基于单片机的智能微喷灌控制系统的设计

中北大学 2013 届毕业设计说明书第 I 页 共 II 页基于单片机的智能微喷灌控制系统的设计摘 要随着科学技术的日益发展，特别是智能技术的发展，智能化的微灌溉技术应用范围越来越广泛。智能化的微灌系统可以实现大面积的作物田间灌溉，在很大的程度上节约人力、物力，实现作物生长大面积的管理，实时掌握作物的生长环境。开发简单、快速、实用的微灌智能设计具有重要的意义。此次设计的是通过选择 SHT11 温湿度传感器对土壤的温度以及湿度等重要物理量进行采集，将采集到的信号交给 51 单片机系统进行处理，通过用 c 语言的编程实现在需要时驱动相关外部设备，对目标区域进行自动精确地智能灌溉。关键词：51 单片机 温湿度传感器 C 语言中北大学 2013 届毕业设计说明书第 I 页 共 II 页Design of intelligent micro spray irrigation control system based on 51MCUAbstractWith the increasing development of science and technology,especially the development of Intelligent Technology,the application range of intelligent micro-irrigation technology more widely.The intelligent micro-irrigation systems can achieve a large area of crop field irrigation,and save to a large extent on the manpower,resources,management of the crop area,real-time control environment for the growth of crops.Development of simple,rapid,practical micro-irrigation intelligent design is of great significance.The design is by SHT11 temperature and humidity sensors on the soil temperature and humidity,and other important physical collection,the collected signal to the 51 single-chip system for processing,related to an external device driver when needed by using c language programming achieve automatic precision smart irrigation,the target area.Key words: 51MCU temperature and humidity sensors C language中北大学 2013 届毕业设计说明书第 I 页 共 II 页目 录1 引 言 .12 概论 .22.1 国内外现状及发展趋势 .22.2 设计的背景及意义 .32.3 本设计所做的工作和内容 .43 系统总体设计与分析 .43.1 总体方案 .43.2 系统方案论证 .44 系统硬件设计 .54.1 单片机系统硬件设计 .64.2 LCD 显示硬件设计 .74.2.1 1602 液晶接口信号说明 .74.2.2 RAM 地址映射图 .104.2.3 状态字说明 .104.2.4 数据指针设置 .114.2.5 其它设置 .114.2.6 初始化设置 .114.3 时钟模块硬件设计 .124.3.1 DS1302 功能特性 .124.3.2 DS1302 的引脚 .134.3.3 DS1302 的命令控制字 .134.3.4 DS1302 的数据传送 .14中北大学 2013 届毕业设计说明书第 II 页 共 II 页4.3.5 DS1302 的寄存器 .144.3.6 时钟模块电路图 .154.4 键盘控制模块硬件设计 .164.5 继电器（指示灯接口）模块硬件设计 .174.6 温湿度采集转换模块硬件设计 .194.6.1 SHT11 介绍 .194.6.2 工作原理 .204.6.3 输出特性 .214.6.4 寄存器配置 .234.6.5 接口电路 .244.6.6 SHT11 工作时序 .255 系统软件设计 .285.1 系统整体框架介绍 .285.2 LCD 显示模块软件设计 .325.3 键盘控制模块软件设计 .355.4 DS1302 时钟模块软件设计 .425.5 温湿度采集转换模块软件设计 .456 电路仿真 .537 结论 .62参考文献 .63致谢 .65 第 1 页 共 65 页1 引 言在全球淡水水资源越来越缺乏和农业现代化的当今世界，农业高度集约化种植模式（耕作、种植、灌溉、施肥、收获等）和“工厂化”特征日趋显著。在精确化农业的生产过程中，如今发达国家发展现代农业的主要的手段是运用高科学技术和高新技术的装备。在灌溉的技术上对农作物的生长过程智能化的控制要求正在提高。大多数发达国家农业的灌溉系统几乎全部采用计算机的控制方式，基本上实现了系统智能化。微灌技术和设备在我国还处于研究和待开发阶段，系统的成套性还较差，主要部件品种少，质量不稳定。因此，加速开发成套、适用、可靠、先进的灌溉系统是我国今后节水灌溉设备发展的主要方向。自动控制灌溉系统，基本上还是手动阀门来操作。自动控制器等方面还有待于进一步开发和应用 【1】 。微机和单片机等自动控制检测系统装置，已经在某些微灌工程中应用和实验，初步显示出微灌采用自动化的管理系统优越性和先进性。 第 2 页 共 65 页2 概论2.1 国内外现状及发展趋势微灌技术的研究在中国的起步还不算太晚，自 1974 年引进墨西哥的滴灌设备我国的微灌技术试验研究正式开始。该过程经历了 1974 到 1980 年之间的引进消化和吸收，设备的研制与应用实验及试点阶段；1981 到 1986 年之间经历了设备产品的改进和应用试验的研究以及扩大试点的推广三个阶段；从 1987 年到现在直接引用了国外先进的科学技术，进入了从高起点上对研发微灌设备的产品开发阶段。基于引入、吸收发达国家先进科学技术的基础上，结合了我国国情，从经济上的实用，便于安装和利于推广的主要几点出发，在个地相关关部门的合作与努力的情况下，开发微灌技术、生产研制设备和科学实验等多方面都取得重要的成果，我国的微灌技术日趋步入成熟 【2】 。但是由于我国正处于初级阶段的微灌技术研究，近些年来自己研制、开发与生产微灌设备的产品不管是在质量方面和性能方面与发达国家相比较，差距存在还是比较大的；同发达的国家相比较更大的差距存在于微灌工程设备的组装配套和自动控制方面。例如灌溉设备系统成套性比较差，配套的水平偏低；主要的几个部件的品种规格太少，质量相对来说不稳定，没有很好的系列化；关键的设备稳定性和耐久性都比较差；自动化和综合功能技术程度不是很高，基本上还处于手动的操作方式，以至于整体的综合效果和收益都不高。随着现代化高科技不断的发展，各种智能化家电、数码产品走入进人们的日常生活，网络作为人们现代生活中人际的交往和获取知识的一个必不可少的平台。考虑到现代化高科技的发展，未来的智能浇灌系统也有希望朝一下这些方面发展。智能化随着传感器的技术、计算机处理技术和自动智能控制技术的持续发展，温室中的计算机环境的控制系统应用将会由以数据采集处理和监测的简单方式，渐渐转向以数据处理和应用为主。所以软件系统的研制和开发将会得到不断完善，其中专家系统为主的智能化管理控制系统已经取得了不少的研发成果，并且其应用的前景是非常广阔的。 第 3 页 共 65 页网络化目前，网络已经成为最具有活力，发展速度最快的高科技领域。网络的通信技术发展促进了信息的传播。设施的产业化程度的提高成为可能。综合环境的调控所谓综合环境调控，就是以实现目标植物的正常生长为目标，把影响目标植物生长的多种环境参数(如光照、温度、湿度等)都保持在适宜目标植物生长的状态，并尽可能的使用最少的环境调节装置(采光、遮光、通风、保温、加湿等)。智能和无人操作将会是未来的各种行业的发展趋势，不仅能大量节省人们的宝贵时间还能更好的控制各种成分的细微比例做到人们自己动手所不能做到的效果。