张露露农田湿度监控系统设计论文

毕业设计(论文)题 目： 农田湿度监控系统设计 学 生： 张 露 露 学院(系)： 电子信息学院 专业班级： 电气10803班 指导教师： 唐 桃 波 辅导教师： 唐 桃 波 时 间： 2012年3月15日至2012年6月10日 III目录目录I任务书III开题报告V指导教师评审意见X评阅教师评语XI答辩记录及成绩评定XII中文摘要XIII英文摘要XIV前 言11 绪论21.1 课题来源21.2 国内外发展现状、趋势以及面临的挑战 21.3 研究的目的、意义、及主要问题32 硬件设计42.1 系统总体结构设计.42.2 发送模块52.2.1 单片机的选择52.2.2 传感器的选择162.2.3 无线发射模块212.3 接收模块232.3.1 设定范围输入电路232.3.2 显示电路242.3.3 无线接收模块272.3.4 驱动电路283 软件设计313.1 数据采集模块323.2 设定湿度范围模块353.3 LCD1602显示模块374 总结38参考文献40致 谢42附录：Protel原理图43长江大学毕业设计(论文)任务书学院(系) 电子信息学院 专业 电气工程及其自动化 班级 电气10803班 学生姓名 张露露 指导教师/职称 唐桃波/讲师 1.毕业设计(论文)题目:农田湿度监控系统设计2.毕业设计(论文)起止时间: 2012 年3 月1日2012年 6月10 日3.毕业设计(论文)所需资料及原始数据(指导教师选定部分)1卢飞跃红外遥控多路抢答器的设计J番禺职业技术学院学报，20032刘志文. 遥控开关系统的理论设计与应用. 大学学报(教科文艺) 2003，（3）3黄陇. 实用型红外遥控功能开关的设计与实现. 2003，33（2）4黄遵熹 单片机原理接口与应用M西北工业大学出版社，20001471505刘文涛. 单片机应用开发实例. 清华大学出版社 2005.6韩太林. 单片机原理及应用. 电子工业出版社. 2005.7张毅刚. 单片机原理及应用. 高等教育出版社. 2004. 8何立民. 单片机应用技术选编第三版. 北京航空航天大学出版社.2003.9付家才. 单片机控制工程实践技术. 北京化学工业出版社.2004.10严天峰. 单片机应用系统设计与仿真调试. 北京航空航天大学出版社，200511裴彦纯. 基于单片机系统的红外遥控器应用，现代电子技术.200712徐爱钧. 8051单片机实践教程M.电子工业出版社. 20064.毕业设计(论文)应完成的主要内容(1)查阅资料，学习相关元器件的工作原理(2)选择控制芯片与湿度传感器，制定控制方案，然后画出整体硬件电路原理图(3)编写程序并进行仿真(4)在日志上记下每天的设计活动5.毕业设计(论文)的目标及具体要求(1)完整硬件设计电路(2)软件框图及程序清单6.完成毕业设计(论文)所需的条件及上机时数要求须proteus仿真，用wave编写程序，上机时数80小时任务书批准日期 2012 年 1 月 13 日 教研室(系)主任(签字) 任务书下达日期 2012 年 1 月 13 日 指导教师(签字) 完成任务日期 2012 年 6 月10 日 学生（签名） 长江大学毕业设计开题报告题 目 名 称 农田湿度监控系统设计 题 目 类 别 毕 业 设 计 学 院（系） 电 子 信 息 学 院 专 业 班 级 电气10803 学 生 姓 名 张 露 露 指 导 教 师 唐 桃 波 开题报告日期 2012 年 3 月 11 日 V农田湿度监控系统学生: 张露露 长江大学电子信息学院指导教师：唐桃波 长江大学电子信息学院一 题目来源来源于生产/社会实际二 农田湿度监控系统研究的背景和意义我国是农业大国,农田灌溉建设有着悠久的历史, 但现代化水平不高。我国农业引水到田的传统灌溉过程中无法知道农作物需水量的大小，盲目频繁灌溉、过量灌溉造成了水的极大浪费。随着经济的发展，工业、城镇、农业用水,矛盾日益尖锐，在这一矛盾斗争中，农业用水逐渐被工业和城镇用水挤占。今后，农业用水总量将会不断减少减少，因此发展农业的根本出路在于控制农田湿度，节水灌溉。节水灌溉已不仅仅是技术问题，而是直接关系到农业发展的根本是实现水资源的可持续利用战略和实现从粗放到集约经营战略的具体体现。三 国内外发展现状、趋势以及面临的挑战国外由于节水灌溉发展时间长，电子技术水平较高，所以与节水灌溉配套的自动控制系统也较完善和先进。节水灌溉发达国家已普遍采用计算机控制灌溉系统，用埋在地下的湿度传感器可以测得土壤湿度信息，还有的智能系统能通过检测植物茎、果的直径变化，来决定对作物的灌溉计划和灌溉量。在温室等设施内较多使用小型灌溉控制器，这种设备通常能控制几路或十几路电磁阀，内有若干套灌溉管理程序，可预先设定灌水开始、结束时间和灌水时间隔时间，操作方便，自动化、智能化控制运行精密、可靠，节省人力，对灌溉过程的控制可达到相当精度。以色列已出现了在家利用电脑对灌溉过程进行全部控制的农场主，其中还有无线控制。