毕业论文盆花自动浇水系统.doc

题 目 盆花自动浇水系统的设计与实现 学生姓名 学号 1013014014 所在学院 物理与电信工程学院 专业班级 电子 指导教师 完成地点 陕西理工学院 2014 年 6 月 16 日 陕西理工学院毕业论文 盆花自动浇水系统的设计与实现 陕西理工学院 物理与电信工程学院 电子信息工程专业 20 级 班 陕西 汉中 723003 指导教师 摘要 本次设计的盆花自动浇水系统用 STC89C52RC 单片机为主控芯片 用 DHT11 温湿度传感器进行土 壤温湿度的检测 用时钟芯片 DS1302 进行定时控制 并通过雨水检测器进行雨水检测 再将温湿度采集结果 及当前时间在 LCD1602 显示屏上进行显示 如遇雨天自动停止浇水 否则若湿度低于设定的下限值时 单片机 输出一个控制信号 蓝灯亮 继电器工作 开始浇水 若湿度高于上限值时 单片机输出一个控制信号 蓝灯 灭 继电器关闭 停止浇水 关键词 STC89C52RC 温湿度传感器 DHT11 时钟芯片 DS1302 液晶显示器 LCD 继电器 The design and implementation of the potted flower automatic watering system Class 20 School of Physics and Electronic Information Engineering Electronics and Information Engineering Dept Shaanxi University of Technology Hanzhong 723003 Shaanxi Tutor Abstract Abstract The design of the potted flower automatic watering system with STC89C52RC microcontroller as main control chip using DHT11 temperature and humidity sensors for the detection of soil temperature and humidity applying a time clock chip DS1302 for timing control and through the rain detector test form rain and temperature and humidity collection results and the current time on the LCD1602 screen for display In case of rain automatically stop watering otherwise if the humidity is below the lower limit set by the microcontroller outputs a control signal blue lights relays start watering If the humidity is higher than the upper limit the microcontroller outputs a control signal the blue light off relay closed and stop watering Keyword Keyword STC89C52RC DHT11 temperature and humidity sensor DS1302 clock chip liquid crystal display LCD relay 陕西理工学院毕业论文 目目 录录 引言引言 1 1 1 1 设计方案选择设计方案选择 3 3 1 1 温湿度检测模块 3 1 2 显示模块 4 2 2 主要元器件介绍主要元器件介绍 5 5 2 1 STC89C52 单片机 5 2 2DHT11 温湿度传感器 6 2 3 液晶显示器 LCD 8 2 4 DS1302 时钟芯片 10 3 3 硬件电路设计硬件电路设计 1313 3 1 晶振电路 13 3 2 复位电路 13 3 3 DHT11 温湿度传感器模块 13 3 4 LCD 显示模块 14 3 5 定时器模块 14 3 6 按键模块 15 3 7 雨水检测器模块 15 3 8 继电器电路 15 4 4 软件设计软件设计 1717 4 1 土壤温湿度的检测与浇水控制系统 17 4 2 定时器的设置与浇水控制系统 17 5 5 安装与调试安装与调试 1919 5 1 土壤温湿度检测与浇水控制系统 19 5 2 定时器的设置与浇水控制系统 20 总结总结 2323 致谢致谢 2424 参考文献参考文献 2525 附录附录 A A 外文翻译外文翻译 2626 附录附录 B B 整理电路图整理电路图 3333 附录附录 C C 实物图实物图 3434 附录附录 D D 元器件清单元器件清单 3535 附录附录 E E 程序程序 3636 陕西理工学院毕业论文 第 1 页 共 66 页 引言 有喜有忧 有笑有泪 有花有果 有香有色 这是老舍先生对养花的乐趣和对生活热爱的朴 实表述 和老舍先生一样 许多城乡居民喜欢在家中种植一些花草 养盆花不仅可以陶冶情操 丰 富生活 同时盆花可以通过光合作用吸收二氧化碳 净化室内空气 在有花木的地方空气中阴离子 聚集较多 所以空气也特别清新 而且许多花木还可以吸收空气中的有害气体 