高移植性稍微修改一些系统的参数及设备即可应用于别的环境下，省时省力，节省大量资金及研发成本。在不久的将来，不仅能实现对办公室花卉的控制而且可以实现路边及所有公共场所花草树木的自动灌溉，而且可以加入远程控制，可视频控制，更大限度的节省人力物力，这将是世界浇灌系统的一个发展趋势。2.2 设计的背景及意义水是生命之源，同样它也是国家经济发展的主要因素，人类生存必不可少的因素，水的重要性在国际上已经得到了共识，水资源开发和保护已经被各国家所重视。而需要如何高效率利用有限的淡水资源，尽最大能力发挥水资源的效益己经成为看一个全球性极其有待解决的重要课题。诸多的缺水国家当中，作为水资源极其短缺国家之一的中国。水资源的利用率和利用效率低下使水资源在节流方面呈现巨大的挖掘潜力，因此节水成为历史发展的必然。伴随着人们快节奏的生活、工作、学习，人们已没有很多时间去精心照顾自己种的花卉植物等，因此市场上急需一种可以代替人类劳动的产品。由于现在市场上很多的喷灌设备主要是是针对温室、露天农作物、森林等大面积植物喷灌，而对于家庭小面积喷灌系统设备几乎没有，也没有达到自动化的水平。 第 4 页 共 65 页现代生活中，随着人们生活水平的提高，人们对花卉、树木等绿色植物的喜爱和种植越来越多，然而以前对花木的浇灌、施肥等工作都需要靠人工来实现，由于现代生活节奏的加快，人们往往忙于工作而忘记定期、及时地为花卉补充水分及养料，或者由于放假回家而将花放在办公室没有人管理导致花木枯死。已有的浇水器需要有人控制或者定时的浇灌，不能根据植物正常生长所需要的光照、水分、温度来实时调节植物生长环境的参数，不利于花木的成长，而且现在的名贵花如果因为以上原因而死亡得不偿失，鉴于以上情况，市场上急需提供一种能够根据光照、温度、湿度及光照的变化自动将水分和及光补充给花木，达到定期、及时浇灌花木的花木自动浇灌器。2.3 本设计所做的工作和内容此次设计采用 AT89C51 绘制单片机最小系统，基于 Keil 仿真软件来完成软件开发，用 protues 仿真工具软件设计电路图以及做模拟仿真。开发板包括AT89C51 芯片（8 位微控制器）及其外围的基本模块，外围模块包括：晶振电路（OSC） 、复位电路（RESET） 、键盘（包括复位和扩展按键） 、DS1302 时钟电路等。所以，本次设计需要做好以下工作：(1)学习单片机原理等资料。(2)学习 Keil、Protues 等工具软件的使用方法。(3)用 Protues 仿真工具软件来设计本系统的电路图。(4)用 Keil 开发软件来编写程序并调试成功。(5)结合系统的电路仿真图用 Protues 仿真软件进行仿真调试。(6)撰写项目论文 第 5 页 共 65 页3 系统总体设计与分析 3.1 总体方案根据设计功能要求，系统可分如下部分：温度监控：对环境温度进行测量，并通过单片机处理显示环境温度。湿度监控：对环境湿度进行测量，并通过单片机处理显示相对的环境湿度。灌溉处理：当相对湿度和温度越限时，继电器工作导通外部的灌溉电路。显示： LCD 实时显示温度、相对湿度及时钟日期。键盘控制： 当前温度与相对湿度值显示的转换、时钟的调节及年月日与时分秒的显示转换。3.2 系统方案论证当将单片机用作测控系统的时侯，系统必须有被测的信号通过指定输入通道，再由单片机来收集需要的输入信息。相对于测量的系统来说，它的核心任务是如何准确获得被测信号；但是对于测控系统来说，除了被测试控对象状态的信号，还应该把测试的数据和控制的条件对比并在需要的时候控制相应执行设备。传感器作为实现测量和控制的第一环节，是测量控制系统关键的部件，假如没有传感器对被测信号进行可靠的捕捉和数据的转换，所有的测量和控制都将会没有办法去实现。在本次系统设计中，我们选择 SHT11 来作为本设计的温湿度传感器。SHT11 传感器是一种包含已校准的数字信号输出的温度与湿度复合的传感器。该传感器包含了一个电容聚合体的测湿功能元件与一个能隙的测温功能元件，并且和一个 14 位数模转换器和串行接口电路在相同的芯片上完成了无缝的连接。所以，该芯片有品质好、抗干扰的能力强、响应快、性价比高等一系列的优点。所有的 SHT11 传感器都是在湿度校验室中进行特别精确的校对调准。