基于單片機智能澆花系統(tǒng)設計.doc

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目 錄 1 緒 論 1 1 1 系統(tǒng)工作原理 1 1 2 系統(tǒng)模塊 1 1 3 系統(tǒng)操作界面及其操作過程 2 1 3 1 系統(tǒng)操作過程 2 2 部件的選擇 3 2 1 芯片的選擇 3 2 2 繼電器的選擇 3 2 3 閥門的選擇 3 2 3 1 電磁閥的選擇 3 3 硬件設計 4 3 1 設備的結構 4 3 1 1 中央處理單元 4 3 1 2 LED 顯示部分 4 3 1 3 電磁閥部分 4 3 1 4 按鍵部分 4 3 1 5 指示燈部分 5 3 2 總電路設計 圖 5 3 3 AT89C51 單片機電路 6 3 4 晶振電路 6 3 5 復位電路 7 3 6 按鍵電路 10 3 9 LED 顯示電路 10 3 10 電磁閥電路 12 4 軟件設計 13 4 1 系統(tǒng)組成 13 4 2 消抖流程及程序 14 4 3 總流程及程序 16 4 4 按鍵處理總流程及程序 17 4 5 工作中的處理流程 19 5 結論 20 參考文獻 21 AT89C51 基于單片機智能澆花系統(tǒng)設計 摘要 本設計是通過 AT89C51 單片機采用匯編語言進行編程 在 LED 液晶 屏上實現小時 分 秒的顯示 并利用單片機來實現計時 定時功能 同時通過 7 個按鍵開關和 3 個指示燈來實現參數設置和調節(jié)功能 澆花間隔時間的設定 澆水持續(xù)時間的設定 單片機對電磁閥的自動控制 根據用戶設定的時間順利的 完成澆花任務 關鍵詞 單片機 控制 顯示 電磁閥 1 緒論 1 1 系統(tǒng)工作原理 自動澆花系統(tǒng)的設計 其主要執(zhí)行裝置是一個電磁閥門 其一端連接水管 另外一端連接外置的水管作為澆水口 澆水的水量主要由單片機控制 設備主要 是通過控制澆水的時間間隔和澆水的持續(xù)時間來控制澆水量的 1 2 系統(tǒng)模塊 系統(tǒng)主要是由單片機 電源 按鍵 顯示 指示燈 復位電路 電機模塊等 組成 圖 1 1 復位電路模 塊 51 單片機模塊 電源模塊 按鍵模塊 指示燈模塊 顯示模塊 電機模塊 1 3 系統(tǒng)操作界面及其操作過程 圖 1 2 系統(tǒng)操作界面 1 3 1 系統(tǒng)操作過程 注 用上圖中的數字編號代替相關按鍵 A 放置設備 接上水管 注意 保證不漏水 插上插頭 B 按下按鍵 4 接通電源 指示燈 1 亮起 只要電源保持接通則指示燈時 刻保持亮起 C 按下按鍵 5 顯像管顯像數字全部置為初始值 即上次設置的時間 同 時指示燈 2 亮起 可以對設備工作的時間間隔進行設定 D 利用按鍵 8 9 10 對設備工作的時間間隔進行設定和調節(jié) E 設定完時間間隔后 利用按鍵 7 可以反復按按鍵 7 來切換指示燈 2 和 指示燈 3 將指示燈 2 切換到指示燈 3 即可以對設備工作的持續(xù)時間進行設定 了 F 同上對設備工作持續(xù)時間進行設定 G 設備工作時間設定完成后 按下按鍵 7 則設備開始工作 2 部件的選擇 2 1 芯片的選擇 AT89C51 單片機是 Atmel 公司推出的一款產品 一般小芯片的價格都比較 低 同樣 AT89C51 作為一款小芯片產品其價格相對而言較為便宜 并且其與 MCS 51 系列兼容行很好 所以本系統(tǒng)決定采用 AT89C51 作為芯片 2 2 繼電器的選擇 設備在設計過程中需要一個繼電器來控制電磁閥的工作 由于需要工作電 壓在 5V 左右 而且能保證成本相對而言比較低 所以選擇了型號為 JZC 36F 的 繼電器 其工作電壓在 4V 45V 之間 而且在市場上的價格為 4 元左右 2 3 閥門的選擇 由于本設備采用單片機控制 并且電磁閥是由開關信號控制的 與單片機 控制電路連接十分的方便 所以決定采用電磁閥作為閥門 2 3 1 電磁閥的選擇 由于直動式電磁閥結構較為簡單 動作可靠 而且設備需要在斷電條件下 