自动浇灌系统实验报告.docx

1、自动浇灌系统实验报告设计报告2011 2012 学年 第 一 学期项目： 自动浇灌系统的设计与实现 班级： 学号： 姓名： 授课教师： 制定日期： 年 月 日项目设计报告专业： 班级： 姓名：一、课题名称自动浇灌系统的设计与实现二、设计内容和要求第一章、 总体设计功能要求：该课题是以51单片机P89V51RB2FN为主控芯片，利用DALAS一线式温度传感器DS18B20实现对周围温度环境的采集,单片机再根据采集的温度值来控制电磁阀的开关及持续时间等操作，从而实现在不同的温度对周围浇灌对象实施间隔性的灌溉，浇灌持续的时间与不同的温度范围有关，同时相关的状态信息要在点阵汉字液晶屏上实时的显示。单片

2、机实验仪组成：USB型单片机仿真实验仪是以单片机为核心的嵌入式系统，由单片机、USB接口电路及实验电路组成。USB接口电路完成以下功能：直接从USB总线上获取5V电源为实验仪供电，无需外接电源；将来自PC的USB总线转换为串行口与单片机相连，不再使用PC上传统的RS-232物理串口，这样实验仪与PC 的连接变得非常简单，有效地解决了实验仪在学校通用计算机房与PC连接困难的问题，即使在没有串行口的笔记本计算机上也能做单片机实验。单片机是实验仪的核心，内嵌了在线软件仿真器，可在PC上使用Keil软件对实验仪上的硬件电路及实验程序进行实时仿真调试。实验电路包括基本的数码管、单脉冲、独立式键盘、行列式

3、键盘、蜂鸣器电路以及I2C总线器件、单总线器件、串行A/D转换、红外线收发、字符/点阵液晶显示电路等，可完成20多个硬件实验。具体要求：（1）汉字液晶屏上实时显示的信息有：1）第一行显示：低温：*.*，或常温：*.*，高温：*.* 。注：假设24以下为低温，2535为常温，35以上为高温。2）第二行显示：电磁阀状态：开，或关。3）第三行显示：浇灌时间：*分*秒，或*时*分。（2）浇灌时间及浇灌次数间隔要求：在低温时，电磁阀始终关，浇灌时间为0分0秒；在常温时，浇灌时间为30分钟，浇灌次数间隔为8小时；在高温时，浇灌时间为50分钟，浇灌次数间隔为4小时。USB接口电路将USB总线转换为串行口直接

4、与单片机的TXD、RXD相连，并获取总线上的+5V电源作为实验仪供电，发光二极管VD10为USB借口配置指示灯，配置成功时VD10点亮。第二章、 硬件设计硬件电路：LCD（TG12864B）液晶模块接口：由左右两块独立的64*64点阵液晶屏拼接而成，每半屏有一个8*64*8bitDDRAM，左右半屏驱动电路及存储器分别由片选信号CS1和CS2选择。具有8位标准数据总线及相应的控制信号，可与单片机接口直接相连。CS1：片选择信号，高电平时选择前64列。CS2：片选择信号，高电平时选择后64列。GND：电源地。VCC：电源正极（+5V）。VO：液晶显示器对比度调整端。D/I：数据/指令选择：当D/

5、I为高电平时，DB0DB7为显示数据；当D/I为低电平时，DB0DB7为指令数据。R/W：读/写选择：当R/W为高电平时，从液晶模块读数据；当R/W为低电平时，将数据写入液晶模块。E：读写使能，高电平有效，下降沿锁定数据。DB0DB7：8位并行数据总线。RST：复位信号，低电平有效。VOUT：LCD驱动电源（-10V）。温度传感器DS18B20：每片DS18B20均有一个唯一的产品序列号，固化在内部的64位激光ROM中，其格式如下：低8位是产品的工厂代码，中间是每个器件唯一的48位序列号，高8位是针对前面的56位的CRC校验码，只要单片机用匹配命令即可访问总线上指定的DS18B20。DQ：数据

6、输入/输出。在数据总线供电方式可给传感器提供电源。VDD：可选的电源电压。DS18B20有两种供电方式：数据总线供电方式和外部供电方式。若采用数据总线供电方式，VDD应接地，这样可省一根线，但测温的时间较长。GND：电源地。DS18B20与单片机的连接：对温度进行检测，并将温度值在液晶显示屏上显示出来，单片机根据传感器的序列号来对总线上的传感器进行访问。系统采样温度时，可先对总线上的传感器复位，并跳过ROM，发启动温度转换命令，转换结束后，单片机再发匹配ROM命令，将预先存储的传感器的序列号通过单总线送出，将温度值读入。上拉电阻RESPACK-8：使用P0口与液晶模块的数据线D0D7相连，此时