校准好的系数以程序代码的形式存储于 Otp 的内存当中，在信号处理过程中传感器内部要调用已经校准好的系数。两线制接口和内部的基准电压，使系统的集成简单快捷化。 第 6 页 共 65 页体积小、功耗低的特点使得该传感器成为各类应用场合的最好选则 【8】 。4 系统硬件设计本系统硬件包括：单片机及附属电路、LCD 显示、时钟模块、键盘控制、继电器电路、温湿度采集转换模块等部分的设计。系统整体电路框图如图 3.1 所示。图 4.1 系统整体电路框图4.1 单片机系统硬件设计本系统中，我们采用美国 ATMEL（爱特梅尔）公司生产的 AT89C51 单片机作为主控芯片。AT89C51 单片机是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 4K在系统可编程 Flash 存储器。使用 ATMEL 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 8051 产品指令和引脚完全兼容。AT89C51 单片机具有以下的标准功能：4k 字节 Flash， 128 字节 RAM，32 位I/O 口线，两个 16 位定时器/计数器，可编程串行通道，5 个中断源，低功耗的闲LCD 显示继电器电路（指示灯指示电路）温湿度采集转换模块键盘控制ATMEL89C51单片机时钟模块 第 7 页 共 65 页置和掉电模式，片内晶振及时钟电路。图 3.6 所示为 AT89C51 单片机最小系统原理图。图 4.1 单片机最小系统4.2 LCD 显示硬件设计4.2.1 1602 液晶接口信号说明由于本次设计要求实时显示时钟、温度和相对湿度，所以传统的 LED 数码管远远不能满足要求，在这里我们采用 1602 工 业 字 符 型 液 晶 ， 能 够 同 时 显 示16X02 即 32 个 字 符 。 （ 16 列 2 行 ） 如 图 4.2.1 所 示 ： 第 8 页 共 65 页图 4.2.1 LCD 硬件显示模块液 晶 显 示 器 的 主 要 原 理 是 以 电 流 刺 激 液 晶 分 子 产 生 点 、 线 、 面 并 配 合 背部 灯 管 构 成 画 面 。 各 种 型 号 的 液 晶 通 常 是 按 照 显 示 字 符 的 行 数 或 液 晶 点 阵 的 行 、列 数 来 命 名 的 。 1602 的 意 思 就 是 每 行 显 示 16 个 字 符 ， 一 共 可 以 显 示 两 行 【4】 。1602 字 符 型 LCD 通 常 有 14 条 引 脚 线 或 16 条 引 脚 线 的 LCD， 多 出 来 的 2条 线 是 背 光 电 源 线 VCC(15 脚 )和 地 线 GND(16 脚 )， 其 控 制 原 理 与 14 脚 的LCD 完 全 一 样 ， 如 表 4.2.1-1（ 引 脚 说 明 ） 表 4.2.1-2（ 寄 存 器 的 选 择 控 制 ）所 示 ： 第 9 页 共 65 页编号 符号 引脚说明1 VSS 接地2 VDD 接电源（+5V）3 V0对比度的调整端，连接正电源的对比度最为微弱，连接地端电源的对比度最强，使用时可以通过用 10K 电位器来进行对比度的调整。4 RS数据指令寄存器的选择，高电平 1 时会选择数据的寄存器、低电平 0时会选择指令的寄存器。5 R/W读与写信号线，高电平(1)时进行读的操作，低电平(0)时进行写的操作。6 E E(或 EN)端为使能(enable)端，下降沿使能。7 DB0 低 4 位三态、 双向数据总线 0 位（最低位）8-10 DB1-3 低 4 位三态、 双向数据总线 1-3 位11-13 DB4-6 高 4 位三态、 双向数据总线 4-6 位14 DB7 高 4 位三态、 双向数据总线 7 位（最高位） （也是 busy flag） 第 10 页 共 65 页15 BLA 背光电源正极16 BLK 背光电源负极表 4.2.1-1 1602 引脚说明RS R/W 操作说明0 0 写入指令寄存器（清除屏等）0 1 读 busy flag（DB7） ，以及读取位址计数器（DB0DB6）值1 0 写入数据寄存器（显示各字型等）1 1 从数据寄存器读取数据表 4.2.1-2 寄存器选择控制注：关于 E=H 脉冲开始时初始化 E 为 0，然后置 E 为 1，再清 0. 