生活中我常见的盆 花如下图 a b 所示 图 a 马蹄莲 图 b 君子兰 盆花生长所需的水分 大部分是从土壤中吸收来 盆花能否良好的生长就在于土壤湿度的适合 度 但是 在生活中人们总是会有无暇顾及的时候 比如工作太忙 出差 旅游等 花儿生长问题 大部分都是由花儿浇灌问题引起的 虽然市场上有卖盆花自动浇水器 但价格十分昂贵 并且大多 只能设定一个定时浇水的时间 很难做到给盆花自动适时适量浇水 因此 我想设计一种集盆花土 壤温湿度检测和自动浇水于一体的盆花自动浇水系统 根据土壤湿度传感器设计的盆花自动浇水系 统能根据不同的盆花对土壤湿度适合度的不同需要 随时调整控制盆花土壤湿度 让盆花能够良好 生长 微喷灌是利用直接安装在毛管上 或与毛管连接的微喷头将压力以喷洒状湿润土壤 微喷系统是近几年利用国内外先进技术组装的新型灌溉设施 主要是利用水流通过管道系统以 一定速度从特制的喷头喷出 在空气中分散成细小的水滴着落在花草植物 作物及周围的地面上 从而达到及时补充水分的目的 该系统具有用水量少 冲击力小的灌溉特性 适用于栽培密度大 植被柔软细嫩的植物 自动浇水器的诞生时随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快而诞生的一种懒人园艺用品 它把微喷的概念应有家庭盆花浇灌中 通过相应地改进 达到合理给盆花自动浇水的目的 早在很多年前 国外就已经开始普及 国内实用的电子类自动浇水器多数从国外进口的 价格 昂贵 但质量比较可靠 不过这不太适用于国内 目前国内外比较流行的是玻璃制作的自动浇水器 这种类型的浇水器多数在我国山西和浙江一带生产的 价格比较低廉 实用性没有电子类自动浇水 器好 随着国内居民消费水平和生活质量的提高 种花容易养花难 浇水问题就暴露出来 因此国 内上加已经看到了这种需求潜力 目前这类小居家用品的厂家主要集中在广东 上海 浙江一带 现在市场上所出售的自动浇水器主要有电子类自动浇水器和玻璃 陶瓷类自动浇水器 1 电子类自动浇水器 电子类自动浇水器又叫时控喷淋装置 系统构成为 主机 或者 主管 可以是花园管也可 以是七分之四毫米的微喷淋管 分水接头 3 通 4 通 5 通 6 通 分水器 副管 五分之三毫 米 喷淋管 雾化喷头 旋转喷头 折射雾化喷头等 电子类自动浇水器根据电源的不同分为交 流电自动浇水器和电池自动浇水器两种 控制器的一般性能有 电磁阀控制 智能时控电路 微电脑芯片控制 适用电源为 1 AC220V 50Hz 最适水压 0 3 0 6Mpa 待机功率 4VA 浇水时小于 12VA 可控制连续作业时间试 1 分钟至 168 个小时 可每天自动完成十次以上浇水 可每天 隔天 隔多天自动循环进行浇水 陕西理工学院毕业论文 第 2 页 共 66 页 手动自动两用 每天计时误差小于正负 3 秒 电器适应环境温度为 10 50 摄氏度 相对湿度小于 90 RH 使用自动控制器带来的便利有 自主设定每周 每日的灌溉次数和时间 即使你外出度假也 2 无须担心无人照料 实现科学养护 避免普通漫灌溉导致的植物死亡 节约宝贵的水资源 使用本 品成本课节约水 80 左右 无须专门维护 课长期使用 安装 调试方便 2 玻璃 陶瓷类自动浇水器 玻璃 陶瓷类自动浇花器又叫自动渗水装置 玻璃制彩色自动浇水器如图 c 所示 图 c 玻璃制彩色自动浇水器 而玻璃 陶瓷类自动浇水器则由本身材质的物理结构构成 根据器具的物理渗水原理完成自动 浇灌 当自动浇水器内部存水自身形成一定压力 当遇到干燥的土壤 水就会至上而下的流出 当 突然湿润以后 会形成一个堵塞压力 从而导致水流速度变慢或者停止 器具工艺不同 效果也不 一样 当然也因突然疏松情况决定器具内水流速度 玻璃类 陶瓷类自动渗水器简单介绍 工作原理 特殊的玻璃 陶瓷构造帮助实现自动渗水功能 既有效避免花儿因为浇水过度导 1 致烂根 又可有效防止花儿缺水 从而大量节约了的浇花用水量 使用方法 把玻璃 陶瓷底部让水充分浸泡十几分钟 然后往浇花器内灌满水 底部插入土 2 壤中 它跟据土壤湿度自动分泌水来满足花儿 7 天的用水量 若花盆比较大 只需多插几只浇花器 就可以 当前传感器技术与单片机技术发展迅速 其应用逐步由工业 军事等领域向其它领域渗透 已 经和我们的日常生活息息相关 而且智能家居概念也越来越受到人们的推崇 因此 微电脑控制的 电子类自动浇水系统有很好的发展前景 本次毕业设计是设计一种基于 AT89C52 单片机的盆花自动浇水系统 其主要由单片机 土壤温 湿度检测与显示部分 定时器设置与显示部分以及继电器控制浇水电路等部分构成 单片机选用 AT89C52 单片机 软件选用 C 语言编程 土壤温湿度检测与显示部分采用温湿度传感器 DHT11 采集 当前的土壤温湿度并通过 LCD 显示 同时把检测到的信息发给单片机 通过单片机所设计的程序判 断是否需要给盆花浇水 若需要浇水 则单片机系统发出浇水信号 开始浇水 若不需要浇水 则 进行下一次循环检测 定时器设置与显示部分 通过按键开关设置不同的浇水时间段 在时间段以 内时 单片机驱动浇水系统 开始浇水 如不在时间段内 则不浇水 陕西理工学院毕业论文 第 3 页 共 66 页 1 1 设计方案选择设计方案选择 1 11 1 温湿度检测模块温湿度检测模块 方案一 采用 DS18B20 温度传感器和 HS1100 湿度传感器 DS18B20 温度传感器是 DALLAS 半导体公司生产的 DS18B20 型单线式智能温度传感器 可广泛 用于工业 民用 军事等领域的温湿度测量及控制仪器中 