基于单片机智能浇花系统设计说明.docx
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基于单片机智能浇花系统设计说明
AT89C51基于单片机智能浇花系统设计
摘要:
本设计是通过AT89C51单片机采用汇编语言进行编程，在LED液晶屏上实现小时，分，秒的显示;并利用单片机来实现计时，定时功能，同时通过7个按键开关和3个指示灯来实现参数设置和调节功能、浇花间隔时间的设定、浇水持续时间的设定、单片机对电磁阀的自动控制。
根据用户设定的时间顺利的完成浇花任务。
关键词：
单片机，控制，显示，电磁阀
1.绪论
1.1系统工作原理
自动浇花系统的设计，其主要执行装置是一个电磁阀门，其一端连接水管，另外一端连接外置的水管作为浇水口，浇水的水量主要由单片机控制。
设备主要是通过控制浇水的时间间隔和浇水的持续时间来控制浇水量的。
1.2系统模块
系统主要是由单片机、电源、按键、显示、指示灯、复位电路、电机模块等组成。
图1-1
1.3系统操作界面及其操作过程
图1.2系统操作界面
1.3.1系统操作过程
注：
用上图中的数字编号代替相关按键
A:
放置设备，接上水管（注意：
保证不漏水），插上插头。
B:
按下按键4，接通电源，指示灯1亮起（只要电源保持接通则指示灯时刻保持亮起）。
C:
按下按键5，显像管显像数字全部置为初始值（即上次设置的时间）。
同时指示灯2亮起，可以对设备工作的时间间隔进行设定。
D:
利用按键8、9、10对设备工作的时间间隔进行设定和调节。
E:
设定完时间间隔后，利用按键7（可以反复按按键7来切换指示灯2和指示灯3）将指示灯2切换到指示灯3，即可以对设备工作的持续时间进行设定了。
F:
同上对设备工作持续时间进行设定。
G:
设备工作时间设定完成后，按下按键7则设备开始工作。
2.部件的选择
2.1芯片的选择
AT89C51单片机是Atmel公司推出的一款产品，一般小芯片的价格都比较低，同样AT89C51作为一款小芯片产品其价格相对而言较为便宜，并且其与MCS-51系列兼容行很好，所以本系统决定采用AT89C51作为芯片。
2.2继电器的选择
设备在设计过程中需要一个继电器来控制电磁阀的工作。
由于需要工作电压在5V左右，而且能保证成本相对而言比较低。
所以选择了型号为JZC-36F的继电器，其工作电压在4V～45V之间，而且在市场上的价格为4元左右。
2.3阀门的选择
由于本设备采用单片机控制，并且电磁阀是由开关信号控制的，与单片机控制电路连接十分的方便，所以决定采用电磁阀作为阀门。
2.3.1电磁阀的选择
由于直动式电磁阀结构较为简单，动作可靠，而且设备需要在断电条件下铁芯始终保持在关闭状态，所以选用常闭型的直动式电磁阀。
具体为YCSM31系列的二位二通直动式电磁阀（常闭型）。
3.硬件设计
3.1设备的结构
整个自动浇花设备的结构可以分为5大部分：
中央处理单元（CPU），LED显示部分,电磁阀部分，按键部分，指示灯部分等。
3.1.1中央处理单元
CPU选用AT89C51，用其来对整个系统进行控制：
（1）用其来控制整个LED显示器的显示；
（2）根据按键的输入做出正确的计算并传输到LED显示器上从而实现时间的调整设定；
（3）接受时间芯片DS1302的定时数据；
（4）实现电磁阀的控制，从而使设备一切工作顺利进行；
3.1.2LED显示部分
作为设备的显示器，此设备部分应该根据单片机的控制正确的做出显示，从而使整个设备处于正常的工作状态。
3.1.3电磁阀部分
电磁阀部分是本设备的执行设备，是本设备顺利执行工作的必要部分。