以色列开发出了多种系列的自动灌溉配套设备，如电动和水动遥控电磁阀、减压阀、调压阀、安全阀和流量控制阀等。发达国家为满足对灌溉系统管理的灵活、准确、快捷的要求，非常重视空间信息技术、计算机技术和网络技术等高新技术的应用。我国的节水灌溉技术和设备自20世纪50年代从国外引进后，在很长一段时间内，主要是示范应用，再加上设计、管理及设备上的一些问题，没有得到大面积的应用， 相配套的自动控制系统就更少了。到20世纪80年代，特别是90年代后，随着经济的发展、水资源的紧张及国家的重视，节水灌溉得到了迅猛地发展，同时电子技术也日新月异，其它行业中的自动控制技术也逐步地在节水灌溉中得到应用。但是我国目前自动控制系统从国外进口的居多，国内自行研制的还很少，虽然从简易型到中央计算机型均有产品并得到应用，但大多还是单板机和小型控制器，与国外产品相比，在技术上还比较落后，有些方面设计还不太合理，制造也比较粗糙，使用不太方便，仍需进一步完善。随着技术的发展和实际生产的需要，节水灌溉中的自动控制系统主要向智能化、系列化、专家系统和网络化方向发展。对于小面积的节水灌溉应用，如家庭庭院、小型温室、塑料大棚等，自动控制系统要做成小型化、智能化，使用要方便。对于大面积，要与各种传感器相结合，配合农艺专家系统，编制软件，达到精确控制灌水和施肥，再与无线遥控技术相结合，就可在办公室或家中控制灌溉系统。根据监测到的数据通过无线传输对水泵和管道阀门实施定时定量自动控制，对系统中出现的故障实施报警与控制。四 主要研究内容、关键问题及解决思路本系统的设计方案是基于微控、无线数据接收和传感器测量技术，采用传感器采集农田的湿度信息，根据采集的相应数据及农作物生长所需水分的需求量的设置，及时、精确、高效地控制流到田地的水流量大小。系统根据传感器反馈的数据的大小控制流到田间的水量，使农作物及时的获得所需的水分，控制过程中当灌溉到作物所需的水量时，系统会及时的关闭水源的流入，这样则避免水资源的浪费，有效的实现节水灌溉的设计要求。本文主要研究内容如下:1.进行湿度监控系统的整体研究与设计。2.利用按键设定植物所需水分的范围值。3.利用数字温湿度传感器DHT11测量土壤湿度。4.利用315M无线传输系统进行农田与监控室之间的数据传输。5.LCD1602显示土壤湿度值。6.当土壤湿度值超出设定范围值时，系统可自动报警，并输出驱动信号控制继电器对农田进行灌水或排水。根据题目要求和单片机的工作原理，以AT89C51单片机系统为核心来控制继电器对田间进行排水或灌水的操作。系统主要由传感器测量电路，信号处理电路，数据传输电路、显示电路，输出控制电路，超限报警电路等组成，软件选用C语言编程。总体结构框图如图2.1：315M单片机 超限报警电路LCD1602显示器排水继电器灌水继电器DHT11图2.1 总体结构框图数字温湿度传感器DHT11对农田土壤湿度进行采集，采集的湿度数据经单片机处理后，由315M无线传输到监控室单片机并转化为可显示、可比较的数据。采集的湿度数据可以经过与阈值比较后输出驱动信号，用以驱动报警电路报警和控制继电器进行田间灌水或排水。五 完成毕业设计(论文)所需具备的工作条件 51单片机芯片, Proteus6 软件, Protel 软件, Keil软件, 计算机。 六 工作的主要阶段,进度与时间安排34 周：写开题报告。56 周：查阅相关技术资料，熟悉单片机语言及传感器的基础知识78 周：英文翻译910 周：硬件设计与资料搜集1112 周：设计程序1314 周：调试与修改1516 周：写毕业论文七 阅读的主要参考文献及资料名称 1 吴普特，节水灌溉与自动控制技术 J，化学工业出版社，2003，（10）2 沈波、黄勇等，三联灌区自动控制技术研究与应用J，中国农村水利水电 2004(1)3 李勇、王超等，雨水集蓄利用的环境效应及研究展望J，水土保持研究，2002（12）4 叶才，国营农场喷灌机械化技术的应用和发展J，喷灌技术，19905 庞鸿宾、齐学斌，20年农田灌溉科技发展回顾J，灌溉排水，1999(1)6 吴普特、冯浩等,我国北方地区节水农业技术水平及评价J，灌溉排水学报，2003(2)7 罗金耀，节水灌溉理论与技术M，武汉大学出版社，19988 汤广民、沈涛，安徽淮北平原农田灌溉的基本特征J，安徽农业科学，2003(4)9 张令梅、李亚红，新技术在节水农业中的应用J，水利科技与经济, 2004(6)10 李文仲、段朝玉，短距离无线数据通信入门与实战 M，北京航空航天大学出版社，2006八 指导教师审查意见 VII长江大学毕业设计(论文)指导教师审查意见指导教师唐桃波职 称讲师评 审日 期评审参考内容：学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业设计（论文）的质量和水平，毕业设计（论文）的难度及工作量，学生的学习态度和组织纪律，毕业设计（论文）的优特点及不足。