智能灌溉系统设计方案Word文件下载.docx
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2.2模拟智能灌溉系统框图
如图2.1所示
数码管显示
/
按犍
=>
<
EEPROM
RTC
k=
MCU
继电器
ADC
►
嫦鸣番&
LED
图2.1模拟智能灌溉系统框图
2.3STC89C52单片机简介
STC89C52（如图2.2所示）是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器
（FPERO—MFalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能
CMOS位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATME高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
图2.2STC89C52引脚图
引脚功能
VCC供电电压。
GND接地。
P0口：
P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据、地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“T时，其管脚被部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于部上拉的缘故。
P2口当用
于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“T时，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“T后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
RST复位输入。
当振荡器复位器件时，RST引脚出现两个机器周期以上的高电平
将使单片机复位。
ALE当访问外部程序存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的8
位字节。
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ST89C52S
外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN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PSEN信号不出现。
XTAL1振荡器反相放大器及部时钟发生器的输入端。
XTAL2振荡反相放大器的输出端。
2.4实时时钟模块
“模拟智能灌溉系统”通过读取DS1302时钟芯片相关寄存器获得时间，DS1302芯片时、分寄存器在程序中设定为系统进行初始化设定，时间为08时30分。
2.4.1DS1302基本功能
DS1302可以对年、月、日、周、日、时、分进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。
引脚图如图2.3所示。
图2.3DS1303引脚
DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。
在主电源关闭的情况下,
也能保持时钟的连续运行。
DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。
Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。
当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。
X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。
RST是复位/片选线，通过把RST俞入驱动置高电平来启动所有的数据传送。
RST俞入有两种功能：
首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器其次，RST提供终止单字节或多字节数据传送的方法。
当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。
如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。
上电运行时，在Vcc>
2.0V之前，RST必须保持低电平。
只有在SCLK为低电平时，才能将RSTS为高电平。
I/O为串行数据输入输出端（双向）。
SCLK为时钟输入端。
控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;
位5至位1指示操作单元的地址;
最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。
2.5按键模块
键盘的工作原理
键盘的基本工作原理就是实时监视按键，将按键信息送入计算机。
在键盘的部设计中有定位按键位置的键位扫描电路、产生被按下键代码的编码电路以及将产生代码送入
计算机的接口电路等等，这些电路被统称为键盘控制电路如图2.4所示。
在本次设计中
只需运用四个按键，故选用独立按键。
图2.4按键连接单片机原理
2.6模数转换模块
将模拟量转化成数字量。
通过数据采集到的信号有两种：
数字信号和模拟信号。
对
于数字信号，单片机可以直接的进行处理，但是对于模拟信号，单片机不能直接处理，
就必须要一个模数转化的模块。
项目中的数据采集到的湿度都是模拟信号，要使单
片机能直接进行控制，必须要加相应的模数转化的模块，同时，系统对每一个参数的要求不一样，就需要精度不同的模数转化装置。
针对要求精度高的特性，采用PCF8591莫
数转化芯片。
2.6.1PCF8591基本功能
PCF859的功能包括多路模拟输入、置跟踪保持、8-bit模数转换和8-bit数模转换
引脚图（如图2.5所示）
C1
—PCFSS91
图2.5引脚图
（2）引脚功能
AIN0〜AIN3:
模拟信号输入端。
A0〜A2:
引脚地址端。
VDDVSS电源端。
（2.5〜6V）
SDASCLI2C总线的数据线、时钟线。
OSC外部时钟输入端，部时钟输出端。
EXT部、外部时钟选择线，使用部时钟时EXT接地。
AGND模拟信号地。
AOUTD/A转换输出端。
VREF基准电源端。
数据格式
在传输数据的时候，SDA线必须在时钟的高电平周期保持稳定，SDA的高或低电平
状态只有在SCL线的时钟信号是低电平时才能改变。
如图2.6所示
尤许数
IT
图2.6
SCL线是高电平时，SDA线从高电平向低电平切换，这个情况表示起始条件;
SCL线是高电平时，SDA线由低电平向高电平切换，这个情况表示停止条件。
如图
图2.7
2.7继电器的驱动模块
继电器（如图2.8所示）是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
当输入量（如电压、电流）达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。
具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。
广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。
在本次设计中继电器控制灌溉的开始与结束而二极管起着对继电器的保护作用
CTXl
图2.8继电器
2.8数码显示模块
2.8.1数码管的简介
数码管（如图2.9所示）是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；
按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；
