬件电路和软件设计协调工作完成了系统所要求的所有功能。 本设计主要是以STC89C52单片机作为主控芯片。控制各个功能模块实现该系统的各种功能。STC89C52RC的单片机为系统核心控制部分，由湿度传感器SHT10单元，44矩阵键盘单元，LCD1602液晶动态显示单元，超限报警单元，水泵开关控制单元，电源单元等组成。利用SHT10湿度检测电路中的湿敏电阻对土壤湿度进行采集，单片机可将土壤湿度传感器检测到的土壤湿度模拟量转换成数字量，在LCD1602液晶屏上动态显示，并且可以通过矩阵键盘设定该节水灌溉系统的上限和下限警戒阈值，从而实现对土壤湿度的监测监控，能进行适度范围设置和显示，同时通过控制算法实现对水泵开关的控制。与此同时，当该系统超过警戒阈值时系统可以通过GPRS无线远程数据传送电路向目标手机发送报警短信，及时通知系统所处状态，并且在发送短信的时候通过蜂鸣器和LED发光二极管实现系统的声光报警功能。此系统在功能上基本达到了要求，能实现对灌溉系统的放水和断水的智能型控制，更加节约用水并且实现了远程报警的功能，实现了无人监控的功能。但是由于时间仓促、实验条件的限制以及自身水平有限等原因，希望在以后的工作中能在以下方面做进一步的研究和探讨：1.通过进一步的研究，探讨放水量的多少，实现更好的节约型灌溉，提高水资源的利用率。2.深入研究程控电路，扩大范围并细化分度值。3.继续优化单片机控制单元，做到分别控制多路型节约灌溉技术。基于单片机的节水灌溉系统在农业种植、水产养殖等领域有广泛的应用。希望有更多的人参与到这项研究中来，具有效率高、功耗低、体积小节约水资源，专业性强等显著优点，可以满足各类用户的智能型节水灌溉系统是我们的目标。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献1 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