它具有小体积 硬件开销低 抗干扰能 力强 精度高 接口方便 远距离传输等特点 1 DS18B20 主要性能有 1 独特的单线接口只需一个端口进行通信 2 多个 DS18B20 可并联 在惟一的三线上 可以实现多点组网的功能 3 无须外部元件 4 可通过数据线供电 电压范围为 3 0V 5 5V 5 零待机功耗 6 温度以 3 位数字显示 7 用户可自定义报警设置 8 电压特性 电 源极性接反时 温度计不会因为发热而烧毁 但不能进行正常工作 2 DS18B20 的内部结构 DS18B20 采用 3 脚 PR 35 封装 如图 1 1 示 引脚说明 地 数据线 可选 图 1 1 DS18B20 封装 HS1100 湿度传感器是基于独立工艺设计的电容元件 具有完全呼唤性 高可靠性和长期稳定 性 相应时间迅速的特点 应用于办公自动化 车厢空气质量控制系统等 HS1100 湿度传感器的主要特性有 全互换性 在标准环境下不需校正 长时间饱和下快速脱 湿 可以自动化焊接 包括波峰焊或水浸 高可靠性与长时间稳定性 专利的固态聚合物结构 可用于线性电压或频率输出回炉 快速反应时间 HS1100 是电容式湿度传感器 由于电容不可直接测量 故选用 555 多谐振电路检测到频率 然后又单片机计算的电容值 再根据电容值算出相应的湿度值 方案一温湿度检测模块的框图如图 1 2 所示 显示模块 STC89C52 单片机 DS18B20 温度传感器 HS1100 湿度传感器 图 1 2 方案一温湿度检测模块框图 方案二 采用 DHT11 温湿度传感器 DHT11 是一款集温度传感器和湿度传感器于一体的数字信 号输出的温湿度复合传感器 传感器内部包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件 应用专用 的数字模块采集技术和温湿度传感技术 以确保产品具有极高的可靠性和卓越的稳定性 DHT11 的主要特性 相对湿度和温度测量 全部校准 数字输出 卓越的长期稳定性 无需额 外部件 超长的信号传输距离 超低能耗 4 引脚安装 完全互换等 陕西理工学院毕业论文 第 4 页 共 66 页 特点 品质卓越 超快响应 抗干扰能力强 性价比高 方案二温湿度检测模块框图如图 1 3 所示 图 1 3 方案二温湿度检测模块框图 考虑到该系统要同时测量温度 湿度 而 DHT11 温湿度传感器具有综合作用 集温度湿度于 一体 而且成本低且使用方便 故采用方案二 1 21 2 显示模块显示模块 方案一 采用 LED 数码管显示 数码管具有低能耗 低损耗 低压 寿命长 耐老化 防晒 防潮 防火 防高低温 对外界环境要求低 易于维护 同时精度比较高 操作简单 编程容易 资源占用较少的优点 但数码管存在不足之处 显示内容局限 需要外围驱动电路 方案二 采用 LCD 液晶显示屏显示 LCD 具有轻薄短小 耗电量低 平面直角显示以及影响稳 定不闪烁 可视面积大 画面效果好 分辨率高 抗干扰能力强等优势 特点 成本相对 LED 较高 显示内容也较丰富 且可以与单片机接口直接接线使用 考虑到本系统需要显示时间 温湿度等 显示内容比较多 要同时达到同样的显示效果 采用 数码管显示可能比使用 LCD 液晶显示屏的成本要高且电路复杂 目前市场上 LCD1602 已经十分普遍 LCD1602 是两行 16 字符型液晶显示屏 显示亮度高 且可显示内容丰富 故采用 LCD1602 液晶显 示 当前的时间 温湿度是最佳方案 本次毕业设计选用 STC89C52RC 单片机为主要控制芯片 DHT11 温湿度传感器进行土壤 温湿度检测 时钟芯片 DS1302 进行定时控制 通过雨水检测器进行雨水检测 再将当前时 间及温湿度采集数据在 LCD1602 上进行显示 本次设计的盆花自动浇水系统主要由晶振电路 复位电路 DHT11 温湿度传感器 LCD 显示 定时器 按键模块 雨水检测器和继电器电路这八模块组成 盆花自动浇水系统的具体模块设计框图 1 4 所示 STC89C52RC 单片机 LCD 显示 按键模块 继电器电路 雨水检测器定时器电路 复位电路 晶振电路 DHT11 温湿度传感器 图 1 4 盆花自动浇水系统的具体模块设计框图 STC89C52 单片机 DHT11 温湿度传感器 显示 模块 陕西理工学院毕业论文 第 5 页 共 66 页 2 主要元器件介绍 2 12 1 STC89C52STC89C52 单片机单片机 2 1 12 1 1 STC89C52STC89C52 单片机简介单片机简介 STC89C52 单片机是由 STC 公司生产的一种高性能的 低功耗的 CMOS8 位微控制器 具有 8K 的系统可编程 Flash 存储器 STC89C52 单片机使用的是经典的 C51 内核 但是做了很多的改进使 得芯片具有传统 51 单片机所不具备的许多功能 在单芯片上 拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编 程 Flash 使得 STC89C52 为众多的嵌入式控制应用系统提供了高灵活的解决方案 成为目前广泛 使用的单片机微控制器之一 使用 STC89C52 单片机可以完成所有基本的对于微控制器控制系统的 编程和处理方法 STC89C52 单片机拥有如下基本功能 8k 字节的可编程 Flash 32 位的 I O 输入输入端口 512bit 的 RAM 内核 4 个外部中断 内置 4KBEEPROM 看门狗定时器 3 个 16 位定时器 计数器等 等 2 1 22 1 2 