审查意见： 指导教师签名： 评定成绩（百分制）：_分长江大学毕业设计(论文)评阅教师评语评阅教师职 称评 阅日 期评阅参考内容：学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业设计（论文）的质量和水平，毕业设计（论文）的难度及工作量，毕业设计（论文）的优特点及不足。评语：评阅教师签名： 评定成绩（百分制）：_分XIII毕业设计（论文）答辩记录及成绩评定学生姓名张露露班 级电气10803毕业设计(论文)题目农田湿度监控系统设计答辩时间 2012 年 6 月 10日 时答辩地点一、答辩小组组成答辩小组组长：委 员：二、会议记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举）学生回答情况三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）： _ 分答辩小组组长(签名) ：秘书 (签名) ： 年 月 日院(系)答辩委员会主任(签名)： 院(系)(盖章)毕业设计(论文)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业设计(论文)评分的相关规定)等级(五级制)：_ 农田湿度监控系统设计学 生：张露露 长江大学电信学院指导老师：唐桃波 长江大学电信学院 摘要 干旱缺水是制约我国农业生产发展的主要因素之一并且水资源的日益紧缺已经对中国经济社会发展构成了严重的威胁。 随着经济的发展、水资源的紧张及国家的重视，节水灌溉得到了迅猛地发展。为了节约农田灌溉用水，提高水资源使用效率，本文基于单片机技术原理，以单片机AT89C51作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计制作出一种节水灌溉自动控制器，该系统由中央监控计算机、灌溉监测控制器、土壤水分传感器和阀门控制器组成。该文主要介绍了系统总体结构、单片机系统主机电路、数据采集处理器、IO口的扩展电路、通信接口等以及软件的设计。关键词湿度控制，微处理器，自动调节控制Controller design of water-saving irrigationStudent：Zhanglulu Electronics & Information College Tutor：Tang Taobo Electronics & Information CollegeAbstractAridity and water shortage is one of the main factors to restrict agriculture development in our country and that increasingly scarce water resource has posed a serious threat to Chinese economic and social development. As the development of the economy, the shortage of water resources and the importance attached by the government, water-saving irrigation has been made a strong development. In order to save the water which will be used in farms irrigation and improve the effective of the water using, by considering the AT89C51single-chip computer as the core controller as well as the design of hardware circuit and the programming of software, a intelligent clock retmote control system can be designed and made. It includes computer, soil moisture sensor, irrigation monitor and valve controller.The overall structure of the system, the main circuit of the MCU system, data-collecting circuit, I/O expanding circuit communication interface and software of the system were all designed.Keywords water-saving irrigation, microprocessors, automatic adjustment control前言前 言生命之起源，水为必要条件，没有了水，地球上的生命将会枯竭。 