3.1.4按键部分
它是整个系统中比较简单的部分，根据功能要求，本系统共需7个按键，除了电源按键和复位按键以外还有5个按键位于按键部分，分别是切换按键，上调按键，下调按键，左右调节按键，工作按键。
3.1.5指示灯部分
整个系统中最简单的部分，主要有三个只是灯，除了一个电源指示灯外还有2个指示灯，分别用于设定时间间隔和持续时间。
3.2总电路设计图
图4.1总电路
根据如图4.1所示的总电路主要由：
晶振电路,复位电路，按键设置电路，LED显示电路，电磁阀电路，以及电源电路等几个部分。
通过这几个分电路的分工合作，能够使得系统具有显示功能，并且具备键盘调整功能，同时能够对电磁阀进行有效的控制。
从而使设备顺利的进行工作。
3.3AT89C51单片机电路
图4.2单片机电路
AT89C5单片机的RST引脚连接复位电路，P2.7引脚连接电磁阀电路，P1.0～P1.7引脚连接按键电路，XTAL1和XTAL2引脚连接晶振电路，P2.0和P2.1引脚连接指示灯电路，P2.5～P2.7引脚连接放大电路从而和P0.0～P0.7引脚一起控制LED显示电路。
3.4晶振电路
图4.3晶振电路
AT89C51单片机芯片部设有一个反相放大器所构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端。
在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，部振荡电路就产生自激振荡。
定时元件常常是用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。
系统选择了12MHZ的晶振片，两个30Pfd额电容C6和C7。
图a：
上电复位电路
图b：
按键复位电路
图4.4AT89C51单片机的复位电路
3.5复位电路
本设计采用的复位电路包括两个方面：
上电复位电路（图a），按键复位电路（图b）。
a：
上电复位电路：
它是利用电容充电来实现复位的。
在接电瞬间，RST引脚端的电位与Vcc端相同，但是随着充电电流的减少，RST端的电位逐渐下降。
只要保证RST端为高电压的时间大于两个机器周期时，系统自动能实现正常复位。
b：
按键复位电路：
当要系统自动复位时，只需要按住S8按键，此时电源Vcc经过电阻R1,R2分压，并且在RST端产生一个复位的高电平。
同样，只要保证RST端保持高电压的时间大于两个机器周期时，系统自动能实现正常复位。
3.6按键电路
4.5按键电路
系统采用非编码键盘，按键电路主要由5个按键组成，分别是S2---工作按键；S3---切换按键；S4---左右调节按键；S5---“+”调节按键；S6---“-”调节按键，本系统采用独立式的按键形式。
按照上图的电路连接方法，判断是否有键按下的方法是：
查询哪一根接按键的I/O接口线为低电平，如果是低电平则说明这个接口线连接的按键处于按下状态。
相反，若为高电平则说明按键处于非按下状态。
3.9LED显示电路
图4.8LED显示电路
系统采用两个LED7段发光显示器DpyAmber-CA，DpyAmber-CA是共阳极的LED显示器，其两个AA端接高电平。
处于工作状态的数码管，其显示情况由单片机的P0.0～P0.7八个接线口决定，其八个口分别连接着数码管的八个段。
例如要在数码管DS1中显示1，而数码管DS2处于非工作状态，则需要将P2.6接线口置为1，P2.5接线口置为0，并且使P0.1和P0.2接线口置为1，而P0.0,P0.3～P0.7接线口置为0.