STC89C52STC89C52 单片机的结构和单片机的结构和引脚功能引脚功能 STC89C52 单片机拥有一共 40 个外部端口 根据功能特性可以划分为主电源模块 多复用功能 的 I O 端口 外部连接晶振荡 控制和复位等 它能够完成复杂的控制问题 且成本较低 应用范 围广 其结构引脚如图 2 1 所示 图 2 1 STC89C52 引脚图 STC89C52 存在 4 个 8 位的并行 I O 输入输入端口 分别为 P0 P1 P2 P3 端口 相对应的外 部接口分别是 P0 0 P0 7 P1 0 P1 7 P2 0 P2 7 P3 0 P3 7 总计 32 条 I O 线 每一条线 能够独立作为输入或输出端口 P0 端口 这个端口功能实现了一个 8 位的双向 I O 口 而在端口对外部的程序或者输入的数 据存储器实现读写时 P0 端口可以作为多路复用的低字节地址 数据总线 只有在这个条件时 P0 端口存在内部上拉电阻 P1 端口 这个端口是内部存在上拉电阻的 8 路双向 I O 输入输出端口 当给该端口写入 1 的时候 内部的上拉电阻把该端口电压置高 在这个时候该端口作为输入口使用 并且 P1 0 和 陕西理工学院毕业论文 第 6 页 共 66 页 P1 1 端口能够设置成定时 计数器 如表 2 1 所示 表 2 1 P1 口引脚复用功能表 端口引脚复用功能 P1 0 T2 定时器 计算器 2 的外部输入端 P1 1 T2EX 定时器 计算器 2 的外部触发端和双向控制 P1 5 MOSI 用于在线编程 P1 6 MISO 用于在线编程 P1 7 SCK 用于在线编程 P2 端口 这个端口是内部存在上拉电阻的 8 路双向 I O 输入输出端口 当给该端口写入 1 的时候 内部的上拉电阻把该端口电压置高 在这个时候该端口作为输入口使用 P3 端口 这个端口是内部存在上拉电阻的 8 路双向 I O 输入输出端口 当给该端口写入 1 的时候 内部的上拉电阻把该端口电压置高 在这个时候该端口作为输入口使用 在 STC89C52 中 P3 端口也存在着大量的复用功能 如表 2 2 所列 表 2 2 P3 口引脚复用功能表 端口引脚复用功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 INT0 外部中断 0 P3 3 INT1 外部中断 1 P3 4 T0 定时器 0 的外部输入 P3 5 T1 定时器 1 的外部输入 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 1 PSEN 的程序存储允许信号 它是用来读取外部程序存储器 2 RST 复位功能连接端口 在晶振工作的时候 在这个引脚上连续出现两个机器周期的高脉 冲时 内部电路将单片机做复位处理 3 ALE PROG 地址锁存的控制端口 每当从存储器读取数据的时候 该端口发送信号作为锁存 低字节地址 在对 Flash 存储器编程时 这个端口可以输入编程脉冲 PROG 4 EA Vpp 外部读写数据控制端口 为了使单片机可以正确的从地址为 0000H FFFFH 的外部 ROM 中接受到代码 所以要把 EA 置低 所以接到地端 然而 如果程序锁位 1 EA 在复位锁存 5 XTAL1 振荡器的反相放大器输入 内部时钟工作电路的输入 6 XTAL2 振荡器的反相放大器输出 陕西理工学院毕业论文 第 7 页 共 66 页 2 2DHT112 2DHT11 温湿度传感器温湿度传感器 2 2 12 2 1 DHT11DHT11 产品概述产品概述 DHT11数字温湿度传感器是一款集温度传感器和湿度传感器于一体的数字信号输出的温湿度复 合传感器 它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术 以确保产品具有极高的可靠性与卓 越的长期稳定性 传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件 并与一个高性能8位单片机 相连接 因此DHT11具有品质卓越 超快响应 抗干扰能力强 性价比极高等优点 单线制串行接 口 使系统集成变得简易快捷 超小的体积 极低的功耗 信号传输距离可达20米以上 DHT11的技术参数 1 供电电压 3 3 5 5V DC 2 输 出 单总线数字信号 3 测量范围 湿度 20 90 RH 温度 0 50 4 测量精度 湿度 5 RH 温度 2 5 分 辨 率 湿度 1 RH 温度 1 6 互 换 性 可完全互换 7 长期稳定性 1 RH 年 DHT11的应用领域 暖通空调 测试及检测设备 汽车 数据记录器 消费品 自动控制 气 象站 家电 湿度调节器 医疗 除湿器等 2 2 22 2 2 DHT11DHT11 封装信息封装信息 DHT11 为 4 针单排引脚封装 DHT11 的封装图如图 2 3 所示 图2 3 DHT11的封装图 2 2 32 2 3 DHT11 引脚说明引脚说明 DHT11 为单排 4 引脚 其引脚说明如表 2 3 表 2 3 DHT11 引脚说明 Pin名称注释 1VDD供电 3 5 5VDC 2DATA串行数据 单总线 3NC空脚 请悬空 4GND接地 电源负极 陕西理工学院毕业论文 第 8 页 共 66 页 2 2 42 2 4 DHT11DHT11 接口说明接口说明 DHT11 的典型应用图如图 2 3 所示 一般在连接线长度短于 20 米时用 5K 上拉电阻 大于 20 米 时根据实际情况使用合适的上拉电阻 