7、P0口已不再是数据总线/低8位地址总线，而作为输出口使用，因此需加上拉电阻。单片机80C51：用单片机的I/O口线来模拟数据总线、读/写控制信号，RD、WR、T1是作为I/O口分别控制液晶模块的RS、R/W、E引脚，产生相应的时序信号。第三章、 软件设计液晶显示模块：液晶屏通电后,单片机首先必须对其初始化：发出复位信号、打开显示、设置起始行、清屏（将DDRAM所有的单元充填为00）。为了能在屏幕的指定位置显示字符，首先必须设置DDRAM的页号和列号。液晶模块内部没有字库，因此必须将ASCII的点阵信息放在程序存储器中，用PCtoLCD2002软件提取汉字点阵，显示时根据ASCII值找到该字符的

8、点阵码送到液晶模块DDRAM中。所有对液晶屏操作的函数放在模块文件LCD12864IO.C中：先对相关I/O口线定义，用LCD_DispFill(uchar filldata)函数对液晶屏进行充填，用LCD_DispIni( )对液晶模块进行初始化，用LCD_RST = 0;语句对复位芯片进行驱动，LCD_WrCmd(CS1,LCD_DISPON); LCD_WrCmd(CS1,LCD_STARTROW);这两句语句打开液晶屏显示并设置显示的起始行为0，用LCD_DispFill(00);语句清屏，用LCD_WrCmd(CS1,LCD_ADDRSTRY+0)；LCD_WrCmd(CS1,LCD

9、_ADDRSTRX+0); 这两句语句对字符行、列地址进行设置；用LCD_DispChar(uchar cy, uchar cx, char dispdata)函数在液晶屏的cy(0-7)行、cx(0-15)列显示字符dispdata；用LCD_DispStr(uchar cy, uchar cx, char *disp_str)函数在液晶屏的cy(0-7)行、cx(0-15)列显示字符disp_str；用LCD_DispHZ(uchar cy,uchar cx,uchar dispdata)函数在液晶屏的cy(0-3)行、cx(0-7)列显示汉字字符dispdata；用LCD_DispHZS

10、tr(uchar cy,uchar cx,uchar *disp_str)函数在液晶屏的cy(0-3)行、cx(0-7)列显示汉字字符串 disp_str。测温模块：先检测是否有DS18B20, 向总线写入一个字节, 从总线上读取一个字节, 复位DS18B20, 发READ ROM命令, 读取温度低字节、高字节, 保存16位温度值。用bit reset(void)函数检测是否有DS18B20;用void wrbyte(uchar d)函数向总线写入一个字节； uchar rdbyte(void) 从总线上读取一个字节；err=reset(); 语句复位DS18B20；再根据DS18B20,发R

11、EAD ROM命令读取和保存温度值。当温度传感器的温度值低于24时，汉字显示低温，当温度达到2535时，汉字显示变为常温，当温度到35以上时，汉字显示为高温。定时模块：用定时方式寄存器TMOD控制定时器/计数器的工作方式，TMOD寄存器的高4位用于T1的设定，低4位用于T0的设定。定时器/计数器T1定时器/计数器T0D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0M1、M0选择定时器/计数器的工作方式，T0有4种工作方式（方式0 方式3），T1有3种工作方式（方式0方式2），由M1、M0设定：M1M0=00，方式0；M1M0=01，方式1；M1M0=10，方式2；M

12、1M0=11，方式3。TR0/TR1定时器/计数器T0和T1启停控制位，为0时，定时器/计数器停止工作；为1时，启动定时器/计数器工作。在使用定时器/计数器时，首先应根据要求对工作方式进行初始化，然后计算出初始值。初始化的步骤是：（1）向TMOD寄存器写入工作方式控制字，（2）将计数器的初值写入TH0、TL0/TH1、TH1，（3）启动定时器/计数器：将TR0/TR1置1，（4）采用中断方式，应将ET0/ET1、EA置1。当读取温度值后，根据温度值用定时器控制电磁阀开关状态和浇灌时间。当温度为低温低于24时，电磁阀始终为关，不浇灌；当温度达到常温2535时，电磁阀开，开始浇灌，浇灌时间为5S，