鐵芯始終保持在關閉狀態(tài) 所以選用常閉型的直動式電磁閥 具體為 YCSM31 系 列的二位二通直動式電磁閥 常閉型 3 硬件設計 3 1 設備的結構 整個自動澆花設備的結構可以分為 5 大部分 中央處理單元 CPU LED 顯示 部分 電磁閥部分 按鍵部分 指示燈部分等 3 1 1 中央處理單元 CPU 選用 AT89C51 用其來對整個系統(tǒng)進行控制 1 用其來控制整個 LED 顯示器的顯示 2 根據按鍵的輸入做出正確的計算并傳輸到 LED 顯示器上從而實現時間 的調整設定 3 接受時間芯片 DS1302 的定時數據 4 實現電磁閥的控制 從而使設備一切工作順利進行 3 1 2 LED 顯示部分 作為設備的顯示器 此設備部分應該根據單片機的控制正確的做出顯示 從而使整個設備處于正常的工作狀態(tài) 3 1 3 電磁閥部分 電磁閥部分是本設備的執(zhí)行設備 是本設備順利執(zhí)行工作的必要部分 3 1 4 按鍵部分 它是整個系統(tǒng)中比較簡單的部分 根據功能要求 本系統(tǒng)共需 7 個按鍵 除 了電源按鍵和復位按鍵以外還有 5 個按鍵位于按鍵部分 分別是切換按鍵 上調 按鍵 下調按鍵 左右調節(jié)按鍵 工作按鍵 3 1 5 指示燈部分 整個系統(tǒng)中最簡單的部分 主要有三個只是燈 除了一個電源指示燈外還有 2 個指示燈 分別用于設定時間間隔和持續(xù)時間 3 2 總電路設計圖 圖 4 1 總電路 根據如圖 4 1 所示的總電路主要由 晶振電路 復位電路 按鍵設置電路 LED 顯示電路 電磁閥電路 以及電源電路等幾個部分 通過這幾個分電路的分 工合作 能夠使得系統(tǒng)具有顯示功能 并且具備鍵盤調整功能 同時能夠對電磁 閥進行有效的控制 從而使設備順利的進行工作 3 3 AT89C51 單片機電路 圖 4 2 單片機電路 AT89C5 單片機的 RST 引腳連接復位電路 P2 7 引腳連接電磁閥電路 P1 0 P1 7 引腳連接按鍵電路 XTAL1 和 XTAL2 引腳連接晶振電路 P2 0 和 P2 1 引腳連接指示燈電路 P2 5 P2 7 引腳連接放大電路從而和 P0 0 P0 7 引 腳一起控制 LED 顯示電路 3 4 晶振電路 圖 4 3 晶振電路 AT89C51 單片機芯片內部設有一個反相放大器所構成的振蕩器 XTAL1 和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入端和輸出端 在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時元 件 內部振蕩電路就產生自激振蕩 定時元件常常是用石英晶體和電容組成的并 聯諧振回路 系統(tǒng)選擇了 12MHZ 的晶振片 兩個 30Pfd 額電容 C6 和 C7 圖 a 上電復位電路 圖 b 按鍵復位電路 圖 4 4 AT89C51 單片機的復位電路 3 5 復位電路 本設計采用的復位電路包括兩個方面 上電復位電路 圖 a 按鍵復位電路 圖 b a 上電復位電路 它是利用電容充電來實現復位的 在接電瞬間 RST 引腳 端的電位與 Vcc 端相同 但是隨著充電電流的減少 RST 端的電位逐漸下降 只 要保證 RST 端為高電壓的時間大于兩個機器周期時 系統(tǒng)自動能實現正常復位 b 按鍵復位電路 當要系統(tǒng)自動復位時 只需要按住 S8 按鍵 此時電源 Vcc 經過電阻 R1 R2 分壓 并且在 RST 端產生一個復位的高電平 同樣 只要保證 RST 端保持高電壓的時間大于兩個機器周期時 系統(tǒng)自動能實現正常復位 3 6 按鍵電路 4 5 按鍵電路 系統(tǒng)采用非編碼鍵盤 按鍵電路主要由 5 個按鍵組成 分別是 S2 工作按 鍵 S3 切換按鍵 S4 左右調節(jié)按鍵 S5 調節(jié)按鍵 S6 調 節(jié)按鍵 本系統(tǒng)采用獨立式的按鍵形式 按照上圖的電路連接方法 判斷是否有 鍵按下的方法是 查詢哪一根接按鍵的 I O 接口線為低電平 如果是低電平則說 