图2 3 DHT11的典型应用图 2 2 52 2 5 DHT11DHT11 电源引脚电源引脚 DHT11的供电电压为3V 5 5V 传感器上电后 要等待1s以越过不稳定状态在此期间无需发送 任何指令 电源引脚 VDD GND 之间可增加一个100nF的电容 用以去耦滤波 2 2 62 2 6 DHT11DHT11 串行接口串行接口 单线双向单线双向 DATA 用于单片机与DHT11之间的通讯和同步 采用单总线数据格式 一次通讯时间4ms左右 数据 分小数部分和整数部分 当前小数部分用于以后扩展 现读出为零 操作流程如下 一次完整的数据传输为40bit 高位先出 数据格式 8bit湿度整数数据 8bit湿度小数数据 8bi温度整数数据 8bit温度小数数据 8bit校验 数据传送正确时校验和数据等于 8bit湿度整数数据 8bit湿度小数数据 8bi温度整数数据 8bit温度小数数据 所得结果的末8位 单片机发送一次开始信号后 DHT11从低功耗模式转换到高速模式 等待单片机的开始信号结束 后 DHT11发送响应信号 送出40bit的数据 并触发一次信号采集 可选择读取部分数据 在高速模式 下 DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集 如果没有接收到主机发送开始信号 DHT11不会主动 进行温湿度采集 采集数据后DHT11又转换到低速模式 2 32 3 液晶显示器液晶显示器 LCDLCD 2 3 12 3 1 液晶显示器的简介液晶显示器的简介 液晶显示器是一种低功能耗液晶显示器件 工作电流小 适合于仪表和低功耗系统 常用的 有笔画型液晶显示器 点阵字符型液晶显示器和图形点阵式液晶显示器 LCD 液晶显示器的原 理是利用液晶的物理特性 通过电压对其显示区域进行控制 液晶显示器适应于大规模电路直 接驱动 易于实现全彩色显示的特点 目前被广泛应用于计算机 数字摄像机等众多领域 一般 1602 字符型液晶显示器实物如图 2 4 所示 陕西理工学院毕业论文 第 9 页 共 66 页 图 2 4 1602 字符型液晶显示器实物图 2 3 22 3 2 1602LCD1602LCD 基本参数基本参数 1602LCD 分为带背光和不带背光两种 基控制器大部分为 HD44780 带背光的比不带背光的厚 是否带背光在应用中并无差别 两者尺寸差别如下图 2 5 所示 图 2 5 1602LCD 的尺寸图 1602LCD1602LCD 主要技术参数主要技术参数 1 容量 16 2 个字符 2 工作电压 4 5 5 5V 3 电流 2 0mA 5 0V 4 最佳工作电压 5 0V 5 尺寸 2 95 4 35 W H mm 2 3 32 3 3 1602LCD1602LCD 引脚功能说明引脚功能说明 1602LCD 采用标准的 14 脚 无背光 或 16 脚 带背光 接口 各引脚接口说明如表 2 4 所示 表 2 4 1602LCD 引脚接口说明表 符号引脚说明编号符号引脚说明 VSS电源地9D2数据 VDD电源正极10D3数据 VL液晶显示偏压11D4数据 RS数据 命令选择12D5数据 R W读 写选择13D6数据 E使能信号14D7数据 D0数据15BLA背光源正极 陕西理工学院毕业论文 第 10 页 共 66 页 D1数据16BLK背光源负极 第 1 脚 VSS 为地电源 第 2 脚 VDD 接 5V 正电源 第 3 脚 VL 为液晶显示器对比度调整端 第 4 脚 RS 为寄存器选择 高电平时选择数据寄存器 低电平时选择指令寄存器 第 5 脚 R W 为读写信号线 高电平时进行读操作 低电平时进行写操作 第 6 脚 E 端为使能端 当 E 端由高电平跳变成低电平时 液晶模块执行命令 第 7 14 脚 D0 D7 为 8 位双向数据线 第 15 脚 背光源正极 第 16 脚 背光源负极 2 3 42 3 4 1602LCD1602LCD 指令说明及时序指令说明及时序 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令 如表 2 5 所示 表 2 5 1602LCD 控制命令表 序号指令RSR WD7D6D5D4D3D2D1D0 1清显示0000000001 2光标返回000000001 3置输入模式00000001I DS 4显示开 关控制0000001DCB 5光标或字符移位000001S CR L 6置功能00001DLNF 7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址 8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址 9读忙标志或地址01BF计数器地址 10写数到 CGRAM 或 DDRAM 10要写的数据内容 11从 CGRAM 或 DDRAM 读数11读出的数据内容 1602 液晶模块的读写操作 屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的 2 3 52 3 5 1602LCD 硬件原理图硬件原理图 LCD 液晶显示器的 RS RW E 管脚连接单片机的 P2 0 P2 1 P2 2 LCD 液晶显示器的 D0 D7 引脚和单片机的 P0 0 P0 7 引脚相连接 其连接电路图如图 2 6 所示 陕西理工学院毕业论文 第 11 页 共 66 页 图 2 6 LCD 硬件原理图 2 42 4 