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1、武汉华夏理工学院课程设计报告书 课 程 名 称 单片机原理及应用课程设计 课程设计总评成绩 学生姓名、学 号 周子林 102124142217 学 生 专 业 班级 自动化1142 指 导 教 师 姓名 李文彦 课程设计起止日期 2016.12.192016.12.30 单片机课程设计任务书题 目: 基于单片机的全自动浇花系统电路设计 初始条件：1. 采用湿度传感器采集数据；2. 采用温度传感器采集数据；3.采用单片机组成数据采集系统； 4.采用ULN2803芯片驱动直流电机。 要求完成的主要任务: 1. 对环境的温湿度状态进行数据采集；2. 设湿度传感器输出为0-5V的电路；3. 设计8位或
2、10位A/D转换接口电路；4. 设计单片机的信号显示电路；5. 设计单片机的控制电路；6. 设计掉电保存数据电路；7. 设计驱动直流电机电路；8. 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书；时间安排： 序号阶 段 内 容所需时间（周）1方案选择及电路设计假期进行2制作、编程、调试13撰写课程设计报告及答辩1合 计2指导教师签名： 年 月 日 基于单片机的全自动浇花系统设计作者：周子林武汉华夏理工学院信息工程学院自动化1142摘要： 现代生活中，随着人们生活水平的提高，人们对花卉、树木等绿色植物的喜爱和种植越来越多，然而以前对花木的浇灌、施肥等工作都需要人工来实现，由于现代生活节奏加快，人们
3、往往忙于工作而忘记及时为花卉补充水分和养料，导致花木枯死。水是植物生存、生长的最基本需要，因此，设计一种能够在无人管理的情况下为花木自动浇水的系统，能够有效解决花木因缺水而枯死的难题。 本系统是采用AT89C52单片机为核心的全自动浇花系统。系统主要实现的功能是对花木的土壤中的湿度进行实时检测，当土壤湿度低于用户设定值时及时给花木浇水，当土壤湿度高于系统设定值时停止给花木浇水。关键词：C51单片机 A/D转换 IIC通信协议 LCD1602显示1 系统设计 本次设计包括AT89C52单片机及基本外围电路模块、温湿度检测电路模块、A/D转换电路模块、显示电路模块、EEPROM掉电数据保存电路模块
4、、按键控制电路模块、电机驱动电路模块、电源电路模块等部分组成，具体设计方案如图1-1所示。图1-1.系统框图2 硬件电路设计2.1 单片机本系统采用AT89C52单片机。 图2-1 单片机引脚图AT89C52是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机，如图2-1所示。AT89C2052是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准
5、的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器，就单片机而言，在课程中已经介绍，在此就不在多加解释。2.2 湿度传感器本系统采用FC-28电阻式湿度传感器输出模拟量更精确的计算出湿度值，如图2-2所示。 图2-2 湿度检测电路湿度值计算公式如式（1）： （1） 当湿度传感器完全部浸入水中时，Rs=5.87k （稳定值），计算出Vo1=1.85V；当湿度传感器不接触水时，Rs=，计算出V01=5.0V。由于V01的变化范围为1.85V 5.0V,为了方便计算出湿度值，在程序的算法中作以下处理：Vo2=5.0V
6、-Vo1,即Vo2的变化范围为0V3.15V。显示湿度值计算公式：HR=(Vo2/3.15)*100%。2.3 温度传感器（1）温度传感器DS18B20特性 全数字温度转换及输出。 先进的单总线数据通信。 支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 可编程分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5，0.25，0.125和 0.0625，可实现高精度测温。 检测温度范围为-55+125。 内置EEPROM，限温报警功能。 64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。 负压特性。电源接反时，芯片不会因为发热而烧毁，但不能正常工作 。（2）DS18B20引
