基于单片机的土壤温湿度控制系统设计说明书1219

1、成绩等级本科毕业论文（设计）题目基于单片机的土壤温湿度控制系统设计学院xx学院专业机械设计制造及其自动化班级12机制本03班学号121010100318学生姓名蔺多海指导教师王伟锋完成日期摘要本设计基于cc2430无线片上系统为核心部件，用时域反射型(tdr)抗 腐蚀土壤湿度传感器采集湿度数据，以ds18b20采集土壤温度，同吋根据农 业生产的需要附加sht11温湿度模块采集空气温湿度值，使用oled屏显示测 得数据，并用at24c08存储数据。本设计是土壤温湿度环境无线监测网络系 统的初步设计，目的在于实现终端设备的功能，后待开发建立在ieee 802. 15.4的zigbee无线传感网络的

2、最优建网方案。本文将以单片机为核心设计了系统结构图、程序指令、流程图等等，在 保留了原始土壤温湿度控制系统的基本功能的同时又增加了一系列的实用 功能并简化其电路结构，其将以控制方便，灵活，只要改变输入单片机的控 制程序，便可以控制土壤温湿度系统，方便，简洁。关键词 单片机控制系统 可靠性 系统abstractit can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in cc2430environments to protect the

3、 personal ds18b20safety, therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.this article is at24c08 mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. this mechanism of manipulator includes cylinders and claws and c

4、onnectors parts, it can move according to the due track on the zigbee movement of grabbing.carrying and unloading. the pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of th

5、e compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.it can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal

6、safety.keywords singlechip microcomputer forging machine1绪论11.1课题的研究背景和历史意义11.2系统功能概述22控制系统硬件设计 52.1单片机的作用和功能62. 2单片机的应用场合73硬件系统的设计73.1各组成硬件概述93. 2无线传输核心技术103.3系统框图103.4网络系统框图113.5终端设备系统框图124终端设备方案选择 144.1数据采集154. 2数据显示错误!未定义书签。4. 3数据存储错误!未定义书签。4. 4按键控制错误!未定义书签。5系统软件的设计225.1系统软件总体设计235. 2各功能模块软件程序设计

7、245.3程序清单错误!未定义书签。结论25致谢26参考文献271绪论1.1课题的研究背景和历史意义单片机作为控制系统的核心部分，由于单片机体积小，使用方便的特点，被应用在智能仪器上，再结合其他的传感器之类的，可以实现对温度、湿度等精 密量的测量，功能十分的强大。同样由于单片机的体积小、环境适应能力强和使 用方便等方面的优点，单片机也被普遍应用于工业控制上，比如多种多样的通讯 系统以及机器人等方面。此外，由于单片机的适应能力很强，所以在我们常用的 手机、电脑等物品上应用十分广泛。还有，医院的医疗设备如呼吸机等也有单片 机的广泛应用。还有就是汽车系统、物流系统、电力系统、通讯系统等都广泛应 用单

8、片机。现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分 子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的科 技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代 它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在人 类的整个进化过程屮，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进 化的。产品的智能化与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅 在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的

9、操作 和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智 能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程z间的互相促进，平行前进，将 使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。总结以往在土壤湿度采集过程中的经验可知，虽然测量的精确性可以保证， 但是方便性与精确性却很难同时达到，便捷的手持设备可以方便采集到接近的数 据，但不够精确又不耐腐蚀，使用寿命短，配合电子计算机的大型设备又不能随 身携带。更为困难的是在大面积的土地中是不可能人工采集方法获得数据的，我 们无法安排足够的人力每天多次测量大面积的土地，所测得的数据也不便于统计 分析。因此无线传感网络的建设势在必得。1.2系统功

10、能概述本次设计中网络架设及终端设备的远程控制将不做为重点研究内容，主要完 成终端设备的数据采集、显示、发送与存储工作，实现无线传感网络的底层设计。 整体设计是将tdr 土壤湿度传感器获得湿度数据、ds18b20采集的土壤温度数据 利以及sht11获得的空气温湿度数据通过cc2430无线单片机发送出去，并可以 根据需要将数据显示在oled显示屏上，通过导航按键可以方便设定采集数据的 时间间隔、采集数据的类型（便于统计分析）、系统时间等信息。使用at24c08 串行eeprom将数据同步存储在设备终端，即便网络出现故障或者设备中断，所 测得数据依然安全保存。2控制系统硬件设计2.1单片机的作用和功