明這個接口線連接的按鍵處于按下狀態(tài) 相反 若為高電平則說明按鍵處于非按 下狀態(tài) 3 9 LED 顯示電路 圖 4 8 LED 顯示電路 系統(tǒng)采用兩個 LED7 段發(fā)光顯示器 Dpy Amber CA Dpy Amber CA 是共 陽極的 LED 顯示器 其兩個 AA 端接高電平 處于工作狀態(tài)的數碼管 其顯示情況由單片機的 P0 0 P0 7 八個接線口 決定 其八個口分別連接著數碼管的八個段 例如要在數碼管 DS1 中顯示 1 而 數碼管 DS2 處于非工作狀態(tài) 則需要將 P2 6 接線口置為 1 P2 5 接線口置為 0 并且使 P0 1 和 P0 2 接線口置為 1 而 P0 0 P0 3 P0 7 接線口置為 0 7 段字形碼表 由于系統(tǒng)只需要顯示 0 9 十個數字 所以只列出了十個 顯示字符 共陰極字型碼 共陽極字型碼 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 根據上面的 7 段字形碼表可以進行編碼 從而控制數碼管的顯示 3 10 電磁閥電路 圖 4 9 電磁閥電路 如上圖所示 Q3 為一個 PNP 三極管 D1 為普通二極管 K1 為 JZC 36F 繼電 器 M 電動機符號來表示電磁閥 在繼電器失電的狀態(tài)下 動合觸電斷開 動斷觸電閉合 當繼電器得電后 動合觸電閉合 動斷觸電斷開 利用繼電器的觸電開關作用可以控制設備或者傳 送邏輯電平信號 在本次系統(tǒng)設計中選用了動合觸電開關 使繼電器在失電狀態(tài) 下保持斷開的狀態(tài) 然而在得電的狀態(tài)下保持閉合狀態(tài) 即當 Q3 基極得到一個 高電平則繼電器開關立即閉合 在處于低電平時繼電器開關保持斷開狀態(tài) 當繼電器的開關閉合時 電磁閥處于一個通路的狀態(tài)下 則電磁閥開始工 作 設備開始澆水 當繼電器的開關斷開時 則電磁閥不工作 設備也不工作 4 軟件設計 4 1 系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)共需要 8 個存儲單元 1 當指示燈一亮 數碼管 1 選中時 經過 調節(jié)按鍵調節(jié)過的 顯示數字存儲與 41 H 其相應的 PO 值存儲與 40 H 2 當指示燈一亮起 數碼管 2 選中時 經過 調節(jié)按鍵調節(jié)過 的顯示數字存儲與 61 H 其相應的 PO 值存儲與 61 H 3 當指示燈二亮起 數碼管 1 選中時 經過 調節(jié)按鍵調節(jié)過 的顯示數字存儲與 51 H 其相應的 PO 值存儲與 51 H 4 當指示燈二亮起 數碼管 2 選中時 經過 調節(jié)按鍵調節(jié)過 的顯示數字存儲與 71 H 其相應的 PO 值存儲與 71 H 引腳 功能程序入口地址標 號 功能程 序 元器件 接口 元器件代號 P1 1 P11 PROM11 S6 調節(jié)按鍵 P1 2 P12 PROM12 S5 調節(jié)按鍵 P1 3 P13 PROM13 S4 左右調節(jié)按鍵 P1 4 P14 PROM14 S3 切換按鍵 P1 5 P15 PROM15 S2 工作按鍵 P2 0 P20 DS1 指示燈一 P2 1 P21 DS2 指示燈二 P2 5 P25 DS02 數碼管 2 P2 6 P26 DS01 數碼管 1 P2 7 P27 B1 電磁閥 P0 0 P01 a 數碼管 a 口 P0 1 P01 b 數碼管 b 口 P0 2 P02 c 數碼管 c 口 P0 3 P03 d 數碼管 d 口 P0 4 P04 e 數碼管 e 口 P0 5 P05 f 數碼管 f 口 P0 6 P06 g 數碼管 g 口 P0 7 P07 dp 數碼管 dp 口 4 2 消抖流程及程序 為了確保 CPU 對一次按鍵動作只確定一次 系統(tǒng)采用軟件消除抖動的方法 具體為 若 CPU 檢測到有鍵按下時 先執(zhí)行一段延時程序后再檢測此按鍵 若仍 為按下狀態(tài) 則 CPU 