基于单片机智能浇花系统设计

目 录 1 1 绪绪论论 1 1 1 1 系统工作原理 1 1 2 系统模块 1 1 3 系统操作界面及其操作过程 2 1 3 1 系统操作过程 2 2 2 部件的选择部件的选择 3 3 2 1 芯片的选择 3 2 2 继电器的选择 3 2 3 阀门的选择 3 2 3 1 电磁阀的选择 3 3 3 硬件设计硬件设计 4 4 3 1 设备的结构 4 3 1 1 中央处理单元 4 3 1 2 LED 显示部分 4 3 1 3 电磁阀部分 4 3 1 4 按键部分 4 3 1 5 指示灯部分 5 3 2 总电路设计图 5 3 3 AT89C51 单片机电路 6 3 4 晶振电路 6 3 5 复位电路 7 3 6 按键电路 10 3 9 LED 显示电路 10 3 10 电磁阀电路 12 4 4 软件设计软件设计 1313 4 1 系统组成 13 4 2 消抖流程及程序 14 4 3 总流程及程序 16 4 4 按键处理总流程及程序 17 4 5 工作中的处理流程 19 5 5 结论结论 2020 参考文献参考文献 2121 AT89C51 基于单片机智能浇花系统设计 摘要摘要 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 关键词 单片机 控制 显示 电磁阀 编辑版 word 1 1 绪论绪论 1 11 1 系统工作原理系统工作原理 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 21 2 系统系统模块模块 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 复位电路模 块 51 单片机模块 电源模块 按键模块 指示灯模块 显示模块 电机模块 编辑版 word 1 31 3 系统操作界面及其操作过程系统操作界面及其操作过程 图 1 2 系统操作界面 1 3 11 3 1 系统操作过程系统操作过程 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 编辑版 word 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 2 部件的选择部件的选择 2 12 1 芯片的选择芯片的选择 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 22 2 继电器的选择继电器的选择 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 32 3 阀门的选择阀门的选择 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 12 3 1 电磁阀的选择电磁阀的选择 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 编辑版 word 列的二位二通直动式电磁阀 常闭型 3 3 硬件设计硬件设计 3 13 1 设备的结构设备的结构 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 13 1 1 中央处理单元中央处理单元 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 编辑版 word 3 1 23 1 2 LEDLED 显示部分显示部分 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 33 1 3 电磁阀部分电磁阀部分 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 43 1 4 按键部分按键部分 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 53 1 5 指示灯部分指示灯部分 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 编辑版 word 3 23 2 总电路设计图总电路设计图 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 编辑版 word 3 33 3 AT89C51AT89C51 单片机电路单片机电路 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 编辑版 word 3 43 4 晶振电路晶振电路 图 4 3 晶振电路 AT89C51 单片机芯片内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 内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 编辑版 word 图 a 上电复位电路 图 b 按键复位电路 图 4 4 AT89C51 单片机的复位电路 编辑版 word 3 53 5 复位电路复位电路 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 编辑版 word 3 63 6 按键电路按键电路 4 5 按键电路 编辑版 word 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 93 9 LEDLED 显示电路显示电路 图 4 8 LED 显示电路 系统采用两个 LED7 段发光显示器 Dpy Amber CA Dpy Amber 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 编辑版 word 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 03FHC0H 106HF9H 25BHA4H 34FHB0H 466H99H 56DH92H 67DH82H 707HF8H 87FH80H 96FH90H 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 编辑版 word 3 103 10 电磁阀电路电磁阀电路 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 编辑版 word 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 4 软件设计软件设计 4 14 1 系统组成系统组成 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 1P11PROM11S6 调节按键 P1 2P12PROM12S5 调节按键 P1 3P13PROM13S4左右调节按键 