4.2.2 RAM 地址映射图00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F 1O 2740 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F 50 67图 4.2.2 1602 内部 RAM 地址映射图注：当我们向上图中的 00-0F、40-4F 地址中的任一处写入显示数据时，液晶都可以立即显示出来，当写入 10-27 或 50-67 地址处时，必须通过移屏指令将它们移入可显示区域方可正常显示。4.2.3 状态字说明LCD16 字*2 行 第 11 页 共 65 页表 4.2.3 状态字说明说明：原则上每次对控制器进行读写操作时，都必须进行读写检测，确保 SAT7为 0。4.2.4 数据指针设置控制器内部设有一个数据地址指针，用户可以通过它们访问内部全部 80B 的RAM,如表 4.2.4 所示指令码 功能80H 地址码（0-27H,40-67H） 设置数据地址指针表 4.2.4 数据指针设置4.2.5 指令码设置指令码 功能01H 显示清屏：1 数据指针清零2 所有显示清零02H 显示回车：数据指针清零表 4.2.5 指令码设置表4.2.6 初始化设置（1）显示模式设置指令码 功能SAT7D7SAT6D6SAT5D5SAT4D4SAT3D3SAT2D2SAT1D1SAT0DOSAT0-SAT6DAN 当前地址指针的数值 SAT7 读写操作使能 1-禁止 0-允许 第 12 页 共 65 页0 0 1 1 1 0 0 0 设置 16*2 显示，5*7 点阵，8 位数据接口表 4.2.6-1 显示模式设置表（2）显示开关及光标设置指令码 功能0 0 0 0 1 D C BD=1 开显示；D=0 关显示C=1 显示光标；C=0 不显示光标B=1 光标闪烁；B=0 光标不闪烁0 0 0 0 0 1 N SN=1 当读或写一个字符后地址指针加 1，且光标加 1N=0 当读或写一个字符后地址指针减 1，且光标减 1S=1 当写一个字符时，整屏显示左（N=1）或右(N=0)移，得到光标不移动而屏幕移动效果S=0 当写一个字符时，整屏显示不移动0 0 0 1 0 0 0 0 光标左移0 0 0 1 0 1 0 0 光标右移0 0 0 1 1 0 0 0 整屏左移，同时光标更随移动0 0 0 1 1 1 0 0 整屏右移，同时光标更随移动表 4.2.6-24.3 时钟模块硬件设计4.3.1 DS1302 功能特性本次设计的时钟模块选用由 Dallas 公司(美国)推出的 DS1302，它具有涓细电流充电的能力、功耗低的实时时钟的电路结构、工作原理及其在实时显示时间中的应用。可以对年月日和时分秒进行准确的计时，一个月小于 31 日时可以自动 第 13 页 共 65 页调整，且有对进行闰年补偿的功能，有效至 2100 年。可采用 12h 或 24h 方式计时，并且可以关闭充电功能，在保持状态时，功耗低，功率小于 1mw,采用普通32.768kHz 晶振。芯片特性如下：（1）31 字节带后备电池的 RAM 用于数据存储。（2）串行 IO 口，管脚数量少。（3）宽范围工作电压为 2.0-5.5V。（4）采用双电源（主电源和备用电源）供电，可以掉电保护电源提供可编程的充电功能，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。（5）读写时钟或 RAM 数据时有两种传送方式:单字节传送和突发模式传送。（6）可选工业级温度范围：-40C- +85C（7）8 脚 DIP 封装或其他可选封装方式 【3】 。4.3.2 DS1302 的引脚图 4.3.2 DS1302 芯片引脚其中 VCC1 为后备电源，VCC2 为主电源。在单电源与电池供电系统中，VCC2提供低电源并提供低功率的电池备份，在双电源系统中，VCC2 提供主电源，在这种运用方式下 VCC1 连接到备份电源，如采用镉镍可充电电池，在主电压正常时则启用内部涓细充电器给电池充电，使电池的使用时间延长。