DS1302DS1302 时钟芯片时钟芯片 2 4 12 4 1 DS1302DS1302 简介简介 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片 内含一个实时时钟 日历和 31 字节静态 RAM 可以通过串行接口与单片机进行通信 实时时钟 日历电路提供秒 分 时 日 星期 月 年的信息 每个月的天数和闰年的天数可自动调整 时钟操作可通过 AM PM 标志位决定采用 24 或 12 小时时间格式 DS1302 与单片机之间采用同步串行的方式进行通信 仅需三根 I O 线 RST 复 位 I O 数据线 SCLK 串行时钟 DS1302 工作时功耗很低 保持数据和时钟信息时 功耗小于 1mW DS1302 进行初始化时 将复位脚 RST 置为高电平且将 8 位地址和命令信息送入移位寄存器 数据在时钟 SCLK 的上升沿时串行输入 前 8 位指定访问地址 命令字送入移位寄存器 在之后 的时钟周期 读操作时输出数据 写操作时输出数据 时钟脉冲的个数在单字节方式下为 8 8 8 位地址 8 位数据 在多字节方式下为 8 加最多可达 248 的数据 2 4 22 4 2 DS1302DS1302 引脚功能引脚功能 图 2 7 现示出 DS1302 的引脚排列 其中 Vcc1 为后备电源 Vcc2 为主电源 在主电源关闭的情 况下 也能保持时钟的连续运行 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供电 当 Vcc2 大于 Vcc1 0 2V 时 Vcc2 给 DS1302 供电 当 Vcc2 小于 Vcc1 时 DS1302 由 Vcc1 供电 X1 和 X2 是振 荡源 外接 32 768kHz 晶振 图 2 7 DS1302 封装图 RST 是复位 片选线 通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送 RST 输入有两种功 能 首先 RST 接通控制逻辑 允许地址 命令序列送入移位寄存器 其次 RST 提供终止单字节或 多字节数据的传送手段 当 RST 为高电平时 所有的数据传送被初始化 允许对 DS1302 进行操作 如果在传送过程中 RST 置为低电平 则会终止此次数据传送 I O 引脚变为高阻态 上电运行时 在 Vcc 2 0V 之前 RST 必须保持低电平 只有在 SCLK 为低电平时 才能将 RST 置为高电平 I O 为串行数据输入输出端 双向 SCLK 始终是输入端 DS1302 的引脚功能如表 2 6 表 2 6 DS1302 引脚功能 引脚注释 X1 X232 768kHz 晶振引脚 GND地 RST复位 I O数据输入 输出 SCLK串行时钟 VCC1电池引脚 陕西理工学院毕业论文 第 12 页 共 66 页 VCC2主电源引脚 2 4 32 4 3 DS1302DS1302 内部结构内部结构 DS1302 的内部结构如图 2 8 所示 主要组成部分为 控制逻辑 移位寄存器 实时时钟 振 荡器以及 RAM 图 2 8 DS1302 的内部结构图 2 4 42 4 4 DS1302DS1302 控制字节控制字节 DS1302 的控制字表 2 7 所示 控制字节的最高有效位 位 7 必须是逻辑 1 如果它为 0 则不 能把数据写入 DS1302 中 位 6 如果为 0 则表示存取日历时钟数据 为 1 表示存取 RAM 数据 位 5 至 位 1 指示操作单元的地址 最低有效位 位 0 如为 0 表示要进行写操作 为 1 表示进行 读操作 控制字节总是从最低位开始输出 表 2 7 DS1302 的控制字 1RAM CK A4A3A2A1A0RAM K 2 4 52 4 5 数据输入输出数据输入输出 I O I O 在控制指令字输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时 数据被写入 DS1302 数据输入从低位 位 0 开始 同样 在 8 位的控制指令字后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿读出 DS1302 的数据 读 出数据时从低 位 0 位到高 位 7 2 4 62 4 6 DS1302DS1302 寄存器寄存器 DS1302 有 12 个寄存器 其中有 7 个寄存器与日历 时钟相关 存放的数据位为 BCD 码形式 其日历 时间寄存器如表 2 8 所示 表 2 8 日历 时钟寄存器与控制字对照表 陕西理工学院毕业论文 第 13 页 共 66 页 时钟突发寄存器 1011111 最后一位 RD W 为 0 时表示进行写操作 为 1 时表示读操作 3 硬件电路设计 该系统主要由晶振电路 复位电路 DHT11 温湿度传感器模块 LCD 显示模块 定时 器模块 按键模块 雨水检测器和继电器电路这八模块组成 3 13 1 晶振电路晶振电路 单片机最小系统里都有晶振 全称叫晶体振荡器 晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶 体在共振的状态下工作 以提供稳定 精确的单频振荡 它结合单片机内部电路产生单片机所需的 时钟频率 晶振提供的频率越高 那么单片机运行速度就越快 单片机的一切指令的执行都是建立 在晶振提供的时钟频率 晶振电路的作用是为系统提供基本的时钟信号 通常一个系统共用一个晶 振 便于各部分保持同步 本设计中的 