認為此按鍵確實按下 同樣 在鍵從按下到再次松開時 若 CPU 檢測到有鍵松開 并在延時一段時間后仍檢測到鍵在松開狀態(tài) 則認為此鍵 確實松開了 初始化 讀鍵盤 有鍵按下否 用延時程序 確定鍵是否按 下 鍵按下是否 有效 B A C K N Y Y N 按鍵處理 圖 5 1 消抖流程 以掃描按鍵 S6 其連接引腳 P1 1 為例 用軟件解決消抖問題 程序 START MOV A 0FFH 輸入時先置 P1 口全為 1 MOV P1 A MOV A P1 鍵狀態(tài)輸入 JNB ACC 1 P11 1 號按鍵按下轉 P11 標號地址 JNB ACC 2 P12 JNB ACC 3 P13 JNB ACC 4 P14 JNB ACC 5 P15 SJMP START 無鍵按下 返回 P11 LCALL DELAY 延遲 從而消除抖動 LCALL DELAY JNB ACC 1 PROM11 再次判斷鍵是否按下 避免抖動引起的錯按 LJMP START PROM11 LJMP START S6 按鍵的確按下 進行 S6 按鍵處理 注 P11 為 S6 功能程序入口地址標號 PROM11 為按鍵 S6 的按鍵功能程序 這邊省略 4 3 總流程及程序 開關復位按下 電源開關 按下 上電 初始化 讀鍵盤 鍵盤處理 圖 5 2 總流程 當電源開關按下 系統(tǒng)上電 當復位開關 系統(tǒng)恢復初始值 系統(tǒng)初始狀態(tài) 電磁閥不工作 指示燈一亮起 指示燈二滅掉 數碼管 1 選中 顯示為 0 數碼管 2 不選中 不顯示 相應的程序為 MAIN MOV 30H 00H 30H 單元主要是為了處理按鍵 5 按鍵 6 的 加減問題 MOV 40H OOH 本系統(tǒng)中所需的 8 個單元在初始狀態(tài)下全部賦 值為 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 電磁閥不工作 SETB P2 0 指示燈一亮起 CLR P2 1 指示燈二不亮 CLR P2 6 數碼管 1 選中 SETB P2 5 數碼管 2 不選中 MOV A C0H 數碼管顯示為 0 MOV P0 A 4 4 按鍵處理總流程及程序 鍵盤 2 處理 鍵盤 3 處理 鍵盤 4 處理 鍵盤 5 處理 鍵盤 6 處理 B A C K 消抖程序 讀鍵盤 是否按下的 鍵為鍵 2 停止工作 初始化 電磁閥是否 處于工作狀 態(tài) B A C K N N Y N 圖 5 3 按鍵處理總流程 以掃描按鍵 S6 其連接引腳 P1 1 為例 用軟件說明總流程 程序 START MOV A 0FFH MOV P1 A 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 判斷是否處于電磁閥工作狀態(tài) LJMP PROM11 LOOP00 JNB ACC 5 STOP00 判斷是否按下的鍵為按鍵 5 即工作按鍵 如果是則跳到 STOP00 LJMP START 如果不是按鍵 5 則返回 START 表明在電磁閥 工作中 按其他的設置鍵無效 STOP00 SETB P2 7 停止電磁閥工作 因為在工作狀態(tài)下按下工 作按鍵表示停止工作 LJMP START 注 P11 為 S6 功能程序入口地址標號 PROM11 為按鍵 S6 的按鍵功能程序 這邊 4 5 工作中的處理流程 分別從 41 H 61 H 中取值 判斷是否為零 圖 5 8 工作中時間間隔的處理流程 5 結論 通過對智能澆花系統(tǒng)的設計 我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài) 理論和實 際的結合鍛煉了我綜合運用所學的專業(yè)基礎知識來解決實際工程問題的能力 同 時也提高我查閱文獻資料 設計手冊以及電腦制圖等專業(yè)能力水平 而且通過對 整體的掌控 對局部的取舍 以及對細節(jié)的斟酌處理 都使我的能力得到了鍛煉 在我的設計中也許還有好多不足的地方 但是正是這些不足才給了我們研究 單片機的巨大動力 