在主电源关闭的情况下也能保持时钟连续运行，保存时间信息以及数据 【5】 。DS1302 由两者中的较大者供电，当 VCC2 大于 VCC1+0.2V 时，DS1302 由 VCC2 供电，反之，DS1302 由 VCC1供电。X1 和 X2 是振荡源，外接 32.768kHz 晶振。RST 是复位/片选线，RST 输入有两种功能：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。I/O 为串行数据输入输出端，SCLK 为时钟输入端 【6】 。3 X2 2 X11 VCC2 8 VCC17 SCLK6 IO5 RST 4 GND 第 14 页 共 65 页4.3.3 DS1302 的命令控制字单片机与 DS1302 是通过同步串行通信的，无论是读还是写，都是由单片机发送命令控制字开始的。DS1302 的命令控制字格式如下：位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0位标志 1 RAM/CK A4 A3 A2 A1 A0 RD/WR表 4.3.3 DS1302 的控制命令字说明：1 位 7：控制字的最高有效位，必须是逻辑 1，如果它为 0，则不能把数据写入到 DS1302 中。2 位 6：时钟选择位，为 1 时表示选择 RAM 进行内部 31 字节的读写操作，为0 时表示选择时钟进行日历时钟数据的读写操作。3 位 5 至位 1：指示要操作单元的地址。4 位 0：最低有效位表示读写控制位，为 1 表示读操作，为 0 表示写操作，遵循先低后高的原则。4.3.4 DS1302 的数据传送DS1302 采用 RST、SCLK 和 I/O 口三线接口方式进行数据传送。当 RST 为高电平时，所有的数据传送被初始化，单片机和 DS1302 进行通信。如果在传送过程中RST 置为低电平，则会终止此数据的传输，禁止通信，I/O 引脚变为高阻态。SCLK提供串行通信时的位同步时钟信号，一个 SCLK 脉冲传送一位数据。写入数据时，单片机发送 8 位命令控制字后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时，数据被写入DS1302；同样，读取数据时，在 8 位命令控制字后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿读出 DS1302 的数据。读写数据时都从低位至高位，只要 RST 保持高电平，则在 8 位命令控制字后 DS1302 可进行 8 个字节或 31 个片内 RAM 单元数据的读写操作，这个特性用于实现突发传送模式 【7】 。4.3.5 DS1302 的寄存器DS1302 共有 12 个寄存器，其中 7 个寄存器与日历、时钟相关，为 BCD 码形式的存放数据位 【12】 。此外，DS1302 还有年份寄存器、写保护寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与 RAM 相关的寄存器等，如图 4.3.5 所示。DS1302 与 RAM 相关的寄存器分为两类，一类是单个 RAM 单元，共 31 个，每 第 15 页 共 65 页个单元由 8 位二进制组成，其命令控制字为 C0H-FDH,其中奇数为读操作；偶数为写操作；另一类为突发方式下的 RAM 寄存器，此方式下可一次性读写所有 RAM 的31 个字节，命令控制字为 FEH（写） 、FFH（读） 【13】 。命令字 取值范围 寄存器内容寄存器写 读 Bit7 Bit6Bit5 Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0秒寄存器80H 81H 00-59 CH(时钟暂停标志)10s SEC分寄存器82H 83H 00-59 0 10min MIN时寄存器84H 85H 00-23 或 0-1212/24 0 10A/PHR HR日寄存器86H 87H 1-28,29,30，310 0 10DATA DATE月寄存器88H 89H 01-12 0 0 0 10 MONTH周寄存器8AH 8BH 01-07 0 0 0 0 0 DAY年寄存器8CH 8DH 00-99 10YEAR YEAR写保护器8EH 8FH WP 0 0 0 0 0 0 0慢充电 90H 91H TCS TCS TCS DS DS DS DS 第 16 页 共 65 页器时钟突发器AEH AFH表 4.3.5 DS1302 内部寄存器地址与内容4.3.6 时钟模块电路图图 4.3.6 时钟模块电路图说明：X1 和 X2 端外接 32.768kHz 晶振，RST 引脚接在 P1.2 上，此引脚为高位时，选中该芯片，可对其进行操作。