随着21世纪的到来，作为人类生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，这一状况还将随着时间的推移和社会的发展继续恶化。水资源危机已成为全球性的突出问题，利用科技手段缓解这一危机，将是人类主要的出路。农业是人类社会最古老的行业，是各行各业的基础，也是人类赖以生存的最重要的行业，由传统农业向现代化农业转变，由粗放经营向集约经营转变，必须要求农业科技有一个大的发展，进行一次新的农业技术革命。农业与工业、交通等行业相比仍然比较落后，农业灌溉技术尤其落后。灌溉系统自动化水平较低是制约我国高效农业发展的主要原因。传统的灌溉模式自动化程度极低，基本上属粗放的人工操作，即便对于给定的量，在操作中也无法进行有效的控制，为了提高灌溉效率和节约水资源，必须发展节水灌溉控制技术。 现代智能型控制器是进行灌溉系统田间管理的有效手段和工具，它可提高操作准确性，有利于灌溉过程的科学管理，降低对操作者本身素质的要求。除了能大大减少劳动量，更重要的是它能准确、定时、定量、高效地给作物自动补充水分，以提高产量、质量，节水、节能。现代灌溉控制器的研究使用在我国农、林、及园艺为数不多，与发达国家相比，有较大的差距，还基本停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉工程的自动化控制系统，也是根据经验法来确定每天灌溉次数和每次灌溉量，如果灌溉量与作物实际需水量相比太少，便不能有效的促进作物健康成长;而灌溉量太多，肥水流失，又会造成资源浪费，同时传统的灌溉法还需要相关专家的实时观察并经验指导生产，劳动生产率低，这也不能与现代化农业向优化、高效化方向发展要求同步。随着计算机技术和传感器技术的迅猛发展，计算机和传感器的价格日益降低，可靠性日益提高，用信息技术改造农业不仅是可能的而且是必要的。用高新技术改造农业产业，实施节水灌溉已成为我国农业乃至国民经济持续发展带战略性的根本大事。本文旨在设计一套能对作物生长的土壤湿度进行自动监控的系统，它能对作物进行适时、适量的灌水，起到高效灌溉，节水、节能的作用。第 1 页 （共 41页） 农田湿度监控系统设计 1 绪论1.1 课题来源来源于生产/社会实际1.2 国内外发展现状、趋势以及面临的挑战 国外由于节水灌溉发展时间长，电子技术水平较高，所以与节水灌溉配套的自动控制系统也较完善和先进。节水灌溉发达国家已普遍采用计算机控制灌溉系统，用埋在地下的湿度传感器可以测得土壤湿度信息，还有的智能系统能通过检测植物茎、果的直径变化，来决定对作物的灌溉计划和灌溉量。在温室等设施内较多使用小型灌溉控制器，这种设备通常能控制几路或十几路电磁阀，内有若干套灌溉管理程序，可预先设定灌水开始、结束时间和灌水时间隔时间，操作方便，自动化、智能化控制运行精密、可靠，节省人力，对灌溉过程的控制可达到相当精度。以色列已出现了在家利用电脑对灌溉过程进行全部控制的农场主，其中还有无线控制。以色列开发出了多种系列的自动灌溉配套设备，如电动和水动遥控电磁阀、减压阀、调压阀、安全阀和流量控制阀等。发达国家为满足对灌溉系统管理的灵活、准确、快捷的要求，非常重视空间信息技术、计算机技术和网络技术等高新技术的应用。我国的节水灌溉技术和设备自20世纪50年代从国外引进后，在很长一段时间内，主要是示范应用，再加上设计、管理及设备上的一些问题，没有得到大面积的应用， 相配套的自动控制系统就更少了。到20世纪80年代，特别是90年代后，随着经济的发展、水资源的紧张及国家的重视，节水灌溉得到了迅猛地发展，同时电子技术也日新月异，其它行业中的自动控制技术也逐步地在节水灌溉中得到应用。但是我国目前自动控制系统从国外进口的居多，国内自行研制的还很少，虽然从简易型到中央计算机型均有产品并得到应用，但大多还是单板机和小型控制器，与国外产品相比，在技术上还比较落后，有些方面设计还不太合理，制造也比较粗糙，使用不太方便，仍需进一步完善。第 2 页 （共 41 页） 绪论随着技术的发展和实际生产的需要，节水灌溉中的自动控制系统主要向智能化、系列化、专家系统和网络化方向发展。对于小面积的节水灌溉应用，如家庭庭院、小型温室、塑料大棚等，自动控制系统要做成小型化、智能化，使用要方便。对于大面积，要与各种传感器相结合，配合农艺专家系统，编制软件，达到精确控制灌水和施肥，再与无线遥控技术相结合，就可在办公室或家中控制灌溉系统。根据监测到的数据通过无线传输对水泵和管道阀门实施定时定量自动控制，对系统中出现的故障实施报警与控制。1.3 研究的目的、意义、及主要内容我国是农业大国,农田灌溉建设有着悠久的历史, 但现代化水平不高。我国农业引水到田的传统灌溉过程中无法知道农作物需水量的大小，盲目频繁灌溉、过量灌溉造成了水的极大浪费。节水灌溉已不仅仅是技术问题，而是直接关系到农业发展的根本是实现水资源的可持续利用战略和实现从粗放到集约经营战略的具体体现。