基于STC89C52RD单片机的浇花系统毕业论文.docx

1、基于STC89C52RD单片机的浇花系统毕业论文1 课程设计背景、容和意义1.1课程设计背景GSM（Global System for Mobile communication）系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中，比较成熟完善，且应用最广泛的一种系统。目前已建成的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，是我国公众移动通信网的主要方式。基于GSM的短信信息服务，是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用，是一种信息在移动网络上存储和转寄的过程。由于公众GSM网络在全球围实现了联网和漫游，所以具有实时传输数据功能的短信应用将得到迅速普与。利用GSM网络作为无线智能监控模块的信息传输平台是一种很有

2、效的方法。其原理简单，安全性高，又不需要组建专用网络和维护网络，加上GSM网络覆盖面广，可实现全球无缝覆盖，与传统的监控系统相比有着独特的优势。运用GSM网络短消息进行通信的通用智能监控模块，可广泛地应用在智能家居防盗、远程监控、无人值守设备的维护与现代自动化生产线的监控等领域。1.2 课程设计容和意义1.2.1.课程设计容本系统为基于STC89C52RD单片机的浇花系统。主要由温、湿度采集、LCD12864液晶显示器显示、GSM无限发送和接受、A/D转换、浇水六大模块组成。实现全天随时监控植物周围环境的温度、湿度信息进行抽样提取，并结合植物土壤的湿度判断天气情况，最后通过把收集的信息发送到自

3、己的手机上，然后通过手机发送一条信息控制继电器浇水。1.2.2.课程设计意义花草养殖是人们日常生活的重要组成部分，如何更加方便，合理的进行植物养殖成为了家居设计的一个焦点。现在大家养殖花草都是自己手动浇花，虽然这样能让自己感受花卉生长的变化，但是有时候难免会运到自己有事不在家的时候，特别是针对那些经常出差又非常热爱种植的人们来说，问题就出现了，于是自己现在做这套基于GSM的浇花系统就能解决这个问题。此系统通过自动监测花卉生长环境，要是出现花卉生长缺水系统就会通过GSM把信息发送到用户的手机上，让用户了解情况，用户了解情况后就可以发送一条信息来让单片机控制继电器打开喷水器进行浇花。这也是它最大的

4、应用意义。2总体电路设计和元器件的选型2.1总体电路设计本系统采用本系统是以STC89C52单片机作为主控制芯片，传感器采用温度传感器DS18B20,湿度传感器,LCD12864液晶显示器 ，PCF8951模拟处理芯片，GSM模块tc35，继电器。最终成果包括：论文，实物，程序。系统总体框架如图1: 图 1浇花系统示意框图2.2 元器件的选型2.2.1. 湿度传感器 传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎都是依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量

5、，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用微处理器实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。不仅要掌握各类传感器的结构、原理与其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求。只有了解传感器的应用原理，才能将传感器和信息采集、信息处理技术结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了提高工效和时效，各

6、自都在开发研制适用的传感器，于是种类繁多的新型传感器与传感器系统不断涌现。温度和湿度传感器是其中重要的一类传感器，其发展速度之快，以与其应用之广，并且还有很大潜力。了解传感器的性能和参数，对于选择应用传感器有着很大的帮助。湿度传感器实物图如图2所示：图2 电阻型湿度传感器特点:优良的线性，高性价比，能耗低，测量围宽，响应迅速，抗污染能力强和 性能稳定等。 湿敏电阻是采用有机高分子材料的一种新型的湿度敏感元件，感湿围宽，长期使用性能稳定，可以应用于仓储、车厢、居室空气质量控制、楼宇自控、医疗、工业控制系统与科研领域等广泛的应用。注意事项为防止极化现象，驱动传感器所用的电压或电流不应含有直流成分。

7、请使用LCR直流电桥进行测量，请勿使用万用表测量。避免结露情况。推荐保存条件：温度1040 湿度 60%RH以下。2.2.2.温度传感器温度参数采集我采用工业用温度传感器DS18B21，DS18B20是由美国DALLAS半导体公司生产最新单线数字式温度传感器，主要特性如下：可实现对一55到+125 围的温度测量，并且测量温度的误差在0.5，实际系统的分辨率可单独设定，并且保存在EEPROM 中，即使断电也能够保存；现场温度的测量值通过串行通信的方式传输，即“单线总线”的数字方式传输；系统供电电压容许围大，可在3V到55V 的围波动。DS18B20引脚功能与外形图3所示：(1)GND为电源地；