13、间隔10S后再次浇灌；当温度到35以上时，电磁阀开，开始浇灌，浇灌时间为10S，间隔5S后再次进行浇灌。用void time0(void) interrupt 1函数设定定时器/计数器T0中断；void time1(void) interrupt 3设定定时器/计数器T1中断。总流程图：第四章、 程序测试调试方法：该项目的调试可在Proteus环境下进行，温度传感器DS18B20的DQ端连接到单片机8051的P1.0，液晶屏的DI端连接到单片机的P3.4，RW端连接到单片机的P3.5，CS选择屏端连接到单片机的P3.3，E端连接到单片机的P3.6，DB0DB7显示数据端连接到单片机的P0.0P

14、0.7；在Keil下新建项目，输入源程序并编译，与Proteus连接后，进入调试方式，全速运行，看仿真的显示是否正确。调试步骤：（1）首先要确保液晶屏的正常显示，如果程序运行时液晶屏没有显示，应仔细检查液晶屏控制线的连接是否与程序中的定义一致。（2）检查液晶屏显示的汉字的位置是否与项目要求的一致，如果不一致，应检查在显示汉字模块时的汉字显示的位置行、列是否计算正确。（3）检查液晶屏显示的温度是否随着温度传感器DS18B20的温度变化，如果不变，应检查接口是否连接一致。（4）检查电磁阀开关状态和浇灌时间是否根据温度的变化而变化，如果不变化，检查定时器是否正常工作，或是定时器的中断方式是否正确。调

15、试过程中出现的问题和解决方法：问题1：液晶屏没有显示。解决方法：液晶屏控制线的连接与程序中的定义不一致，经检查程序和原理图发现，在Proteus原理图中，P0是作为数据口的，而在LCD12864IO.C程序中写的是sfr LCD=0xa0，这样的话定义的是P2口，当改成LCD=0x80后，再调试发现屏幕上的信息显示正确。问题2：调试的时候将手放在传感器上，液晶屏上的温度值与实际温度相差大。 错误原因及解决方法：应检查发现，当把程序中的定义改过来以后，再调试发现温度与当前温度基本一致了。解决方法：液晶屏控制线的连接与程序中的定义不一致，程序中对DQ脚定义的是P1脚，而实验板上连的是P3脚，把sb

16、it LCD_RST=P17;sbit DI=P14;sbit RW=P15;sbit CS=P13;sbit EN=P16;中的连接口改成P3口。问题3：汉字显示低温、常温、高温不随着温度传感器DS18B20的温度的变化而改变。解决方法：没有使用定时器模块控制，添加定时器模块实现该功能。问题4：仿真时液晶屏上显示的浇灌时间与程序中定义的浇灌时间不一样长。解决方法：程序中定义的常温、高温的浇灌时间和用定时器控制时的定义的名称混淆。原定义的语句是#define water_time 5 /常温的浇灌时间，#define water_time1 10 /高温的浇灌时间，而判断温度时用定时器控制的语

17、句是if(temp0x0230)，if(counterwater_time) /判断温度是否大于35度，if(temp0x0180)，if(counter0x0230)，if(counterwater_time1) /判断温度是否大于35度，if(temp0x0180)，if(counterwater_time) /判断温度是否低于24度。第五章、 结束语本项目是自动浇灌系统的设计。以单片机80C51为核心，介绍了以它为控制系统的液晶屏的显示、温度的的检测和定时器的使用等设计。报告中详细介绍了液晶屏显示屏、温度传感器DS18B20、定时器的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的

18、程序设计，以及使用说明等。单片机控制系统程序采用C51语言进行编辑，通过编程控制液晶屏汉字显示的位置、电磁阀开关状态、浇灌时间、浇灌间隔时间。所显示字符的点阵数据从标准字库PCtoLCD2002软件中提取。在开始知道自己选择的该课程时有点紧张、忐忑，因为自己从未学过这门课程，而且第一节课老师告知我们大多数学生已经学过此课程，所以我们直接开始做项目实践。在得知第一个项目是自动浇灌系统的时候，挺替自己担心的。根据老师发给我们的项目的要求一步一步做，我很容易就做好了基础的显示：汉字的显示，在用定时模块控制电磁阀开关状态、浇灌时间时遇到了问题，经过自己的思考和同学的帮助下，我基本实现了自动浇灌系统的功

19、能。通过这次的项目实践，我发现项目并不是很难，能不能做成功一个项目，是要看个人的态度和了解的知识。如果自己不愿意花时间去分析，不愿意动脑筋去思考，不愿意动手去写代码，不愿意动手画Proteus仿真图，不愿意一步一步调试的话，我相信这样一个项目肯定做不成功。我能做出这个项目，除了个人的勤奋努力之外，还要感谢同学的帮助。附录Main()主模块：#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int#define water_time 5 /常温的浇灌时间#define water_time1 10 /高温的浇灌