自动控制节水灌溉技术的高低代表着农业现代化的发展状况，灌溉系统自动化水平较低是制约我国高效农业发展的主要原因。本文中单片机控制的节水灌溉系统可对不同土壤的湿度进行监控，并按照作物对土壤湿度的要求进行适时、适量自动灌水。并且，当土壤湿度超出设定范围时还能控制报警电路鸣音报警，以防系统出现故障而导致不必要的损失。本系统能起到高效灌溉，节水、节能的作用。该系统的核心是由单片机构成的控制部分，主要对土壤湿度与灌水量之间的关系、灌溉控制技术及设备系统的硬件、软件编程各个部分进行实现。本文主要研究内容如下:1.进行节水灌溉控制系统的整体研究与设计。2.利用按键设定植物所需水分的范围值。3.利用数字温湿度传感器DHT11测量土壤湿度。4.利用315M无线传输系统进行农田与监控室之间的数据传输。5.LCD1602显示土壤湿度值。6.当土壤湿度值超出设定范围值时，系统可自动报警，并输出驱动信号控制继电器对农田进行灌水或排水。第 3 页 （共 41 页） 农田温湿度监控系统设计2 硬件设计2.1 系统总体结构设计根据题目要求和单片机的工作原理，以AT89C51单片机系统为核心来控制继电器对田间进行排水或灌水的操作。系统主要由传感器测量电路，信号处理电路，数据传输电路、显示电路，输出控制电路，超限报警电路等组成，软件选用C语言编程。总体结构框图如图2.1：315M 单片机 超限报警电路LCD1602显示器排水继电器灌水继电器DHT11图2.1 总体结构框图第 4页 （共 41 页） 硬件设计l 2个16位定时器/计数器l 6个中断源l 可编程串行UART通道l 低功耗空闲和掉电模式 功能特性概述： AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部 RAM，32 个 IO 口线，两个 16位定时计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 引脚功能说明：Vcc：电源电压 GND：地 P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 IO 口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。 Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。 P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向IO口，P2的输出缓冲级可驱（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外第 5页 （共 41 页） 农田温湿度监控系统设计部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVXRI 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。 P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 IO 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL逻辑门电路。对 P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。 P3口除了作为一般的IO口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表（表2.2）所示： 表2.2 P3口的第二功能 端口引脚第二功能P3.0（串行输入口）P3.1（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3(外部中断1)P3.4（定时/计数器0外部输入）P3.5（定时/计数器1外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ALEPROG： 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的 l6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：第6页 （共 41 页） 硬件设计每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（）如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH单元的 DO 位置位，可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。 PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89C51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的信号不出现。 EAVPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。 如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。 Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。 XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 时钟振荡器： AT89C5l 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图2.3。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pF10pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40pF10F。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图2.4所示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。外部时钟的电路如图2.4情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。 第7页 （共 41 页） 农田温湿度监控系统设计 图2.3 内部震荡电路 图2.4 外部时钟驱动电路单片机的CPU： MCS-51单片机的CPU由运算器、控制器和若干个特殊功能寄存器组成，运算器可以加、减以及各种逻辑运算，还可以进行乘除运算。控制器在单片机内部协调各功能部件之间的数据传送、数据运算等操作，并对单片机外部发出若干控制信息。CPU中使用的特殊功能寄存器ACC、B、PSW、SP和DPTR。ACC就是累加器，在指令中一般写为A。在做乘除运算时，B寄存器用来存放一个操作数，也用来存放运算后的一部分结果；若不作乘除操作时，则B可用做通用寄存器。程序状态字寄存器PSW相当于一般微处理器中的状态寄存器，其中各位的定义如表1所示。 表1 PSW状态寄存器位地址D7D6D5D4D3D2D1D0符号CYACF0RS1RS0OVP其中各位的意义如下：CY（PSW.7）：高位进位标志位。常用“C”表示。 AC（PSW.6）：辅助进位标志。 F0（PSW.5）：用户标志位。 RS1（PSW.4）、RS0（PSW.3）：寄存器组选择控制位。8051共有4个8位工作寄存器，第8页 （共 41 页） 硬件设计分别命名为R0R7。用户通过改变RS1和 RS0的状态可以方便地决定R0R7的实际物理地址。RS1和 RS0与寄存器区的对应关系如表2所示。表2 RS1、RS2与工作寄存器组的关系RS1RS0寄存器组RAM中的地址00110101012300H-07H08H-0FH10H-17H18H-1FHOV（PSW.2）：溢出标志位。 （PSW.1）：保留位，无定义。 P（PSW.0）：奇偶校验位，在每一个指令周期中，若累加器（A）中的“1”的位个数是奇数个则P1，偶数个则P0。AT89C51内存空间： 从物理地址空间看，89C51有4个存储器地址空间，片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器，其存储情况如下：（1）内部程序存储器（ROM）4K字节。 （2）外部程序存储器（ROM）64K字节。 （3）内部数据存储器（RAM）256字节。 （4）外部数据存储器（RAM）64K字节。表3 9C51单片机的特殊功能寄存器一览表寄存器符号名称字节地址*ACC累加器E0H*BB寄存器F0H*PSW程序状态字D0HHSP堆栈指针81HDPTR数据指针（DPH、DPL）83H（高）、82H（低）*P0P0口锁存器80H第9页 （共 41页） 农田温湿度监控系统设计*P1P1口锁存器90H*P2P2口锁存器A0H*P3P3口锁存器B0H*IP中断优先级控制寄存器B8H*IE中的允许控制寄存器A8HTMOD定时器/计数器方式控制寄存器C8H*TCON定时器/计数器控制寄存器88HTH0定时器/计数器0（高字节）8CHTL0定时器/计数器0（低字节）8AHTH1定时器/计数器1（高字节）8DHTL1定时器/计数器1（低字节）8BH*SCON串行控制寄存器98HSBUF串行数据缓冲器99HPCON电源控制寄存器97H89C51单片机的片内RAM虽然字节数虽然不很多，但却起着很重要的作用。256个字节被分为两个区域：117FH是真正的RAM区，可以读写各种数据；80FFH是专用寄存器（SFR）区。对于51系列单片机安排里21个特殊功能寄存器。每个寄存器均为8位（一个字节），所以实际上这128个字节并未全部利用。