8、(2)DQ为数字信号输入/输出端； (3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。图 3DS18B20外形与引脚排列图DS18B20的部结构DS18B20的部结构主要包括寄生电源电路、64位只读存储器(ROM)和单线接口、存储器和控制逻辑、存放中间数据的高速暂存存储器、温度传感器、报警上限寄存器TH、报警下限寄存器TL、配置寄存器和8位CRC(循环冗余校验码)发生器。64位光刻ROM光刻ROM 中的64位序列号为DS18B20的地址序列码。主要作用是使每个DS18B20的地址不同，这样可以在一条总线上接多个这样的芯片，相互之间不受影响。温度传感器温度传感器主要实现对温度的测量温

9、度传感器的分辨率根据系统的要求，可以在912位之间单独设置，当设置分辨率越高转换时间就越长，如果设置为9位，转换时间最大为93.75ms，当为12位时，达到750ms，所以在软件设计时必须考虑转换的温度一般存放在两个8位的RAM中DS18B20的核心是其数字温度传感器，精度可以通过用户编程配置为9、10、l1和l2位，其分别对应于0.5、0.25、0.125和0.0625，可以满足各种不同的分辨率要求。开始一次温度转换时，微处理器需要向DS18B20发出指令。转换完成之后，该温度数据存放在高速暂存存储器的温度寄存器中，占用2个字节，并且DS18B20返回到空闲状态。当DS18B20采用外部供电

10、方式时，主机可以在发送温度转换指令后发起一次读时隙。若此时该DS18B20已经完成温度转换，它将会返回“1”，否则返回“0”。以l2位为例，其中二进制的前5位为符号位，0表示正数，反之为负数。正数的温度计算是数字值直接乘以0.0625；当为负数时，温度值的计算是将测到的值取补码，然后再乘以0.0625。非易失性温度报警触发器非易失性温度报警触发器主要是在系统控制中用软件输入温度的报警上下限。高速暂存寄存器高速暂存寄存器是由九个连续的字节组成的，其中前两个用来存放当前温度的测量值，其中第一个字节为温度的低八位，第二个字节为温度的高八位，第三个和第四个字节为温度易失性的备份，第五个字节为结构寄存器

11、的备份，第六、七、八个字节是系统计算所用，第九个字节是为CRC校验所用。配置寄存器为高速暂存寄存器的第五个字节，用于确定温度值得数字转换分辨率，其中最高位为测试模式位，第7、6位为分辨率设置，0011分别表示分辨率为912位，最后五位全部为1。CRC发生器CRC在64位光刻ROM 的最高字节，主要是实现串行通信中的数据校验，判断接收的数据是否正确。温度转换计算方法举例：例如当DS18B20采集到+125的实际温度后，输出为07D0H，则：实际温度=07D0H0.0625=20000.0625=125例如当DS18B20采集到-55的实际温度后，输出为FC90H，则应先将11位数据位取反加1得3

12、70H（符号位不变，也不作为计算），则：实际温度=370H0.0625=8800.0625=552.2.3.显示器下面介绍一下带字库的12864的一些特性和功能：低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V）显示分辨率:12864 点置汉字字库，提供 8192 个 1616 点阵汉字(简繁体可选)置 128 个 168 点阵字符2MHZ 时钟频率显示方式：STN、半透、正显驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS视角方向：6 点背光方式：侧部高亮白色 LED，功耗仅为普通 LED 的 1/51/10通讯方式：串行、并口可选置 DC-DC 转换电路，无需外加负压无需片选信号，简化软件设计工作温度:

13、 0 - +55 ,存储温度: -20 - +6012864的数据传输方式可以采用串行数据传输方式和并行数据传输方式两种方式，本设计采用的是并行数据传输方式，并行接口如表1所示:表 112864并行接口管脚号管脚名称 电平 管脚功能描述 1 VSS 0V 电源地 2 VCC 3.0+5V 电源正 3 V0 - 对比度（亮度）调整 4 RS(CS） H/L RS=“H”,表示 DB7DB0 为显示数据 RS=“L”,表示 DB7DB0 为显示指令 数据 5 R/W(SI) H/L R/W=“H”,E=“H”,数据被读到 DB7DB0 R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0 的数据被写到 I