11、能目前单片机渗透到我们牛活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机 的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传 输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能ic卡，民用 豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全白动洗衣机的控制，以及程控玩 具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智 能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用 与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医 用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几 个范畴：1. 在智能仪器仪表

12、上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等 优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、 频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理 量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起 采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分 析仪）。2 在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的 智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统 等。3. 在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采

13、用了单片机控制，从电饭褒、洗衣 机、电冰箱、空调机、彩电、其他咅响视频器材、再到屯子秤量设备，五花八门, 无所不在。4. 在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为 在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备慕本 上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信 呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信, 无线电对讲机等。5. 单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监 护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。6.

14、在各种大型电器中的模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能，从 而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集 成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就 需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类 似于rom）,由微控制器读出，转化为模拟咅乐电信号（类似于声卡）。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、 错误率，也方便于更换。7单片机在汽车设备领域中的应用单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如 汽车中的发动机控制器，基于can总线的汽车发动机智能电子控制器，gps导航 系统，ab

15、s防抱死系统，制动系统等等。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分 广泛的用途。2.2单片机的应用场合单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的 智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下儿个范畴：1 在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、 扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的 传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、 长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。釆用单片机控制使得仪器仪表数字化、 智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的

16、测量设 备（功率计，示波器，各种分析仪）。2. 在工业控制屮的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采 集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计 算机联网构成二级控制系统等。3在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单 片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再 到电子秤量设备，五花八门，无所不在。4 在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口， 可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供 了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机, 电

17、话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工 作屮随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。5 .单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等 等。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分 广泛的用途。3硬件系统的设计3.1各组成硬件概述tdr 土壤湿度传感器的使用是十分不便的，我们并不知道它的输出与采样的 对应关系，使用的传感器来自于计算机平台上的传感器，它使用计算机串口，通 过软件实现数据的分析，最终得到湿度数据。我们的工作就是需要从它的原有计 算机

18、平台屮取出对应关系，然后才能够将传感器通过终端设备独立使用，告别计 算机。这部分也是设计的难点。设计中选择了从计算机平台中“偷取数据”的办 法实现获得釆样与输出的对应关系。即在计算机平台工作时将传感器送出的数据 定时窃取一个存入终端设备中，持续重复数次，然后按时间与计算机平台中丢失 的数据的相邻两个数据的平均值对比，这样就可以获得输出与采样的对应关系。 这种方法简便有效（只需要安装一个程控继电器即可），误差较低。根据需要，完整的终端设备包括中心控制与数据收发、数据采集、数据显示、数 据存储及按键五个部分。中心控制单元主要是cc2430无线片上系统,强大的功能优势足以满足系统 的全部需求。数据收

19、发部分利用cc2430自身的功能，通过2.4g天线、晶体振荡 器及简单外围电路即可实现。数据采集部分包括三个大部分：tdr 土壤湿度传感器和模数转换:使用耐腐蚀tdr 土壤湿度传感器和max 1301 高速率a/d转换搭建完成，可以将数据以数字信号的方式通过spi总线模式送入 中心控制单元。ds18b20温度采集模块采集土壤温度，由于ds18b20是单总线模式，所以使 用还是相当的方便。sht11空气温湿度釆集模块。数字信号直接输出，以i2c总线模式传送数据 应用方便。数据显示部分通过0led屏幕（冷光屏）显示数据。0led屏是利用有机发光 材料受激辐射发光原理，因此无需背光、亮度高、功耗低，

20、最符合系统需要。 数据存储部分使用的at24c08支持i2c总线数据传送协议。t2c总线协议规定 任何将数据传送到总线的器件作为发送器，任何从总线接收数据的器件为接收 器，存储能力为8k,在不影响使用的情况下减小了设计成本。按键采用了上、下、左、右四个方向键和确认、取消两个功能键作。四个方 向键采用adc采样输入，两个功能键直接读取端口电平。节约了 cc2430的端口 充分利用了内部的剩余资源（内部adc）。3. 2无线传输核心技术zigbee名字来源于蜂群使用的赖以牛存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳 zigzag形状的舞蹈来通知发现的新食物源的位置、距离和方向等信息，以此作 为新一代无线通讯技