按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴数码管。
共阳数码管在应用时应将公
共极COM接到+5V,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到GND当某一字段发光二极管的阴极为高电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
在本次设计中用的是共阳型数码管因为它的共阳端直接接电源，亮度高。
图2.9
引脚图
2.8.2锁存器M74HC573
M74HC573如图2.10）是8位数据锁存器，缓冲控制输入，三态总线驱动输出。
当LE为高电平时，Q输出将随数据（D）输入而改变。
当LE为低电平时，输出将锁存在已建立的数据电平上。
输出控制不影响锁存器部工作，即老数据可以保持，甚至当输出被关闭时，新的数据也可以置入。
—M7^HC573^nR
图2.10M74HC573管脚图
2.8.3译码器74HC138
74HC138是一款高速CMO器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL系列。
74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0,A1和A3）,并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0至丫7）。
74HC138特有3个使能输入端：
两个低有效（E1和E2）和一个高有效（E3）。
除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。
利用这种复合使能特性，仅需4片74HC138芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一个1-32（5线到32线）译码器。
任选一个低有效使能输入端作为数据输入，而把其余的使能输入端作为选通端，则74HC138亦可充当一个8输出多路分配器，未使用的使能输入端必须保持绑定在各自合适的高有效或低有状。
管脚如图2.11所示
图2.1174HC138管脚图
2.9存储模块
系统通过EEPROM存储湿度阈值，自动工作状态下，可通过按键S6、S5S4设置和保存阈值信息。
本次设计采用24CO2元器件。
24CO基本功能
串行EEPRC是基本I2C-BUS的存储器件，遵循二线制协议，其具有接口方便，体积小，数据掉电不失真等特点。
引脚如图2.12所示
1
U11
3
A0
VCC
7
土
A1
5
6
r
SCL
4
L
E
GNT>
SDA
AT24C02
图2.12弓|脚图引脚功能
AO,A1,A2:
器件地址选择
SDA串行数据、地址
SCL:
串行时钟
WWP写保护
VCC1.8V-0.6V工作电压
GND接地
第三章原理图的设计
3.1ProtelDXP的简介
ProtelDXP是澳大利亚Altium公司于2002年推出的一款垫子设计自动化软件。
它的主要功能包括：
原理编辑、印制电路板设计、电路仿真分析、可编程逻辑器件的设计。
用户使用最多的是该款软件的原理图编辑和印制电路板设计功能。
3.2智能灌溉系统原理图的设计
3.2.1启动ProtelDXP2004
单击“开始”——“程序”——Altium——DXP2004命令。
ProtelDXP2004启动后，系统出现启动画面，几秒后系统进入程序主界面，如图
3.1所示。
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图3.1ProtelDXP2004主界面
3.2.2电路原理图文件的新建和保存
（1）新建PCE项目：
单击“文件”一一“创建”一一“项目”一一“PCB项目”命令，如图3.2.2.1所示。
（2）新建原理图设计文件：
单击“文件”一一“创建”一一“原理图”命令，新建了一个名为智能灌溉系统.schdoc的原理图设计文件，显示在PCB-project1.PrjPCB
的下方，如图3.2所示。
（3）保存原理图设计文件：
单击“文件”——“保存”命令，在弹出的对话框中将原理图设计文件保存为”智能灌溉系统电路图.schdoc”。
（4）保存设计项目：
单击“文件”一一“另存项目为”命令，在弹出的对话框中将项目保存为“智能灌溉系统.PrjPCB”。
图3.2新建项目
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图3.2智能灌溉系统schdoc的原理图
3.2.3元件的查找和放置
在“元件库”下拉列表框中找到相应的元件库，依据所要找的元器件双击并移到图纸上。
在本次设计中有一些元器件没有，如四合一数码管，则需创建一个新的原理图库如图3.3所示
14时曲Lj>
*
图3.4“绘制矩形”按钮
根据元器件所需的电气图形在矩形框中画出相应的图形并放上引脚如图3.5所示
Nl
C0M1ICOM2匚0M3COM4
图3.6智能灌溉原理图
3.3智能灌溉系统印制电路板（PCB的设计
印制电路板的英文全称为PrintedCircuitBoard，简称为PCB是一种印制或蚀
刻了导电材料，是电子产品重要部件之一。
电子元器件安装在这种板子上，有引线连接各个元件，进行装配，构成工作电路。
3.3.1新建印制电路板文件
（1）新建印制电路板文件：
选择“文件”一一“创建”一一“PCB文件”命令，新
建一个为PCB.PchDoc的印制电路板文件，显示在PCB项目“模拟智能灌溉系统电
路.PrjPCB”的下方。
（2）保存印制电路板文件：
单击工具栏中的“保存”按钮，在弹出的对话框中选择保存路径为“PCB®
板模拟智能灌溉电路”，将印制电路板文件保存为模拟智能灌溉电路PCB图。
PchDoC'
。
保存后，文件面板中的文件名也同步更新为“模拟智能灌溉电路PCB图.PchDoc”。
右边的黑底灰线网格图纸就是ProtelDXP2004的印制电路板绘制的工作区域，如图3.7所示。
♦DXP交斗®
菊哥曰IVJ唤目言理O垸*计回工3=⑴白动畔住砂擢耳
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图3.7新建并保存印制电路板文件
3.3.2规划印制电路板
根据智能灌溉原理图中的元器件的多少，来规划所用印制电路板的大小。
通常情况下元器件摆在电路板上要紧凑且适宜，要遵循电气的连接方式，不能乱放。
3.3.3将电路原理图文件传输到PCB中
在电路图转化成印制电路板之前，首先要进行对元器件的封装进行确认。
如果在元器件的属性中封装没有，则需在封装库中进行查找：
如元器件74HC138有的元器件封
装没有需要画：
如蜂鸣器，则需创建一个PCB库，如图3.8所示。
点击“工具”新元件弹出一个元件封装向导点击“取消”按钮如图3.9所示
图3.9创建新元件封装
用游标卡尺测量蜂鸣器的实物直径为12cm在TopOverlay层中画图。
放好相应的
焊盘并标明电气属性。
如图3.10所示
图3.10蜂鸣器封装图
（1）打开“模拟智能灌溉电路”原理图，选择“设计”
UpdatePCBDocument
模拟智能灌溉系统电路图.PcbDoc”命令，弹出如图3.11所示的“工程变化订单”对话
框。
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图3.11
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“工程变化订单”对话框
（2）
单击“使变化生效”按钮，系统将检查所有的更改是否有效
，如果有效，将
在右边的
“检查”栏的对应位置打钩；
如果有错误,
“检查”栏中将显示红色错误标识。
（3）
单击“执行变化”按钮，系统将执行所有的更改操作，如果执行成功,
“状态”
区域中的
“完成”列表栏将被勾选，执行结果如图
3.12所示
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