14、R 6 E(SCLK) H/L 使能信号 7 DB0 H/L 三态数据线 8 DB1H/L 三态数据线 9 DB2H/L 三态数据线 10 DB3H/L 三态数据线 11 DB4H/L 三态数据线 12 DB5H/L 三态数据线 13 DB6H/L 三态数据线 14 DB7H/L 三态数据线 15 PSB H/L H：8 位或 4 位并口方式，L：串 口方式 16 NC - 空脚 17 /RESET H/L 复位端，低电平有效 18 VOUT - LCD 驱动电压输出端 19 A VDD 背光源正端（+5V） 20 k VSS 背光源负端RS，R/W 的配合选择决定控制界面的 4 种模式如表2

15、所示：表 212864的四种控制模式RS R/W 功能说明 L L MPU 写指令到指令暂存器（IR）L H 读出忙标志（BF）与地址记数器（AC）的状态 H L MPU 写入数据到数据暂存器（DR） H H MPU从数据暂存器（DR）中读出数据E信号如表3所示：表 312864的E信号 E 状态 执行动作 结果高低I/O 缓冲DR 配合/W 进行写数据或指 高 DRI/O 缓冲 配合 R 进行读数据或指低/低高 无动作具体的读写指令可查阅使用手册，这里不详细列出。2.2.4.通信模块GSM为了实现与目标手机的通信，本设计采用了一个TC35模块来实现这一功能。TC35模块可以从市面上购买。单片

16、机与TC35模块进行通信，主要是通过串口发送AT指令实现的。由此可见，要成功实现GSM通信，系统的串口通信是一个必备的前提。TC35 模块性能指标特性说明: 信息传送容：语音和数据 电源：单电源 3.3V 5.5V 频段：双频GSM900MHz 和 DCS1800 MHz(Phase 2+) 发射功率：2W （GSM900MHz Class 4） 1W （DCS1800MHz Class 1） SIM 卡连接方式： 外接 天线： 由天线连接器连接外部天线 温度围 :工作温度：-20C to +55C 储存温度：-30C to +85C 工作电流损耗 通话模式: 300mA (典型值.) 空闲模

17、式: 3.5mA (最大值) 省电模式: 100A (最大值) 语音解码标准:三种速率半速 (ETS 06.20)全速(ETS 06.10)增强型全速 (ETS 06.50/06.60/06.80) 短信息：MT, MO, CB 和 PDU 模式 外型尺寸：54.5 x 36 x 6.7mm 音频接口：模拟信号（麦克风，耳麦，免提手柄） 通讯接口：RS232（指令和数据的双向传送） SIM卡操作电压： 3V/1.8V 薄功能： 存储于SIM卡中 模块复位： 采用AT指令或掉电复位 串口通讯波特率： 300bps.115kbps 动波特率围； 4.8kbps.115kbps 软件下载功能 (im

18、proved service and maintenance) ：通过RS232或SIM接口 实时时钟： 可实现（时钟频率32.768KHz） 定时器功能： 可用AT命令编程具体的AT指令的功能介绍可查阅AT指令集，下面只介绍本设计中将要用到的一些AT指令的功能，见表4：表 4设计中用到的AT指令ASCI码指令功能AT回车 握手ATE 简化显示AT+CSCA 设置短信服务中心地址AT+CMGF 设置信息格式AT+CNMI=1,1,2 设置收到短消息提示ATD 拨打 AT+CMGR=X 读取第X条短信指令AT+CMGS 发送消息指令AT+CMGD=X 删除第X条短信息指令3 模块电路设计3.1

19、电源设计本系统采用5V电源供电，通过采用LM7805稳压器输出稳定的直流电源分别给单片机，PCF8951模拟数字芯片，传感器，LCD12864等供电。详细电路图如图4:图 4 电源部分3.2 温度采集模块 为了达到了系统精度要求，只需要一个单片机控制端口节省了单片机资源。数据脚接单片机DQ1接口，并加接4.7K上拉电阻。原理图如图5: 图 5 温度采集电路3.3 湿度采集模块 湿度传感器采用一般的传感器，便于采集运用，原理图如图6: 图 6 湿度采集电路3.4显示模块显示器采用LCD12864将显示器配置成4行8列的显示方式，第一行显示智能浇花系统化信息，余下两行行显示温度、湿度和浇花系统打开