21、术的名称。zigbcc过去又称为“homcrf lite"、“rf-easylink”或"firefly”无线电技术，目前统一称为zigbee技术。1 zigbee是-种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线 网络技术。zigbee采取了 ieee 802. 15. 4强有力的无线物理层所规定的全部优 点：省电、简单、成本又低的规格；zigbee增加了逻辑网络、网络安全和应用 层。zigbee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自 动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等。鉴于zigbee技术的诸多优势，本次设计将采用这一组网方式，駛件设

22、备采 用德州仪器牛产的无线单片机cc2430为核心部件，它是世界上首个真正的单芯 片zigbee解决方案，是世界上第一个真止意义上的soc-zigbee -站式产品，具 有芯片可编程闪存以及通过认证的zigbee tm协议栈，它们都集成在一个硅片内， 方便口后的网络建设。3. 3系统框图系统框图是反映单片机系统齐个组成部分与主控程序关系逻辑的图，单片机 渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的 导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化 过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能ic卡，民用豪华轿车的安全 保障系统，录像机、摄像机、全

23、自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等 等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器 械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应 用与智能化控制的科学家、工程师。3.4网络系统框图本系统的总体网络框图如图2-1所示，从图中可以看出，该总体网络系统框 图分别如下图清单所示：pc检测zigbee路由节点zigbee终端节点zigbcc中继节点土壤温度采集模块 土壤湿度采集模块 空气温湿度采集模块 无线传输冇线传输3. 5终端设备系统框图本系统的终端设备框图如图2-2所示，这部分内容将作为本次设计重点研 究。oled显示屏tdr 土壤湿度传感

24、器=>adc-max1301 (=>ds18b20 土壤温度传感器屮心控制单元cc2430sht-1i空气温度传感器按键控制4终端设备方案选择终端设备方案的选择主要包括以下几个方面：1）负压计土壤湿度监测系统负压计，又称张力计，以测量土壤负压（张力）来显示土壤水分状况。负压计 瓷头埋设于土壤屮某一高程后，负压计内部的水分通过瓷头上的微孔同土壤水分 进行交换，使内外水势渐趋平衡，仪器上所指示的负压值即代表土壤水势，可以 直接反映土壤水分能为植物吸收利用的程度，同时乂可换算为土壤含水率。负压 计结构简单，易于制造，因此使用较为广泛。但是负压计易受环境温度的影响， 仪器稳定性较差。此外，

25、负压计具有滞后性，往往不能及时反映土壤水分状况， 在土壤干燥过程屮尤为显著。2）中子土壤湿度计中子土壤湿度计以测量快中子与土壤水分中氢原子碰撞而转化为慢中子的 数量来感知土壤水分状况。土孔上下移动即可测定不同高程点的土壤含水量。目 前主要采用手工方法测量，也可以改造为自动化或半自动化监测仪，从田间监测 室监测，以防止或减少屮子对人体的辐射。3）丫透射仪y透射仪利用丫射线透射土壤后的衰减程度来测定土壤水分状况。此种装 置在实验室内应用效果较好，可进行土壤水分a动化和半自动化监测。4）时域反射仪时域反射仪（tdr仪），利用时域反射原理定点测量某一土层内的土壤水分 情况。此仪器有较好的测量效果，是目

26、前较先进的土壤湿度仪，便于实现自动化 监测，但价格较为昂贵。5）电阻/电容式土壤湿度监测系统电阻/电容式土壤湿度监测系统包括电阻式土壤湿度监测系统和电容式土 壤湿度监测系统，它们分别以电阻式土壤湿度传感器和电容式土壤湿度传感器为 基础。电阻式土壤湿度传感器，用装有电极的感湿材料做成传感器的感湿元件（探 头），感湿材料常为石膏、陶瓷、尼龙丝绕块等。将感湿元件埋设在土壤中某一 定点上，使其同土壤保持紧密接触，以便感湿元件的水分与土壤水分达到平衡， 由于感湿元件的电阻值与其含水量具有一定关系，测量感湿元件的电阻值可以得 到感湿元件的湿度，从而间接求得土壤湿度。感湿元件在同土壤进行水分交换的 同时，也