7、脚介绍如图2-3所示。 GND：电源负极。 DQ ：信号输入输出。 VDD：电源正极。图2-3 DS18B20直插式（3） DS18B20RAM及EEPROM结构图如图2-4所示。 图2-4高速暂存器RAM由9个字节的存储器组成。第0、1个字节是温度转换后的数据值信息；第2、3个字节是用户EEPROM(常用于温度报警值储存)的镜像；第4个字节则是用户第3个EEPROM的镜像；第5、6、7个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的分辨率而设计的，同样也是内温度转换、计算的暂存单元；第8个字节为前8个字节的CRC码。 （4）DS18B2电路原理图如图2-5所示。图2-5 DS18B20典型电路（5
8、） DS18B20工作时序图如图2-6所示。 图2-6 DS18B20工作时序 2.4 A/D转换电路设计 模数转换电路的作用是将图2-2所示电路中湿度传感器输出的直流量转换成数字量，送至单片机进行分析与处理。本设计模数转换器选用ADC0820，它是8位并行单极性A/D转换器。（1）ADC0820引脚说明 图2-7 ADC0820引脚图如图2-7所示。其中：模拟信号输入端，输入电压范围是。：数据端，三态数据输出。：片选端，低电平有效。：输入信号参考电压，当模拟信号的电压范围在时，接，接地。：溢出指示端，正常情况下，是逻辑高电平，当模拟输入比还高，在转换结束时将变低，还可用级联两个或多个器件以提
9、高分辨率(9位或10位)。：工作电压，：中断输出，其使用方法详见后述ADC0820工作方式。：方式选择端，ADC0820有两种工作方式，分别是读方式和写-读方式，当为低电平时为读方式，当为高电平时为写-读方式。：写/准备端，在写-读方式下，为低电平时，下降沿启动A/D转换；在读工作方式，在的下降沿且转换结果送入输出锁存电路时，进入高阻状态。：读，在写-读方式下，三态数据输出端在变为低电平时允许输出；在读方式下，在下降沿开始A/D转换，当进入高阻态且由高电平变为低电平时，表示一次A/D转换结束。（2）ADC0820工作方式 ADC0820有两种工作方式：读方式和写-读方式。 读方式 当为低电平时
10、，ADC0820工作于读方式。在读方式下，作为输出端且为准备端(即作为功能)。在此状态，当由高电平变为低电平，表示器件准备就绪， 在下降沿，开始转换，在由高电平变为低电平且恢复为高阻抗状态后内，完成转换。转换完成后，数据输出()从高阻状态转变为有效状态。数据读出之后，、为高电平，数据输出端恢复至高阻抗状态。读方式时序如图2-8所示。图2-8读方式工作时序（MODE为低电平） 写-读方式 当置为高电平时，转换器为写-读工作方式。在此模式下，将接低电平，若将接单片机I/O口，转换开始于的上升沿，并在其后600ns完成转换。在该工作方式下，单片机有三种读取数据的方式：a. 程序延时，在上升沿启动转换
11、，延时后，将由高电平置为低电平，通过读取数据，数据读出后，置为高电平，恢复高电平状态，数据输出恢复至高阻抗状态；b.程序查询，在此模式下，当单片机检测到下降沿到来时，将由高电平置为低电平，开始读取数据，数据读出之后，恢复为高电平状态，将置为高电平。当 恢复高电平状态后，数据输出端恢复至高阻状态；c. 直通方式，此工作方式操作简单，将、一直置于处低电平，转换开始于的上升沿，转换大约在内完成，在下降沿到来时表示转换完成，数据可读出。直通方式工作时序如图2-9所示。图2-9 直通方式工作时序（独立工作，MODE为高电平且为低电平）（3）本系统设计中ADC0820所选工作方式说明 本设计ADC0820
12、选用写-读方式下的直通工作方式，以提高工作效率。模数转换电路如图2-10所示。该方式下，将ADC0820的与直接接地、接高电平、不与外电路连接、端接单片机PB7端口以控制转换；先将置为低电平，延时一段时间后，将其置为高电平，A/D转换开始于其上升沿，由其内部计数器开始延时计时(延时时间约)，如果后还没读取数据，则 变为高电平，数据被锁存。本设计中没有使用端，因为当置为低电平后，在转换开始后约数据就能读出。本设计中，数据输出端接单片机P1.7-P1.0口。 图2-10 A/D转换电路2.5 显示电路模块设计显示电路的作用是显示土壤湿度值、用户设定值及环境温度值，由于显示内容复杂，本系统采用LCD1602液晶显示屏作为显示器。（1）接口信号说明 1602型液晶接口信号说明如表2.1所示。 表2.1 1602液晶接口信号说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1电源地9D2数据口2电源正极10D3数据口3VO液晶显示对比度调节11D4数据口4RS数据/命令选择端（H/L）12D5数据口5读写选择端（H/L）13D6数据口6E使能信号14D7数据口7D0数据口15BLA背光电源正极8D1数据口16BLK背光电源负极（2）基本操作时序 读状态 输入：RS=L，=H，E=H 输出：D0-D7=状态字。 读数据 输入：RS=H，=H，E=H 输出：