20、或者关闭等参数。将PSB脚置高是LCD工作在并行输入输出方式，接口电路图如图7:图 7 显示接口电路3.5 控制模块控制电路采用三极管加继电器控制，通过控制电路来控制水阀的开和关达到浇花的目的，原理图如图8:图 8 控制电路3.6 A/D转换模块 该模块采用PCF8951芯片来把采集到的温度和湿度等参数转换为单片机需要的数据，便于运算和运用。原理图如图9:图 9 A/D转换电路3.7 S51单片机控制模块S51单片机最小系统包括：MCU、复位电路、晶振电路。原理图如图10所示:图 10 S51单片机最小系统电路3.8 通信模块图11给出了购买的TC35模块的原理图。图 11TC35模块原理图4

21、 PROTEL DXP电路图设计画好原理图后，要确定各元件的合理封装，并于元件的实体相比对，要确定封装与元件实体相配，再进行PCB板的制作。PCB板的制作分为导入，布局，布线。具体步骤如下：在PROTEL DXP中，通过filenewPCB新建一个PCB项目文件并保存。并在PCB板的周围添加尺度标注。导入：原理图文件，执行Design设计/Update PCB PCB1.PcbDoc。点击alidate Change有效更新按钮，操作过程中将在Status状态栏中的Check检查列中显示各操作是否能正确执行，其中正确标志为绿色的“”，错误标志为红色的“”。点击Execute Changes执行

22、更新按钮，软件将自动转到打开向导新建的PCB文件，将各封装元件和网络连接载入PCB文件中。元件布局：执行ools工具/Auto Placement自动布局/Auto Place 菜单命令。选择Cluster Placer群组方式布局元件，点击OK按钮，启动自动布局过程。布完局后，在根据实际情况进行手工布局。布线：设置布线规则。布线分为自动布线和手工布线两种。若采用DXP自动布线功能，则难以完成本系统合理的布线工作.。因此，本次设计采用手工布线。手工布线要遵守一定的原则，如下：安全工作原则 安全间距原则。本系统设置的最佳安全间距为0.5mm，最小间距为0.3mm，最大间距为0.6mm。安全检查载

23、流原则。本系统设置的最佳线宽为0.8mm，最小线宽为0.6mm，最大线宽为1mm。导线精简原则。在满足安全原则等电气要求的前提下，导线要精简，尽可能短，尽量少拐弯，力求导线简单明了，特别是场效应管栅极、晶体管基极，时钟电路等小信号导线。电磁干扰原则。导线拐角。铜膜导线的拐弯处应为圆角或侨眷角，因为高频时直角或尖角的拐弯会影响电气特性。布线方向。就近接地和隔离。就近接地可以减小地线的长度以降低地线的阴抗。环境效应原则组装方便、规原则。美观、经济原则。美观原则要求设计者较充分的利用电路板空间，均匀分布走线密度，力求走线美观精简。Rules规则菜单执行Design设计/命令，在导线宽度规则设置选择对

24、话框中，选择Width导线宽度选项，本例中设导线宽度为40mil（最小30mil，最大50 mil）。在自动布线规则设置对话框中，双击Routing Layers布线层面选项，在弹出的布线层面设置对话框中选conshrain中的not used在来设置安全间距。在规则编辑对话框中找到electricalclearance选项，设置sinimum clearance为5mile.执行自动布线命令：执行Auto Route自动布线/All菜单命令在图所示的自动布线策略设置对话框中，点击Route All布所有导线按钮，将启动自动布线过程，自动布线过程中弹出自动布线信息报告栏。再根据需要进行手工布线

25、。并检查线路，有错再进行手工修改。5 制作PCB板电路板的腐蚀：本次毕业设计选用双面板，由打孔机进行打孔。PCB板布好线后，先在keep out 层用直线工具划出板的大小，再打开打孔，比对PCB画线，检查无误后配好腐蚀液将覆铜板放进去腐蚀，当没画线的铜掉完就将板拿出清洗，用万用表检测线路的好坏没有错进行下一步。元件的焊接：PCB板腐蚀完后，再检查线路，确定无误，然后焊接过孔，接着遵循由小到大、由低到高的顺序将元件焊接上去。 安放元件：在焊接前，先要确定每一条线路都是导通的，若不是要用焊锡将其连接好。在先确定买回来的元件是坏是好的，再对照PCB板安放元件。在安放元件的过程中要将各元件的+、-极与