表3所示为89C51单片机特殊功能寄存器地址及符号表。表中带*号的为可位寻址的特殊功能寄存器。单片机的中断系统：单片机与外部设备交换信息一般采用两种方式，即查询方式和中断方式。由于中断方式具有CPU效率高，适合于实时控制系统等优点，因而更为常用。89C51单片机的中断系统从面向用户的角度来看，就是若干搁特殊功能寄存器：定时器控制寄存器TCON、中断允许寄存器IE、中断优先级寄存器IP、串行口控制器SCON。89C51单片机是一个多中断源系统。有5个中断源，即两个外部中断，两个外部中断、两个定时器/计数器中断和一个串行口中断。（1）方式控制寄存器TMOD的控制字格式如第10页 （共 41 页） 硬件设计表4 TMOD控制字位地址D7D6D5D4D3D2D1D0符号GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0低4位为T0的控制字，高4位为T1的控制字。GATE为门控位，对定时器/计数器的启动起辅助控制作用。GATE=1时，定时器/计数器的计数受外部引脚输入电平的控制，此时只有P3口的P3.2（或P3.3）引脚即INT0（或INT1）为1才启动计数；GATE=0时，定时器/计数器的运行不受外部输入引脚的控制。C/T为方式选择位。C/T=0为定时器方式，采用单片机内部振荡脉冲的12分频信号人作为时钟计数脉冲，若采用12MHz的振荡器，则定时器的计数频率为1MHz，从定时器的计数值便可得定时时间。（2）M1、M0二位的状态确定定时器的工作方式，详见下表：表5 M1、M0功能说明M1M0功能说明00方式0，为13位定时器/计数器01方式1，为16位定时器/计数器10方式2，为常数自动重新装入的8位定时器/计数器11方式3，仅适用于T0，分为二个8位计数器（3）TCON定时/计数器工作方式控制寄存器表6 TCON控制字位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H符号TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF1（TCON.7）：计时器 1溢出标志，当计时溢出时，由硬件设定为 1，在执行 相对的中断服务程序后则自动清 0。 TR1（TCON.6）：计时器1启动控制位，可以由软件来设定或清除。TR1时启动计时器工作，TRl=0 时关闭。 TF0（TCON.5）：计时器 0溢出标志，当计时溢出时，由硬件设定为 1，在执行相对的中断服务程序后则自动清 0。 TR0（TCON.4）：计时器 0启动控制位，可以由软件来设定或清除。TR0=1时，启第11页 （共 41 页） 农田温湿度监控系统设计动计时器工作，TR0=时关闭。 IE1（TCON.3）：外部中断 1工作标志，当外部中断被检查出来时，硬件自动设定此位，在执行中断服务程序后，则清 0。 IT1 （TCON.2）：外部中断 1工作形式选择，IT1=1时，由下降缘产生外部中断， IT1=0时，则为低电位产生中断。 IE0（TCON.1）：外部中断 0 工作标志，当外部中断被检查出来时，硬件自动设定此位，在执行中断服务程序后，则清 0。 IT0 （TCON.0）：外部中断 0工作形式选择，IT1=1时，由下降缘产生外部中断， IT1=0时，则为低电位产生中断。（4） SCON串行口控制寄存器SM0（SCON.7）：串行通讯工作方式设定位0。 SM1（SCON.6）：串行通讯工作方式设定位 1。 表7 SCON 控制字位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H符号SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM2 （SCON.5）：允许方式 2 或方式 3 多机通讯控制位。在方式 2 或方式 3 时，如SM2=1，REN=1，则从机处于只有接收到 RB8=1(地址帧)才激发中断请求标志RI=1，向主机请求中断处理。被确认为寻址的从机复位SM2=0，才能接收 RB8=0 的数据帧；在方式 1 时，如 SM2=l，则只有在接收到有效停止位时才置位中断请求标志位RI=1；在方式0时，SM2应为 0。 REN（SCON.4）：REN，允许/禁止串行接收控制位。由软件置位REN=1为允许串行接收状态，可启动串行接收器RXD，开始接收信息。软件复位REN0，则禁止接收。 TB8（SCON.3）：在方式2或方式3，它为要发送的第 9位数据，按需要由软件置位。（5）IE中断允许寄存器表8 IE控制字位地址AFADACABAAA9A8符号EAET2ESET1EX1ET0EX0EA（IE.7）：EA0时，所有中断停用（禁止中断）。EA1时，各中断的产生由个别第12页 （共 41 页） 硬件设计的允许位决定。 （IE.6）：保留位，无定义。 ET2（IE.5）：允许计时器 2溢出的中断（8052使用）。 