3.1 主程序流程设计 ??????????????????????????19 3.2 执行功能模块 ??????????????????????????19 3.2.1 测温控制模块 ??????????????????????????19 3.2.2 测湿度控制模块 ?????????????????????????21 3.2.3 按键控制模块 ???????????????????????????22 3.2.4 时钟芯片控制模块 ?????????????????????????23

4 系统调试 ????????????????????????24

4.1 硬件电路调试 ???????????????????????????24 4.2 软件程序调试 ????????????????????????????25

5 结论 ??????????????????????????26 谢辞 ???????????????????????????27 参考文献 ?????????????????????????28 附录 ???????????????????????????29

IV

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引言

随着经济快速地发展，国家大力推进农业的改革，调整农业结构，从而在农业灌溉，园林喷灌自动化技术上要求也在不断提高。同时，随着人工智能技术的发展，模糊控制，神经网络等控制技术为智能化控制开辟了宽广的前景。目前，国内在灌溉控制器的研制方面还没有形成规模大、应用范围广的成套灌溉控制产品；因此，根据我国国情和各地经济情况，以及技术发展的实际情况，应采取简单可行的节水喷灌控制措施及相应的排灌机械和设备。大力发展可靠性高、实用性强、成本低、操作简便的节水喷灌控制器，不仅具有广阔的市场，而且具有巨大的社会经济效益。

单片机是一种特殊的计算机，它是在一块半导体芯片上集成了CPU，存储器RAM，ROM以及输入输出接口电路，由于单片机的集成度高，功能强，通用性好，特别是它具有体积小，重量轻，能耗低、价格便宜、可靠性高、抗干扰能力强、使用方便等独特优点，促使单片机得到迅速的推广和运用。目前单片机已成为测量控制应用系统中的优选机种和新电子产品的关键部件。传感器技术在这十年中也得到了迅猛的发展，随着人们生活水平的提高，在日常生活中对环境温度、湿度的采集和监控越来越重视，不仅是在工业生产、农业生产还是在日常的生活中运用也越来越广泛。智能化监测和控制温湿度的要求也越来越高，而传统的温湿度检测准确度不高，测量的电路设计复杂，调试不方便，而且传感器输出的信号需要经过模/数转换处理，导致数据在校准时不好控制。

本系统设计利用单片机为核心进行实时监测与控制环境温度、湿度，实现对园林智能喷灌等功能，从而达到喷灌系统设备的体积小，功耗低，功能强，成本低的目的。

1 任务要求与总体设计方案

1.1 设计任务要求

本设计利用AT89S51单片机进行系统控制，通过接收和处理系统中各个模块的数据，利用C语言编程完成整个系统不同模块的控制。系统以一段历史记录数据为参考比较，并且根据当天的实时环境状态，来确定喷灌量。在自动模式下，当环境在合适的温度下而湿度低于所设置的参数时，单片机控制继电器开/关，通过水泵抽水到喷头实现喷灌动作；在手动模式下，可以通过手动模式按键控制，完成喷灌任务。 1.2 总体设计方案 1.2.1 硬件设计方案

本系统为实现智能喷灌任务，通过控制器接收、处理数据，只要一旦满足喷灌的条件，控制器控制继电器的闭合而驱动水泵实现喷灌动作。本设计是基于单片机AT89S51控制为核心，采用模块化设计方法，由温度传感模块电路，湿度传感模块电路，时钟模块电路，液晶显示模块电路，4X4矩阵模块电路和系统电源组成。系统原理框图如图1-1所示。

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图1-1 系统原理框图

（1）温度传感模块电路方案设计

方案一：传统的测温方式是采用热电偶或热电阻，一般用来测量中高温度，输出的是电压信号，需要经过模/数转换，外围硬件电路较复杂，软件调试难度高，造价成本高。

方案二：DS18B20数字型温度传感器采用的是单总线接口方式，可以直接输出数字信号，外围硬件连接电路简单，体积小，适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式。 因此，在温度测量模块中选择方案二。 （2）湿度传感模块电路方案设计

方案一：利用土壤的介电特性可以测量土壤的湿度值，同时，探针式电容传感器是介电常数传感器的一种，电容式水分传感器的精度高，量程宽，响应的速度较快；但是输出的信号需要经过AD转换处理，而且成本很高，不合适本系统设计的要求。

方案二：DHT11集成温湿度测量的数字式传感器可以输出数字信号，DHT11单线制串行接口，使集成系统变得简易快捷，它具有超小的体积，极低的功耗，快速的响应，较强的抗干扰能力，适合本系统的设计要求。在本系统只采用其中测湿度功能。

因此，在测湿度模块中选择方案二。 （3）时钟模块电路方案设计

本模块方案设计采用DS1302时钟芯片，DS1302时钟芯片与单片机连接，通过单片机控制使系统具有实时性，时钟芯片DS1302可以提供时钟信号（年，月，日，时，分，秒），通过I/O口的连接方式，单片机可以对DS1302写入数据和读取数据。 （4）液晶显示模块电路方案设计

方案一：采用普通的数码管显示，功能单一，显示的信息量少，连接的电路复杂，耗电量大，不符合本系统设计要求。

方案二：LCD1602液晶显示，只能显示字母和数字，显示分辨率只有16×16,显示的信息量有限，操作功能单一，不利于功能扩展。

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方案三：LCD12864液晶是带字库的具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，其显示分辨率为128×64。LCD12864具有灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互的图形界面，界面操作友好、简洁、直观。

因此，液晶显示模块选择方案三。 （5）键盘模块电路方案设计

方案一：独立式键盘结构简单，占用较多的I/O口资源，功能扩展有限。

方案二：4×4矩阵键盘占用I/O资源少，扩展功能强大，接线简单，控制方便。 因此，键盘模块电路设计选择方案二。 （6）系统电源电路方案设计

本模块电源电路设计采用LM2576开关型降压稳压器，可驱动3A电流的负载，能够输出固定直流电压5V、12V。电路简单，操作方便。 1.2.2 软件设计方案

本系统软件设计采用的是C语言编程，运用Keil uVision2软件平台进行编程及编程查错，再通过编程器下载程序（系统总设计程序如附录4）。

对于硬件的模块设计方式，软件部分也采取分模块编程，再通过主程序调用子函数从而实现系统整个软件功能。使用模块化结构形式是为了使程序的编写、调试及控制变得更方便，也为了便于推广到其他过程控制对象。

程序控制共有5部分子程序，分别为测温控制程序、测湿度控制程序、液晶显示程序、时钟控制程序和键盘控制程序。主程序在初始化完成后，依次循环执行上述子程序，分别实现其相应功能。

2 系统硬件电路设计

2.1 单片机主控制模块 2.1.1 单片机方案选择

方案一：选择Microchip公司的PIC系列单片机

PIC单片机是一种简单指令型的单片机，指令数量比较少，如果使用汇编语言编写程序，在PIC中低档单片机中比较麻烦且需要翻页，而且性价比不高，价格昂贵。

方案二：选择Atmel公司的AT89S52单片机

AT89S51是一个低功耗，高性能八位CMOS单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，功能强大的微型计算机的AT89S51为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。

因此单片机芯片选择方案二。 2.1.2 AT89S51芯片功能介绍