只有發(fā)現問題 面對問題 才有可能解決問題 不足和遺憾 不會給我打擊只會更好的鞭策我前行 今后我會更加關注這些新技術新設備 并 爭取盡快的掌握這些先進的技術知識 更好的為自己努力 為自己奮斗 其值減 1 機器開始工作 BACK 致謝 在本次論文設計過程中 李懷志老師對該論文從選題 構思到最后定稿的各 個環(huán)節(jié)給予細心指引與教導 使我得以最終完成畢業(yè)論文設計 在學習中 老師嚴 謹的治學態(tài)度 豐富淵博的知識 敏銳的學術思維 精益求精的工作態(tài)度以及侮 人不倦的師者風范是我終生學習的楷模 老師們的高深精湛的造詣與嚴謹求實的 治學精神 將永遠激勵著我 這三年中還得到眾多老師的關心支持和幫助 在此 謹向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意 最后 我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱 評議和參與本人論文答辯的 各位老師表示感謝 參考文獻 1 趙克中 磁力驅動技術與設備 北京 化學工業(yè)出版社 2003 2 林伸茂 8051 單片機徹底研究 北京 中國電力出版社 2007 3 Mackenzie 8051 微控制器 北京 清華大學出版社 2005 4 周志敏 紀愛華 LCD 背光驅動電路與應用實例 北京 人民郵電出版社 2009 5 孫俊喜 LCD 驅動電路 驅動程序與典型應用 北京 人民郵電出版社 2009 6 明賜東 調節(jié)閥的應用 北京 化學工業(yè)出版社 2006 7 毛興武 新一代綠色光源 LED 及其應用技術 北京 人民郵電出版社 2008 8 蔡振江 單片機原理及應用 北京 電子工業(yè)出版社 2008 9 周志敏 紀愛華 周紀海 LED 驅動電路設計實例 北京 電子工業(yè)出版社 2008 10 王慧 計算機控制系統(tǒng) 北京 化學工業(yè)出版社 2005 11 Valante A Morais R L Serodio C et a1 A ZigBee sensor element for distributed monitoring of 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 Design and development of an autoirrigation system J 農業(yè)工程學報 2005 21 2 36 37 At89c51 monolithic integrated circuits smart to watering flowers system design Abstract Designed by at89c51 monolithic integrated circuits are used in assembler language programming and led out in the lcd panel on achieving hours minutes and seconds the display and use monolithic integrated circuits to time regular feature and by seven buttons to switch and three sign for parameter sets and regulate the function and water the flowers out of time and duration of the water in a monolithic integrated circuits automatic control of air valve according to users of the time of finish the task you are watering the flower Keywords SCM Control Display Electromagnetic valve