ES（IE.4）：允许串行端口的中断（ES1允许，ES0禁止）。 ET1（IE.3）：允许计时器 1中断（ET11允许，ET10 禁止）。 EX1（IE.2）：允许外部中断 INT1的中断（EX11允许，EX10 禁止）。 ET0（IE.1）：允许计时器 0中断（ET01允许，ET00 禁止）。 EX0（IE.0）：允许外部中断 INT0的中断（EX01允许，EX00 禁止）。IP 中断优先级寄存器表9 IP控制字位地址BDBCBBBAB9B8符号PT2PSPT1PX1PT0PX0（IP.7）：保留位，无定义。 （IP.6）：保留位，无定义。 PT2（IP.5）：设定计时器 2的优先次序（8052使用）。 PS（IP.4）：设定串行端口的中断优先次序。 PT1（IP.3）：设定时计时器 1的优先次序。 PX1（IP.2）：设定外部中断 INT1的优先次序。 PT0（IP.1）：设定计时器 0的优先次序。 PX0（IP.0）：设定外部中断 INT0的优先次序。 上述每位IP.*1时，则定义为高优先级中断，IP.*0 时，则定义为低优先级中断。如果同时有两个或两个以上优先级相同的中断请求时，则由内部按查询优先顺序来。要使用单片机工作首先要知道单片机的最小系统。单片机最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分，单片机最小系统如图2.5第13页 （共 41 页） 农田温湿度监控系统设计图2.5 单片机最小系统由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。89C51正常工作时的连线：1、电源：单片机使用的是5V电源，其中正极接40引脚，负极（地）接20引脚。 2、振蒎电路：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。只要买来晶振，电容，连上就可以了，按图接上即可。 3、复位引脚：按图2.5中画法连好即可。 4、EA引脚：EA引脚接到正电源端（接电源表示使用内部ROM,接地表示扩展外部ROM，现在一般是使用内部ROM）。 至此，一个单片机就接好，通上电，单片机就开始工作了。振荡电路： 单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡和外部振荡。MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTALl和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端，第14页 （共 41 页） 硬件设计由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用中常采用这种方式，如图2.5所示在其外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式，片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。图2.5中外接晶体以及电容C2和C1构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为30P左右，晶振频率选6MHZ。复位电路：为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器，必须采用复位的方式，复位后可使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始正常工作。单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果RST引脚上持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位后系统将输入/输出(1/0)端口寄存器置为FFH，堆栈指针SP置为07H, SBUF内置为不定值，其余的寄存器全部清0，内部RAM的状态不受复位的影响，在系统上电时RAM的内容是不定的。复位操作有两种情况，即上电复位和手动(开关)复位。本系统采用上电复位方式。图2.5中R9和Cl组成上电复位电路，其值R取为1KQ, C取为1pF.2.1.1 传感器的选择测量所用传感器是数字温湿度传感器DHT11。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。第15页 （共 41 页） 农田温湿度监控系统设计1 DHT11简介l 相对湿度和温度测量l 全部校准，数字输出 l 卓越的长期稳定性 l 无需额外部件l 超长的信号传输距离 l 超低能耗l 4引脚安装l 完全互换2. DHT11接口说明 建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻3、电源引脚