STC89C52 单片机使用 12MHZ 的晶体振荡器为振荡源 由于单片机内部带有晶振电 路 所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可 电容容量为 22pF 电路图如图 3 1 所示 图 3 1 晶振电路 3 23 2 复位电路复位电路 单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚 RST 上外接电阻和电容 实现上电复位 当复位电 平持续两个机械周期以上时复位有效 复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机械周期 STC89 系列单片机即为高电平复位 通常在复位引脚 RST 上接一个电容到 VCC 再连接一个电 阻到 GND 由此形成一个 RC 充放电回路保证单片机在上电时 RST 脚上有足够时间高电平进行复位 随后回归到低电平进入正常工作状态 本设计中复位电路的电阻和电容值分别为 10K 和 22uK 电路图如图 3 2 所示 图 3 2 复位电路 陕西理工学院毕业论文 第 14 页 共 66 页 3 33 3 DHT11DHT11 温湿度传感器模块温湿度传感器模块 DHT11 温湿度传感器模块采用 DHT11 温湿度传感器 获取当前的土壤温湿度 P2 3 连接 DHT11 温湿度传感器的 DATA 管脚 DHT11 温湿度传感器模块的连接电路和 DHT11 实 物图图如 3 3 a 和图 3 3 b 所示 图 3 3 a DHT11 连接电路图 图 3 3 b DHT11 实物图 3 43 4 LCDLCD 显示模块显示模块 LCD 显示模块用于显示当前时间和土壤温湿度 LCD 液晶显示器的 RS RW E 引脚连接单片机的 P2 0 P2 1 P2 2 引脚 LCD 液晶显示器的 D0 D7 引脚和单片机的 P0 0 P0 7 引脚相连接 LCD 电路图如图 3 4 所示 图 3 4 LCD 连接电路图 3 53 5 定时器模块定时器模块 定时模块采用时钟芯片 DS1302 可实现三次自由设置浇水起始 终止时间 其 DS1302 的 RST SCLK I O 引脚分别连接单片机的 P3 6 P3 4 P3 5 引脚 DS1302 的 X1 X2 晶振源接 32 768kHZ 的晶振 电路图如图 3 5 所示 陕西理工学院毕业论文 第 15 页 共 66 页 图 3 5 DS1302 连接电路图 3 63 6 按键模块按键模块 按键模块由五个按键开关组成 实现界面的切换 及湿度下限值的调节和定时时间的设置等 其中单片机的 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 引脚通过上拉电阻分别与 Adjust 开关 ADD 开关 DEC 开关 MODE 开关 OK 开关连接 其上拉电阻值为 1K 按键模块的连接电路图如图 3 6 所示 图 3 6 按键模块连接电路图 3 73 7 雨水检测器模块雨水检测器模块 雨水检测器连接到单片机检测天气是否下雨 若检测板检测到下雨 指示灯亮 产生一个低电 平给单片机 控制继电器电路不工作 即不需要浇水 若检测到没有下雨 指示灯不亮 产生一个 高电平给单片机 对继电器电路的工作不产生影响 P3 3 管脚接于是检测器 雨水检测器的硬件模块图如下图 3 7 所示 图 3 7 雨水检测器模块 3 83 8 继电器电路继电器电路 继电器电路如图 3 8 所示 Q1 为一个 PNP 三极管 D1 为蓝色二极管 RL2 为 946H 1C 5D 继电 器 陕西理工学院毕业论文 第 16 页 共 66 页 图 3 8 继电器电路 在继电器通电的状态下 线圈中就会流过一定的电流 从而产生电磁效应 衔铁就会在电磁力 吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯 从而带动衔铁的动触点与静触点吸合 在继电器断电 的状态下 线圈断电 电磁的吸力也随之消失 衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置 使动 触点与原来的静触点吸合 这样吸合 释放 从而达到了在电路中导通和切断的目的 当继电器的开关闭合时 处于一个通路的状态下 电源灯亮 继电器开始工作 系统设备开始 浇水 相反 当继电器的开关断开时 处于一个断路的状态下 则继电器不工作 从而系统设备也 不工作 陕西理工学院毕业论文 第 17 页 共 66 页 4 软件设计 该系统包括土壤温湿度检测与浇水控制系统 定时器的设置与浇水控制系统两大系统 4 14 1 土壤温湿度的检测与浇水控制系统土壤温湿度的检测与浇水控制系统 土壤温湿度的检测与浇水控制系统用 DHT11 温湿度传感器 将采集到的土壤温湿度值送入 STC89C52RC 单片机 再由其传输到 LCD 已将显示屏进行显示 通过单片机程序设置的浇水上下限 值与传感器采集的温湿度进行比较 若湿度低于设定的下限值时 单片机发出一个控制信号 LED 蓝灯亮 继电器工作开始浇水 若湿度达到上限值时 单片机发出控制信号 LED 蓝灯灭 继电器 停止工作 浇水停止 土壤温湿度检测与浇水控制系统的流程图如图 4 1 所示 否 是 是 否 开始 湿度值低 于下限值 LCD 显示温湿度 LCD 红灯亮 开始浇水 湿度高于 上限值 不需要浇水 LED 蓝灯亮 开始 陕西理工学院毕业论文 第 18 页 共 66 页 在下雨天 图 4 1 