27、常具有溶质交换，特别是由于元件埋设吋间较长以后，元件中常有溶质 积累，从而影响到水分测定的精度。此外，由于感湿元件具有一定的滞后作用， 往往不能及时反映土壤水分现状。电容法测定土壤湿度是根据土壤介电常数随土壤湿度变化的原理来进行 的。它同电阻法相比，受土壤盐分的影响较小。考虑上述多种湿度采集方法的优势，我们决定采用时域反射仪，它设计灵活、便 于自动控制，更符合设计要求。在对湿度传感器的应用方面我们考虑了以下两种方案：方案一：使用12v、电源供电的传感器，得到的模拟信号为012v,而我们的控 制单元cc2430电压范围是23.3v这样在模拟与数字信号转换方面就产生了困难 要么使用信号压缩的方法将

28、其转换为3. 3v的模拟信号后再进行a/d转换，但是 这样将会导致数据误差大。如果先进行a/d转换再进行数字信号的电压转换，这 样又增加了设计的复杂性。本身传感器的12v电压也不利于功耗降低，对整体的 网络设计不利。方案二：使用一种低电压的土壤湿度传感器自身工作电压为5v,输出数据 为标准的传感器数据:420ma电流。在a/d转换方面，我们采用美信公司生产 的max1301a芯片，它能完好的将电流转换为数字信号，并且可以直接和 +2. 7厂+5.25v设备相连接，这样与cc2430就可以方便的结合，再加上max1301a 具有完全关闭模式，这样就可以配合cc2430的休眠模式实现网络与终端的同

29、时 休眠模式，可以将功耗降至最低。方案二的优势使我们觉得设计变得方便，无疑的采用了这个方案。4. 1数据采集（1）土壤湿度采集：数据采集包括传感器和模数转换两大部分，使用耐腐蚀土 壤湿度专用传感器和max 1301高速率adc搭建完成，可以将数据以数字信号的方 式通过spi总线模式送入中心控制单元。 dr的工作原理水分是决定土壤的介电常数的主要因素。tdr 土壤水分传感器测量土壤的介电常 数，直接稳定地测量各种土壤的真实水分含量。传感器的信号输岀可以用来直接 控制灌溉。tdr可测量土壤水分的体积百分比，与土壤的本身的机理无关。 特点高稳定性；安装维护操作简便；有效测量长度超过45cm,增加了精

30、确度；测量不受土壤类型影响；支撑的材料为环氧树脂，强度和寿命得到保证。 远程操作tdr 土壤水分传感器与数采，远距离传输设备可以构成遥测系统。例如：土壤干 燥时，警告信号可以自动响起来提醒人们应该灌溉的时间到了。自动控制系统能 开关水泵和阀门等。配合一些附加的传感器，可能可以计算出土壤水分蒸发量和 农作物所需的水分参数。3个灌溉表技术（蒸发量，作物水胁迫指数cwsi和土壤 水分）的综合应用可以提供农作物适宜牛长的最大的保证。 规格电源要求：5vdc+20%40ma输出：olma,可选420ma或02. 5v全部尺寸：直径：19mm；长度：635mm预热时间：1秒 可选项：420呃输出025v输

31、出 安装：传感器测量土壤的有效部分为18英寸长，靠近电缆的9英寸和顶部的0. 5英寸 区域。不包括在测量区域内。测量有效区域必须与土壤紧密并可以被放置在任何 的方向和深度。对于比较深的农作物，例如果树，它通常垂直的放置。对于垂直 安装，挖一个0.5英寸 足够深的洞把传感器放下到所要测量的区域。用0.5英 寸的土壤采样器可以很方便的挖出这个洞。传感器必须与土壤紧密的接触。确保 土壤填满传感器，用一个直径0. 5英寸的棒深入到土壤中，棒与传感器的距离大 约为3英寸，与传感器同样的深度。确保棒与传感器保持平行并避免碰到损坏传 感器。移动棒到相反的方向，距离同样为3英寸的位置，然后重复这个过程在先 前