P1 4P14PROM14S3切换按键 P1 5P15PROM15S2工作按键 P2 0P20DS1指示灯一 P2 1P21DS2指示灯二 P2 5P25DS02数码管 2 P2 6P26DS01数码管 1 P2 7P27B1电磁阀 编辑版 word P0 0P01a数码管 a 口 P0 1P01b数码管 b 口 P0 2P02c数码管 c 口 P0 3P03d数码管 d 口 P0 4P04e数码管 e 口 P0 5P05f数码管 f 口 P0 6P06g数码管 g 口 P0 7P07dp数码管 dp 口 4 24 2 消抖流程及程序消抖流程及程序 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 编辑版 word 确实松开了 初始化 读键盘 有键按下否 用延时程序 确定键是否按 下 键按下是否 有效 BACK N Y Y N 按键处理 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 MOV A 0FFH 输入时先置 P1 口全为 1 MOV P1 A 编辑版 word MOV A P1 键状态输入 JNB ACC 1 P11 1 号按键按下转 P11 标号地址 JNB ACC 2 P12 JNB ACC 3 P13 JNB ACC 4 P14 JNB ACC 5 P15 SJMP START 无键按下 返回 P11 LCALL DELAY 延迟 从而消除抖动 LCALL DELAY JNB ACC 1 PROM11 再次判断键是否按下 避免抖动引起的错按 LJMP START PROM11 LJMP START 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 编辑版 word 4 34 3 总流程及程序总流程及程序 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 开关复位按下 电源开关 按下 上电 初始化 读键盘 键盘处理 编辑版 word 相应的程序为 MAIN MOV 30H 00H 30H 单元主要是为了处理按键 5 按键 6 的 加减问题 MOV 40H OOH 本系统中所需的 8 个单元在初始状态下全部 赋值为 00H MOV 41H OOH MOV 50H OOH MOV 51H OOH MOV 60H OOH MOV 61H OOH MOV 70H OOH MOV 71H OOH SETB P2 7 电磁阀不工作 SETB P2 0 指示灯一亮起 CLR P2 1 指示灯二不亮 CLR P2 6 数码管 1 选中 SETB P2 5 数码管 2 不选中 MOV A C0H 数码管显示为 0 MOV P0 A 编辑版 word 编辑版 word 4 44 4 按键处理总流程及程序按键处理总流程及程序 键盘2处理键盘3处理键盘4处理键盘5处理键盘6处理 BACK 消抖程序 读键盘 是否按下的 键为键2 停止工作 初始化 电磁阀是否 处于工作状 态 BACK N N Y N 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 MOV A 0FFH MOV P1 A 编辑版 word MOV A P1 JNB ACC 1 P11 JNB ACC 2 P12 JNB ACC 3 P13 JNB ACC 4 P14 JNB ACC 5 P15 SJMP START P11 LCALL DELAY LCALL DELAY JNB ACC 1 WORK00 LJMP START WORK00 JNB P2 7 LOOP00 判断是否处于电磁阀工作状态 LJMP PROM11 LOOP00 JNB ACC 5 STOP00 判断是否按下的键为按键 5 即工作按键 如果是则跳到 STOP00 LJMP START 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 SETB P2 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 LJMP START 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 编辑版 word 这边 4 54 5 工作中的处理流程工作中的处理流程 分别从 41 H 61 H 中取值 判断是否为零 其值减 1 机器开始工作 BACK 编辑版 word 图 5 8 工作中时间间隔的处理流程 5 5 结论结论 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 编辑版 word 致谢致谢 在本次论文设计过程中 李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 人不倦的师者风范是我终生学习的楷模 老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的 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谢和崇高的敬意 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 各位老师表示感谢 编辑版 word 参考文献参考文献 1 赵克中 磁力驱动技术与设备 北京 化学工业出版社 2003 2 林伸茂 8051 单片机彻底研究 北京 中国电力出版社 2007 3 Mackenzie 8051 微控制器 北京 清华大学出版社 2005 4 周志敏 纪爱华 LCD 背光驱动电路与应用实例 北京 人民邮电出版社 2009 5 孙俊喜 LCD 驱动电路 驱动程序与典型应用 北京 人民邮电出版社 2009 6 明赐东 调节阀的应用 北京 化学工业出版社 2006 7 毛兴武 新一代绿色光源 LED 及其应用技术 北京 人民邮电出版社 2008 8 蔡振江 单片机原理及应用 北京 电子工业出版社 2008 9 周志敏 纪爱华 周纪海 LED 驱动电路设计实例 北京 电子工业出版社 2008 10 王慧 计算机控制系统 北京 化学工业出版社 2005 11 Valante A Morais R L Serodio C et a1 A ZigBee sensor element for distributed monitoring of 编辑版 word soil parameters in environmental monitoring C 2007 IEEE Sensors Atlanta GAUSA IEEE 2007 135 138 12 S K Luthra M J Kaledhonkar O P Singh N K Tyagi Des