串行数据线 I/0 口与串行时钟线 SCLK 分别接在 P1.1 和 P1.0 上，所有的单片机地址、命令及数据均通过这两条线传输 【14】 。本系统中，AT89C51 在总线上产生时钟脉冲、寻址信号、数据信号等，而 DS1302则相应接收数据、送出数据。通过 LCD1602 进行年月日和实时时钟的显示。4.4 键盘控制模块硬件设计在单片机系统中，按接口形式把键盘分为两大类：编码式键盘与非编码式键盘。编码键盘采用硬件逻辑编码电路完成键的编码。每一按键，键盘会自动的提 第 17 页 共 65 页供出该按键代码，于此同时用产生的选通脉冲来通知给微处理器。这种键盘比较容易使用，键盘码产生速度快，占用 CPU 时间少，但是对按键的检测与消抖动干扰是靠硬件电路来完成的，因而硬件结构复杂，主机任务会相对繁重，成本高。而非编码式键盘仅提供按键的通或断状态，按键代码的产生与识别由软件完成，因而具有结构简单，使用灵活等特点，因此被广泛应用于单片机系统主要包括有独立按键结构的键盘与有矩阵按键结构的键盘两种 【15】 。矩阵结构键盘适合用在按键数量偏多的场合，由行线与列线来组成，按键在行列交叉点的位置上，节省 I/O 口。独立按键结构就是各按键相互独立，每个按键单独占用一根 I/O 口线，每根 I/O 口线按键的工作状态是不会影响其他 I/O 口线按键的工作状态。因此，用输入电平状态的检测可以很容易确定是哪个按键按下。此键盘是用于按键较少或操作速度较高的场合 【17】 。由于本次设计只用到 4 个键，所以采用独立式键盘，在程序设计中采用查询的方式来识别按键。本次设计共 4 个键，分别为时钟调整键 key1(设置按键),key2（加键）,key3（减键）,key4（设置开启键） 。按下设置开启按键才可以开始调节时间，在其弹开状态下不能实现调时功能，当设置开启按键按下后，按下设置按键一次，调节秒钟，两次为分钟，三次（四次）为小时，五次为日期，六次为月份，七次为年份，八次为还原，相当于确定键，退出设置。如图 4.4 所示。 第 18 页 共 65 页图 4.4 键盘控制模块4.5 继电器（指示灯接口）模块硬件设计在智能微喷灌控制系统中，采集到的参数在 sht11 上进行数据处理、数字滤波，标度变换之后，与给出的标准参数上下限给定值进行比较，如果高于上限值(或低于下限值)则驱动相应的外部灌溉电路，对目标区域进行微喷灌。本设计采用了继电器电路来驱动相应的外部灌溉电路用来实施对植物的灌溉。考虑到继电器仿真效果不明显，设计采用指示灯电路代替该效果。通过AT89C51 给出处理信号。当相对湿度值高于上限值(或低于下限值)时，由指示灯指示电路模拟外部灌溉电路的导通与断开。相应的继电器模块和指示灯接口模块如图4.5-1 加湿器与风干器模块 第 19 页 共 65 页4.5-2 加温和降温模块4.5-3 指示灯接口模块4.6 温湿度采集转换模块硬件设计4.6.1 SHT11 介绍SHT11 是瑞士 Sensirion 公司研发出的基于 CMOSensTM 技术的较为新型检测 第 20 页 共 65 页温度与湿度的传感器。该种传感器把 CMOS 芯片技术和传感技术相结合起来，从而体现了这两种技术优势互补的强大功能 【9】 。SHT11 检测温度与湿度传感器的主要特征：1、用 COMSensTM 技术将信号的放大调理、温湿度传感、A/D 转换、I 2C 总线接口这些模块集成到一个芯片中；可以给出校准后相对的湿度和温度值的输出；稳定性卓越；14 位的湿度值的输出分辨率以及 12 位的温度值的输出分辨率，并且可以对应的编程为 12 位以及 8 位 【11】 。