7段字形码表：
（由于系统只需要显示0～9十个数字，所以只列出了十个）
显示字符
共阴极字型码
共阳极字型码
0
3FH
C0H
1
06H
F9H
2
5BH
A4H
3
4FH
B0H
4
66H
99H
5
6DH
92H
6
7DH
82H
7
07H
F8H
8
7FH
80H
9
6FH
90H
根据上面的7段字形码表可以进行编码，从而控制数码管的显示。
3.10电磁阀电路
图4.9电磁阀电路
如上图所示Q3为一个PNP三极管，D1为普通二极管，K1为JZC-36F继电器，M电动机符号来表示电磁阀。
在继电器失电的状态下，动合触电断开，动断触电闭合，当继电器得电后，动合触电闭合，动断触电断开，利用继电器的触电开关作用可以控制设备或者传送逻辑电平信号。
在本次系统设计中选用了动合触电开关，使继电器在失电状态下保持断开的状态，然而在得电的状态下保持闭合状态。
即当Q3基极得到一个高电平则继电器开关立即闭合，在处于低电平时继电器开关保持断开状态。
当继电器的开关闭合时，电磁阀处于一个通路的状态下，则电磁阀开始工作，设备开始浇水。
当继电器的开关断开时，则电磁阀不工作，设备也不工作。
4.软件设计
4.1系统组成
本系统共需要8个存储单元：
1：
当指示灯一亮，数码管1选中时，经过“+”，“-”调节按键调节过的显示数字存储与（41）H,其相应的PO值存储与（40）H。
2：
当指示灯一亮起，数码管2选中时，经过“+”，“-”调节按键调节过的显示数字存储与（61）H,其相应的PO值存储与（61）H。
3：
当指示灯二亮起，数码管1选中时，经过“+”，“-”调节按键调节过的显示数字存储与（51）H,其相应的PO值存储与（51）H。
4：
当指示灯二亮起，数码管2选中时，经过“+”，“-”调节按键调节过的显示数字存储与（71）H,其相应的PO值存储与（71）H。
引脚
功能程序入口地址标号
功能程序
元器件（接口）
元器件代号
P1.1
P11
PROM11
S6
"-"调节按键
P1.2
P12
PROM12
S5
"+"调节按键
P1.3
P13
PROM13
S4
左右调节按键
P1.4
P14
PROM14
S3
切换按键
P1.5
P15
PROM15
S2
工作按键
P2.0
P20
DS1
指示灯一
P2.1
P21
DS2
指示灯二
P2.5
P25
DS02
数码管2
P2.6
P26
DS01
数码管1
P2.7
P27
B1
电磁阀
P0.0
P01
a
数码管a口
P0.1
P01
b
数码管b口
P0.2
P02
c
数码管c口
P0.3
P03
d
数码管d口
P0.4
P04
e
数码管e口
P0.5
P05
f
数码管f口
P0.6
P06
g
数码管g口
P0.7
P07
dp
数码管dp口
4.2消抖流程及程序
为了确保CPU对一次按键动作只确定一次，系统采用软件消除抖动的方法。
具体为：
若CPU检测到有键按下时，先执行一段延时程序后再检测此按键，若仍为按下状态，则CPU认为此按键确实按下。
同样，在键从按下到再次松开时，若CPU检测到有键松开，并在延时一段时间后仍检测到键在松开状态，则认为此键确实松开了。
图5.1消抖流程
以扫描按键S6（其连接引脚P1.1）为例，用软件解决消抖问题；
程序：
START:
MOVA,#0FFH；输入时先置P1口全为1
MOVP1,A
MOVA,P1；键状态输入
JNBACC.1,P11；1号按键按下转P11标号地址
JNBACC.2,P12
JNBACC.3,P13
JNBACC.4,P14
JNBACC.5,P15
SJMPSTART；无键按下，返回
P11:
LCALLDELAY；延迟，从而消除抖动
LCALLDELAY
JNBACC.1,PROM11；再次判断键是否按下，避免抖动引起的错按
LJMPSTART
PROM11:
LJMPSTART；S6按键的确按下，进行S6按键处理
注：
P11为S6功能程序入口地址标号；PROM11为按键S6的按键功能程序，这边省略。
4.3总流程及程序
`
图5.2总流程
当电源开关按下，系统上电；当复位开关，系统恢复初始值。
系统初始状态：
电磁阀不工作；指示灯一亮起；指示灯二灭掉；数码管1选中，显示为“0”；数码管2不选中，不显示；
相应的程序为：
MAIN:
MOV30H,#00H；（30H）单元主要是为了处理按键5、按键6的加减问题
MOV40H,#OOH；本系统中所需的8个单元在初始状态下全部赋值为00H
MOV41H,#OOH
MOV50H,#OOH
MOV51H,#OOH
MOV60H,#OOH
MOV61H,#OOH
MOV70H,#OOH
MOV71H,#OOH
SETBP2.7；电磁阀不工作
SETBP2.0；指示灯一亮起
CLRP2.1；指示灯二不亮
CLRP2.6；数码管1选中
SETBP2.5；数码管2不选中
MOVA,#C0H；数码管显示为“0”
MOVP0,A
4.4按键处理总流程及程序
图5.3按键处理总流程
以扫描按键S6（其连接引脚P1.1）为例，用软件说明总流程。
程序：
START:
MOVA,#0FFH
MOVP1,A
MOVA,P1
JNBACC.1,P11
JNBACC.2,P12
JNBACC.3,P13
JNBACC.4,P14