土壤温湿度的检测与浇水控制系统流程图 4 24 2 定时器的设置与浇水控制系统定时器的设置与浇水控制系统 定时器的设置与浇水控制系统采用时钟芯片 DS1302 通过 LCD 显示当前的日期和时间 进行 雨水检测 若是下雨天 则不需要浇水 若没有下雨 将 LCD 显示的时间与设定的时间进行比较 到达设定时间 单片机发出一个控制信号 LED 蓝灯亮 继电器工作开始浇水 定时器的设置与浇水控制系统的流程图如图 4 2 所示下 是 否 否 是 否 是 结束 开始 在设定时 间内 湿度高于上 限值 LED 蓝灯亮 开始浇水 不需要浇水 显示当前时间 结束 初始化子程序 陕西理工学院毕业论文 第 19 页 共 66 页 图 4 2 定时器的设置与浇水控制系统流程图 5 安装与调试 5 15 1 土壤温湿度土壤温湿度检测与浇水控制系统检测与浇水控制系统 土壤温湿度检测与浇水控制系统以单片机STC89C52RC 为控制核心 通过软件设置达到具 体动作实现 土壤的温湿度是由 DHT11 温湿度传感器检测土壤湿度信息送入单片机 通过单片 机的 I O 口把检测到的土壤温湿度值用 LCD 显示出来 同时 将该值与设定的湿度上下限值相 比较 若低于下限值 则单片机发出一个控制信号 继电器工作开始浇水 若高于上限值时 单片机再发出一个控制信号控制 继电器停止工作 停止浇水 土壤温湿度检测与控制系统由 STC89C52RC 单片机 DHT11 电位器 LCD 显示屏 电阻等 组成 DHT11 温湿度传感器的 DATA 与单片机的 P2 3 管脚连接 其实物图如图 5 1 所示 图 5 1 DHT11 实物图 对于 LCD 显示屏将 D0 D7 通过排阻 RESPACK8 连接到单片机的 P0 0 P0 7 上 RS R W E 与 P2 0 P2 1 P2 2 连接 其电路图如图 5 2 所示 陕西理工学院毕业论文 第 20 页 共 66 页 图 5 2 LCD 连接电路图 通过 LCD 显示当前的温湿度 如下图 5 3 所示 图 5 3 温湿度的显示 通过按键可以调节湿度的下限值 如图 5 4 所示 图 5 4 湿度下限值的调节 5 25 2 定时器的设置与浇水控制系统定时器的设置与浇水控制系统 定时器部分以单片机 STC89C52RC 为控制核心 通过程序设置控制浇水的实现 通过按键开 关设置浇水时间 通过与 LCD 显示的当前时间进行比较 当时间处在所设置的浇水时间内时 单 片机发出控制信号 继电器工作 蓝灯亮 开始浇水 否则 停止浇水 定时器部分部分由 STC89C52RC DS1302 电池和电阻等组成 DS1302 的 SCLK I O 和 RST 管 脚分别和单片机的 P3 4 P3 5 和 P3 6 管脚连接 DS1302 的 X1 X2 管脚接 32 768KHZ 的晶振 定 时器连接电路图如图 5 5 所示 图 5 5 定时器连接电路图 单片机的 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 和 P1 7 引脚分别接按键 Adjust ADD DEC MODE 和 OK 按键的连接电路图如下图 5 6 所示 陕西理工学院毕业论文 第 21 页 共 66 页 图 5 6 按键连接电路图 通过调节按键设置浇水时间 调节方法如下 1 电路接通后 LCD 显示当前时间 如图 5 7 所示 图 5 7 显示当前时间 2 按下 MODE 键 LCD 会显示土壤的温湿度 如图 5 8 所示 图 5 8 显示土壤温湿度 3 再按下 MODE 键会显示 Adjust time one 的界面 如图 5 9 所示 图 5 9 设置浇水时间 1 4 再按下 MODE 键会显示 Adjust time two 的界面 如图 5 10 所示 陕西理工学院毕业论文 第 22 页 共 66 页 图 5 10 设置浇水时间 2 5 再按下 MODE 键会显示 Adjust time three 的界面 如图 5 10 所示 图 5 10 设置浇水时间 3 6 在 LCD 显示 Adjust time one 时 按一下 MODE 键光标会向右移动一位 光标停留在时上 按下 ADD 键设置时 按两下光标留在分上 按下 ADD 键设置分 例如设置浇水的时间段 如图 5 11 所示 图 5 11 浇水时间的设置 以此类推 可设置三次浇水时间 7 到达设置时间 LED 蓝灯亮 继电器工作 开始浇水 设置时间结束后 LED 蓝灯灭 继电器 停止工作 停止浇水 陕西理工学院毕业论文 第 23 页 共 66 页 总结 本次设计的盆花自动浇水系统以电子类的自动浇花器的工作原理为参考 整个盆花自动浇水系 统包括土壤温湿度检测与浇水控制系统 定时器设置与浇水控制系统两大系统 土壤温湿度检测与浇水控制系统由温湿度传感器DHT11 LCD 显示 浇水驱动电路构成 将 DHT11 检测到的土壤温湿度值送入 STC89C52RC 单片机 再由单片机的 I O 口输出到 LCD 液 晶显示屏进行显 同时检测到的湿度值通过与单片机程序设定浇水的上下限值相比较 当传感 器检测到的湿度值低于设定的下限值时 单片机输出一个信号 开始浇水 高于设定的上限值 时再由单片机输出一个信号 停止浇水 定时器设置与浇水控制系统由时钟芯片 DS1302 雨水检测器 LCD 显示 浇水控制电路构 成 通过 LCD 显示当前时间 与程序设定定时浇水时间相比较 当时间处在所设置的浇水时间 时 雨水检测器 若检测到 1 信号 表示没有下雨 单片机发出控制信号