2、SHT11 温湿度传感器采用 SMD(LCC)表面式贴片封装，管脚的排列如图 4.6.1所示，它的引脚说明如下：图 4.6.1 SHT11 管脚排列图(1)GND：接地端；(2)DATA：双向串行数据线；(3)SCK：串行的时钟输入；SCK 用在微处理器和 SHT11 它们之间的通讯同步上。由于其接口含有完全的静态逻辑，所以没有最小的 SCK 频率。(4)VDD 电源端：0.45.5V 电源端；SHT11 的供电电压为 2.45.5V。该传感器给出工作电压后，要等待 11 ms 用来越过“休眠”状态。在这个时间段不需要发送给它任何指令。电源引脚(VDD,GND)之间可增加一个 100nF 的电容，用以去藕滤波。(5)NC：空管脚。3、SHT11 的测量参数指标（1）相对湿度：相对湿度（Relative Humidity）的定义是在一定温度下，空气所含水蒸气密度和同温度下饱和水蒸气密度的百分比，即 Hr(%RH)= v/ w 100%,SHT11 测量范围：0%-100%RH；测量精度：4%RH；分辨力：0.03%RH（12位）或 0.5%RH（8 位） 【16】 。 第 21 页 共 65 页（2）温度测量范围：-40-+123.8C;测量精度：1C；分辨力：0.01C（14位）或 0.04C（8 位） 。（3）露点：温度较高的空气中所含水蒸气也较多，当温度下降后，所含水蒸气的量若不发生变化，则相对湿度增加，当达到一定温度时，相对湿度达到 100%饱和。此时，如果温度继续下降，则其中的一部分水蒸气将凝聚成露珠。此时的温度即为露点温度。空气中的水蒸气分压越小，露点就越低，因此可以用露点表示相对湿度。对于 SHT11，测量精度：60)ledblue=1; ledred=0;jiashi=1;fengshan=0;elseledblue=1; ledred=1;jiashi=1;fengshan=1;if(tem+1)60)ledyellow=1;ledgreen=0; 第 32 页 共 65 页jiawen=1;jiangwen=0;elseledyellow=1;ledgreen=1;jiawen=1;jiangwen=1;5.2 LCD 显示模块软件设计本次设计显示模块采用 1602 液晶屏，对它的操作主要是将一些固定的字符写入 1602 的寄存器中，当需要显示时调用即可，以达到在液晶上显示的效果。程序流程图如图 5.2 所示。 LCD 初始化允许写数据判断 LCD 忙写数据显示结束YN 第 33 页 共 65 页图 5.2 LCD 显示流程图部分程序代码：uchar code tab1=20 - - %; /年显示的固定字符uchar code tab2= : : ;/时间显示的固定字符write_1602com(uchar com)/*液晶写入指令函数*rs=0;/数据 /指令选择置为指令rw=0; /读写选择置为写P0=com;/送入数据delay(1);en=1;/拉高使能端，为制造有效的下降沿做准备delay(1);en=0;/en 由高变低，产生下降沿，液晶执行命令write_1602dat(uchar dat)/*液晶写入数据函数*rs=1;/数据 /指令选择置为数据rw=0; /读写选择置为写P0=dat;/送入数据delay(1);en=1; /en 置高电平，为制造下降沿做准备delay(1); 第 34 页 共 65 页en=0; /en 由高变低，产生下降沿，液晶执行命令lcd_init()/*液晶初始化函数 *write_1602com(0x38);/设置液晶工作模式write_1602com(0x0c);/开显示不显示光标write_1602com(0x06);/整屏不移动，光标自动右移write_1602com(0x01);/清显示write_1602com(yh+1);/日历显示固定符号从第一行第 1 个位置之后显示for(a=0;a0;a-)IO=ACC0;SCLK=0;SCLK=1;ACC=ACC1;uchar read_byte()/读一个字节RST=1;for(a=8;a0;a-)ACC7=IO;SCLK=1;SCLK=0;ACC=ACC1;return (ACC);