32、2洞的90度方向。在上部填上泥土来阻止水进入顶部。一个可选的方法是把事先用当地土壤所 做的泥浆沿着传感器注入孔中，然后插入传感器。这些泥浆将填满传感器与土壤 之间的间隙。水平传感器将安装在沟中，然后填土埋好。注意：不要把传感器安 装在太阳直接照射的地方传感器使用时使用光耦控制启动，输出选择420ma电流方式，max 1301可 以与其完美的结合。4. 2数据显示有机电致发光显示（0led）技术是下一代最有竞争力的平板显示技术。0前， 0led的研究重点是提高器件的稳定性、发光效率和高质量动态显示的驱动技术 以达到实用化的要求。本设计采用0led显示屏原因是其功耗低、亮度高、尺寸 小等优点。0l

33、ed模块与cc2430相连接采用i2c总线模式。便于后期软件实现和硬件扩 展（节约主控模块cc2430的i/o端口）。应用框图入图2-30所示，具体连接方 法见附录一中的原理图。本次设计采用的0led简介：颜色：蓝色像素数：128*64驱动 tc： ssd1303对比度：500： 1视角:160度电压：2. 7-3. 3v工作电流:10ua （典型值）工作温度：-2070°c4. 3数据存储at24c系列新品是美国atmel公司的低功耗cmos串行eepr0m14。eeprom 意为电可改写及可编程只读存储器，共有11种型号。本设计中采用的atc24c08,存储容量为0. 5ko虽然

34、很小，但已经足够我们使用，这也是考虑设计成本。主 要的引脚及封装形式在图2-31屮已经给出，功能见表2-12。我们可以的到应用 中的连接配置：ao. al> a2以及gnd均与电路中的地相连接，vcc接电源（我们 使用3. 3v的电源即可），wp接地，scl、sda分别于单片机的into和int1连接, 在cc2430中我们可以使用普通1/0 口虚拟into和inti （scl、sda需要经过10k 电阻与电源向连接来稳定）。这样芯片的地址为0。详细连接参看附录。图2-32 给出了 at24c08的写时序。其屮主控制电路图如下图所示：vk5vvcc5vjzr*q丄三-=avicrtavn

35、ozavw532wmmhii 'm<hb 心一hin<."5rxirxt讥 wxmmdicxi （mldcon xktfaoa（mq；ao<0： 6w0:ref託心ict）o cvoo01-01 ai«ii mo二1mu mxx nc1&5_iz-iwjvud2 noa 刃g; 0vcc6xvtd2 avw3vox hi4. 4按键控制设计中提供了上、下、左、右四个方向键和确认、取消两个功能键作为用户输入设备。四个方向键采用adc采样输入，功能键直接读取端口电平。5系统软件的设计5.1系统软件总体设计木系统是以c语言来进行软件设计，目的是为

36、了便于日后扩展网络部分（zigbee协议栈），软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。使硬件在软件的控制下协调运作。整体设计采用菜单的方式。可以设置相应的功能。配合按键实现完善的功能和简洁的人机对话方式。5. 2各功能模块软件程序设计模块化的程序包括数据采集、收发、存储、显示、时钟及主程序儿个部分。 其中使用的串行通信包含了三种总线模式：ds18b20为单总线模式，oled显示、 si1t11使用的是i2c总线模式,max 1301使用的是spi总线模式。数据采集：土壤湿度采集主要是配置adc的工作，通过设置的spt总线模式完成 数据的釆集工作。这里面还包含定时器设置，我们

37、要定时开启adc和传感器（通 过继电器控制）采集数据。其中的对应关系需要与计算机平台配合使用。当获得 数据对应关系后，加入到程序中，通过查表显示最终的湿度数据。土壤温度部分 利用单总线模式与cc2430通信，温度与数据对应参看表3-k siit11用i2c总线 与cc2430通信。表3-1温度-数据关系table 3-1 temperature ture/data relationshiptemperaturedigital output(binary)digital output (hex)+125° c0000 0111 1101000007d0h+85° c*0000