26、板相对应。在焊接的过程中要不要形成短路。焊好电路后用万用表确定每一段路都是导通的，并无短路。6系统软件设计首先编写好各硬件驱动，包括LCD12864驱动、PCF8951驱动、GSM模块驱动、湿度传感器驱动以与DS18B20驱动。程序首先初始化LCD，然后检测室、湿度与温度参数并送入LCD进行显示。通过湿度传感器对环境的湿度参数采样送入PCF8951模数转换芯片，由单片机驱动控制其进行多次采样求平均值，获得湿度值。至于控制模块方面，当自己离开家的时候，自己可以通过手机给GSM模块发送指令，通过单片机来控制继电器的开关，完成浇花过程。下面给出几个参数的软件设计流程图。6.1 LCD12864程序编

27、写流程图如图12所示：图12LCD12864流程图6.2 PCF8951程序编写流程图如图13所示：图13A/D转换流程图6.3 DS18B20程序编写流程图如图14所示图14 DS18B20流程图6.4 GSM模块程序编写流程图如图15所示：图15GSM流程图7 系统调试7.1 硬件测试7.1.1.裸测PCB电路板用万用表检测经过腐蚀的电路板上的线路通断情况，看每条线路间有无短路现象，再对照原理图、PCB图，看在制板过程中线路有无连接错误。经检测表明，原理图、PCB线路图与电路板完全吻合（在这过程中如果发现有错误的连线时，应考虑怎样补救只有很少（小于五处）的连接错我们可以通过跳线改错，并把以

28、前出错的印制线路用刀慢慢刮掉；如果出错比较多就只有重做印制板）。7.1.2.焊接元器件焊接元器件时，应遵循从主到次、先难后易、由低到高的顺序，焊接过程中要比对原理图和PCB图正确的放置元件的位置和方向，并注意焊盘圆润，防止虚焊，切勿将二极管、芯片、有极性电容等有正负极和顺序元件的方向焊反较少不必要的麻烦。7.1.3.整机测试在上电之前，根据原理图和PCB图检查元件是否焊完、检测在焊接过程中有没有把相邻的线路短路（没有就进行下一步；有就修正一下再测直到没有），用万用表测试电源正、负是否短路;经检查无误后再上电，观看电源指示灯是否亮，有无闪烁现象，用万用表测试各输出电压是否正常;用示波器测试各输出

29、电源的波形，看是否有无纹波。经测试，电源指示灯正常指示，亮度正常，无闪烁现象，各输出点电压稳定，输出波形平滑，无纹波。7.1.4.硬件调试中遇到的问题电路板的整个制作过程全由人工完成，画线、腐蚀以与焊接很容易出现问题尤其是短路和断路。我在调式硬件过程中既发现了短路也发现了断路更是发现了画错线路的低级而致命的错误。7.2 软件测试7.2.1. 测试液晶屏编写测试液晶屏的程序，编译好后先仿真看是否实现再把程序写入单片机看能否驱动液晶屏，经测试液晶屏能正常工作。7.2.2.测试AD模块编写测试PCF8951的程序，编译好后先仿真看是否实现再把程序写入单片机看能否驱动PCF8951，在看是否有我们想得

30、到的数据，经测试PCF8951模块能能正常工作。7.2.3.数据采集模块的测试与运行系统完成初始化后，数据采集模块将实时采集环境因素数据(温度，湿度)实时显示在液晶屏幕。液晶屏幕显示的实时数据，表明数据采集模块正常工作。7.2.4. GSM模块的测试和运行 当一切就绪后，自己可以通过手机发送指令来打开浇花系统和关闭浇花系统，同时也能得到这时候的实时温度和湿度的数据。下图显示的数据就能代表GSM模块运行正常。8 总结花了将近两个的时间自己终于把毕业设计完成了，在这个短暂又漫长的时间里，自己学到了很多知识。通过此次设计我摆脱单纯的理论学习状态，和实际结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识。解决了实际问题的能力，同时也提高了我查阅资料、设计手册、设计规以与电脑制图等其他专业能力水平。而且通过对整体的掌握，局部的分析，以与细节的斟酌处理，都是我的能力得到了锻炼。抗压能力也的动了提高。 虽然毕业设计容繁多，过程繁琐但都是我得到了更多知识，各种系统的设计，各种设备的选用，我都是随着设计的深入逐渐了解。在这次设计中我懂得了怎样去设计，怎样去交流，怎样去咨询。提高是有限的但提高也是全面的，正是这次设计让我得到了无数经验，是我的头脑更好的被知识武装起来，也更好的让我在未来的工作中有更好的应该变能力。参考文献1友德等.单片机原理应用与实验M.第一版.:复旦大学.2000