20、时间extern void LCD_DispIni(void);extern void LCD_DispFill(uchar filldata);extern void LCD_DispChar(uchar cy,uchar cx,char dispdata);extern void LCD_DispStr(uchar cy,uchar cx,char *disp_str);extern void LCD_DispHZ(uchar cy,uchar cx,uchar dispdata);extern void LCD_DispHZStr(uchar cy,uchar cx,uchar *dis

21、p_str);extern void late();extern int readt(void);extern void convert(void); uchar dp16=0,0,1,1,2,3,3,4,5,5,6,6,7,8,8,9;/小数部分转换uchar count,count1;uchar s;uchar m;uchar h;uchar s1;uchar m1;uchar h1;uchar time_s,time_m;uchar counter; /定义的一个判断浇灌时间的中间变量uchar dbuf=00; /小数部分转换uchar dbuf1=00;void time0(void

22、) interrupt 1 /interrupt N表示函数声明为中断服务函数，1：定时器/计数器T0中断 TH0=-50000/256; /定时时间为50MS /取高8位 TL0=-50000%256; /取低8位 count+; /每中断一次，计数器加1 if(count=20) /每秒执行一次 count=0; s+; if(s=60) m+; s=0; if(m=60) m=0; h+; void time1(void) interrupt 3 /3：定时器/计数器T1中断 TH1=-50000/256; TL1=-50000%256; count1+; if(count1=20) c

23、ount1=0; s1+; if(s1=60) m1+; s1=0; if(m1=60) m1=0; h1+; main() int temp,i; /用来存放传感器的温度值 uchar str7=0,0,0,0,0,0; /用于将温度值转换为字符串 uchar st2=0,0; uchar buf=0,1,2,3,4,5,0xff; uchar du=27,0xff; uchar chang=9,10,8,0xff; uchar di=11,12,8,0xff; uchar gao=6,7,8,0xff; uchar jgsj=18,19,20,21,8,0xff; uchar dcf=13

24、,14,15,16,17,8,0xff; uchar on=25,0xff; uchar off=26,0xff; uchar fen=23,0xff; uchar miao=24,0xff; bit zf; /正负标记 温度在0度以下为1，否则为0 LCD_DispIni(); str1=:; /在屏幕指定位置显示 LCD_DispHZStr(0,1,buf); LCD_DispHZStr(1,6,du); LCD_DispHZStr(2,0,dcf); LCD_DispHZStr(3,0,jgsj); LCD_DispHZStr(3,5,fen); LCD_DispHZStr(3,7,mi

25、ao); count=0; s=0; TMOD=0x11; /定时器0和1都设置成方式1 TH0=-50000/256; TL0=-50000%256; TH1=-50000/256; TL1=-50000%256; ET0=1; /允许T0中断 TR0=1; /启动T0中断 ET1=1; TR1=1; EA=1; /开CPU中断 while(1) EA=0; convert(); for(i=0;i0x01E0) /判断温度是否大于30度 LCD_DispHZStr(1,0,gao); counter=m*60+s; if(counter5) /高温浇灌时间间隔 s=0; m=0; h=0;

26、 time_s=0; time_m=0; else if(temp0x01C0)/判断温度是否低于29度 TR0=0; TR1=0; s=0; m=0; h=0; s1=0; m1=0; h=0; LCD_DispHZStr(1,0,di); LCD_DispHZStr(2,6,off); time_s=0; time_m=0; else LCD_DispHZStr(1,0,chang); time_s=0; time_m=0; counter=m*60+s; if(counter10) /常温浇灌时间间隔 s=0; m=0; h=0; time_s=0; time_m=0; if(temp4

27、; /舍去小数部分 str0=temp/100+0x30; /求出百位的ASCII码 temp=temp%100; str1=temp/10+0x30; /求出十位的ASCII码 str2=temp%10+0x30; /求出个位的ASCII码 str3=.; dbuf0=(time_s%100)/10+0x30; dbuf1=time_s%10+0x30; dbuf10=(time_m%100)/10+0x30; dbuf11=time_m%10+0x30; if(zf=1) /如果是负数 if(str1=0) /如果十位为0 str0= ; /显示格式为 -x.x str1=-; else /如果十位不为0 str0=-; /显示格式为-xx.x else /如果是正数 if(str0=0) /如果百位、十位都是0 if(str1=0