38、 0101 010100000550h+25.0625° c0000 0001 100100010191h+10. 125° c0000 0000 1010001000a2h+0.5° c0000 0000 000010000008h0° c0000 0000 00000000ooooh-0.5° c1111 1111 11111000fff8h-10. 125° c1111 1111 01011110ff5eh-25. 0625° cmi mo onomife6fh-55° c1111 1100 10010000

39、fc90h数据收发：配置cc2430发送缓冲区。把要发送的数据移入缓冲区；接受数 据存储后肓接转移至显示缓冲区，因为我们不重点研究数据的收发所以不细致的 研究接收方法。数据存储：用c语言描述i2c总线，将采集的数据存储至at24c08中，同时 要通过dma直接存储在cc2430的片内rom屮作为备份。数据显示：用i2c串行模式配置oled屏，包括开启和亮度调整等。时钟：包含年月口信息，可以手动调整，目的是随同数据一起存储发送。主程序：包含按键扫描内容，将各个模块连接起来，主要表现为调用子程序。其中，系统程序流程图如下图所示：其中，spi程序流程图如下图所示:5. 3程序清单/ds1820 c5

40、1 子程序这里以11.0592m晶体为例，不同的晶体速度可能需要调整延时的时间/sbit dq =p2a 1;根据实际情况定义端口typedef unsigned char byte;typedef unsigned int word;延时void delay(word useconds)for(;useconds>0;useconds);复位byte ow_reset(void) byte presence;dq = 0; /pull dq line low delay(29); / leave it low for 480usdq = 1; / allow line to retur

41、n high delay(3); / wait for presence presence 二 dq; / get presence signal delay(25); / wait for end of timeslot retum(presence); / presence signal returned / 0二presence, 1 = no part 从1 -wire总线上读取一个字节 byte read_byte(void)byte i;byte value = 0; for (i=8;i>0;i-)value»= 1;dq = 0; / pull dq low t

42、o start timeslotdq = 1; / then return high delay(l); /for (i=0; i<3; i+); if(dq)value|=0x80;delay(6); / wait for rest of timeslot return(value);向1-wire总线上写一个字节void write_byte(char val)byte i;for (i=8; i>0; i) / writes byte, one bit at a time dq = 0; / pull dq low to start timeslotdq = val&

43、oxol;delay(5); / hold value for remainder of timeslot dq= 1;val=val/2;delay(5);读取温度char read_temperature(void)union byte c2;int x;temp;ow_reset();write_byte(oxcc); / skip rom write_byte(oxbe); / read scratch pad temp.c l=read_byte(); temp.co=read_byte();ow_reset();write_byte(oxcc); /skip rom write_b

44、yte(0x44); / start conversion return temp.x/2;模拟spi同步收发程序.#include<reg52.h>#include<stdio.h>#include<intrins.h>#include<lcd12864.h>/spi 接口sbit cs = p2a3;sbit sclk = p2a4;sbit din 二 p2a2;sbit dout = p2ai;sbit acc7=acca7;unsigned char dal;void lcd_init();void com_init();/测试用voi

45、d delay(t);/延时函数unsigned char spi_inout(unsigned char input);void main()主函数unsigned char m,i,s10;int a2;unsigned char j10=0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09;comnit();lcd_init();while(l)fbr(i=0;i<9;i+)m=ji;ao=spi _inout(m);/a0=dal;sprintf(s,"%2xn,a0);putstr(o,o,s);sbuf 二 m;while(!ti

46、);ti=0;delay(2000);测试用comvoid comnit()/9600tmod=0x20;scon=0x50;thl=0xfd;tlo=oxfd;tr1=1;void lcd_init()delay(lo); 等待复位lcmlnit();lcmcleartxto;lcmclearbmp();void delay(t)/延时函数 unsigned int i,j;for(i=0;i<t;i+)fbr(j=0;j<121;j+)模拟spi,发送和接收数据，同时输入值input返回值getdataunsigned char spi_inout(unsigned char input) / unsigned char i=,8",getdata;cs=o;while(i)sclk=l;din=(bit)(input&ox8o);/ 输出/_nop_();/delay(l);sclk=o; 下降沿getdata»= 1;接收acc二"getdata”;acc7=dout;getdata二”acc”； 数据到 getchar 中_nop_();sclk=l;input=input«l;/ if(i=o)/ dal=getdata;/_nop_();/_nop_