JNBACC.5,P15
SJMPSTART
P11:
LCALLDELAY
LCALLDELAY
JNBACC.1,WORK00
LJMPSTART
WORK00:
JNBP2.7LOOP00；判断是否处于电磁阀工作状态
LJMPPROM11
LOOP00:
JNBACC.5STOP00；判断是否按下的键为按键5（即工作按键），如果是则跳到STOP00。
LJMPSTART；如果不是按键5则返回START，表明在电磁阀工作中，按其他的设置键无效。
STOP00:
SETBP2.7；停止电磁阀工作，因为在工作状态下按下工作按键表示停止工作。
LJMPSTART
注：
P11为S6功能程序入口地址标号；PROM11为按键S6的按键功能程序，这边
4.5工作中的处理流程
图5.8工作中时间间隔的处理流程
5.结论
通过对智能浇花系统的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，理论和实际的结合锻炼了我综合运用所学的专业基础知识来解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册以及电脑制图等专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼。
在我的设计中也许还有好多不足的地方，但是正是这些不足才给了我们研究单片机的巨大动力，只有发现问题，面对问题，才有可能解决问题，不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我会更加关注这些新技术新设备，并争取尽快的掌握这些先进的技术知识，更好的为自己努力，为自己奋斗。
致
在本次论文设计过程中，怀志老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。
在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨的治学精神，将永远激励着我。
这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。
在此，谨向老师们致以衷心的感和崇高的敬意！
最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感。
参考文献
[1]克中.磁力驱动技术与设备,:
化学工业,2003.
[2]林伸茂.8051单片机彻底研究,:
中国电力,2007.
[3]Mackenzie.8051微控制器,:
清华大学,2005.
[4]周志敏,纪爱华.LCD背光驱动电路与应用实例,:
人民邮电,2009.
[5]俊喜.LCD驱动电路、驱动程序与典型应用,:
人民邮电,2009.
[6]明赐东.调节阀的应用,:
化学工业,2006.
[7]毛兴武.新一代绿色光源LED及其应用技术,:
人民邮电,2008.
[8]蔡振江.单片机原理及应用,:
电子工业,2008.
[9]周志敏,纪爱华,周纪海.LED驱动电路设计实例,:
电子工业,2008.
[10]王慧.计算机控制系统,:
化学工业,2005.
[11]ValanteA,MoraisR，LSerodioC，eta1．AZigBeesensorelementfordistributedmonitoringofsoilparametersinenvironmentalmonitoring[C].2007IEEESensors，Atlanta,GAUSA：
IEEE，2007：
135—138
[12]S.K.Luthra,M.J.Kaledhonkar,O.P.Singh,N.K.Tyagi,Designanddevelopmentofanautoirrigationsystem[J].农业工程学报，2005，21
（2）：
36-37
At89c51monolithicintegratedcircuitssmarttowateringflowerssystemdesign
Abstract:
Designedbyat89c51monolithicintegratedcircuitsareusedinassemblerlanguageprogramming,andledoutinthelcdpanelonachievinghours,minutesandseconds.thedisplayandusemonolithicintegratedcircuitstotime,regularfeature,andbysevenbuttonstoswitchandthreesignforparametersetsandregulatethefunctionandwatertheflowersoutoftimeanddurationofthewaterinamonolithicintegratedcircuits,automaticcontrolofairvalve.accordingtousersofthetimeoffinishthetask.youarewateringtheflower.
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