温室盆栽灌溉系统设计（51）
目录
一、功能介绍
二、仿真原理图
设计思路：
单独51芯片和LCD1602，编写LCD初始化和显示函数，测试无误后，可用于显示后续数据用于排查错误.
搭建灌溉&警报系统，定义对应引脚测试电机，LED及蜂鸣器是否能正常工作
A/D转换电路，用电位器模拟湿度变化，测得一个0~5的模拟值，采用ADC0832进行A/D转换，将转换的数字信号处理为百分数显示在LCD屏幕
测试电机及警报工作所需的条件，设置两个阈值，当返回的湿度信号小于最低阈值，电机启动模拟灌溉直至湿度到最高阈值，且小于最低阈值时警报工作，此时实现了基本的湿度检测和自动灌溉
不同模式设置，设置三个字符串数组存三种花卉的名称，及三个数组存对应的三组最高/低阈值，通过独立按键检测函数判断按下的键码，LCD将显示对应的名称，阈值，另设三个按键实现阈值+/-，高低阈值转换
搭建晶振电路和复位电路
三、函数设计
1、延时函数
1.1、实现功能
1.2、代码实现
2、独立按键函数
2.1、实现功能
2.2、设计原理
2.3、代码实现
3、LCD1602功能函数
4、Warning函数
4.1、实现功能
4.2、设计原理
4.3、代码实现
5、 A/D模数转换函数
5.1、实现功能
5.2、设计原理
ADC0832工作原理：
5.3、代码实现
6、设置函数库
Key()函数
Setting函数
Show_Set函数，显示当前设置（名称，阈值，测得湿度）
Setting_Init（）函数 ，用于初始化按键，以及没有按键按下时默认显示水仙花的数据
main（）函数设计
主函数设计比较简单
最后晶振电路和复位电路实际在仿真可以省略，因为仿真过程里时钟频率是人为设置的（11.0592MHZ），复位电路并不会起效果，并且纯硬件电路也不需要编写代码，但在实际电路中是需要安装的
四、结果展示
一、功能介绍
二、仿真原理图
三、函数设计
1、延时函数
1.1、实现功能实现毫秒单位延时
1.2、代码实现#include<intrins.h>
void Delay(unsigned int xms)
{
unsigned char i, j;
while(xms)
{
_nop_();
i = 2;
j = 199;
do
{
while (--j);
} while (--i);
xms--;
}
}
2、独立按键函数
2.1、实现功能获取按键值函数，用于检测按下的按键键码
2.2、设计原理首先需要声明按键引脚
sbit SET_SHUIXIAN = P1^0;
sbit SET_MUDAN = P1^1;
sbit SET_MEIGUI = P1^2;
sbit SET_ADD = P1^3;
sbit SET_MINUS = P1^4;
sbit MOD = P1^5;
当引脚为低电平时接地表示对应按键按下
2.3、代码实现unsigned char Key()
{
unsigned char KeyNumber = 0;
if(SET_SHUIXIAN == 0){Delay(20);while(!SET_SHUIXIAN);Delay(20);KeyNumber = 1;}
if(SET_MUDAN == 0){Delay(20);while(!SET_MUDAN);Delay(20);KeyNumber = 2;}
if(SET_MEIGUI == 0){Delay(20);while(!SET_MEIGUI);Delay(20);KeyNumber = 3;}
if(SET_ADD == 0){Delay(20);while(!SET_ADD);Delay(20);KeyNumber = 4;}
if(SET_MINUS == 0){Delay(20);while(!SET_MINUS);Delay(20);KeyNumber = 5;}
if(MOD == 0){Delay(20);while(!MOD);Delay(20);KeyNumber = 6;}
return KeyNumber;
}
3、LCD1602功能函数
LCD1602功能函数有初始化、显示字符、显示无符号/有符号数字、显示字符串等等
函数声明模块
#ifndef __LCD1602_H__
#define __LCD1602_H__
void LCD_Init();
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char);
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String);
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
#endif
本次用到的LCD1602显示函数有LCD_Init、LCD_ShowString、LCD_ShowNum
代码实现段
void LCD_Init()
{
LCD_WriteCommand(0x38);
LCD_WriteCommand(0x0c);
LCD_WriteCommand(0x06);
LCD_WriteCommand(0x01);
}
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String)
{
unsigned char i;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=0;String[i]!=' ';i++)
{
LCD_WriteData(String[i]);
}
}
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=Length;i>0;i--)
{
LCD_WriteData(Number/LCD_Pow(10,i-1)%10+'0');
}
}
4、Warning函数
4.1、实现功能警报&灌溉函数，根据测得湿度控制发动机和警报系统工作
4.2、设计原理定义三个引脚
sbit PMQ = P2^3;
sbit LED_RED = P2^4;
sbit WATER = P2^5;
设置三个参数湿度humidity，最高阈值HIGH，最低阈值LOW
湿度小于阈值，开启发动机，LED和蜂鸣器警报
湿度大于等于阈值，发动机停止，LED和蜂鸣器不警报
湿度在阈值之间，发动机工作直至到达最高阈值，LED和蜂鸣器不警报
再使用前需初始化三个引脚，即给低电平，因为电路开启默认所有引脚为高电平
4.3、代码实现if(humidity<LOW)
{
WATER = 1;
LED_RED = 1;
PMQ = 1;
}
else if(humidity>=HIGH)
{
WATER = 0;
LED_RED = 0;
PMQ = 0;
}
else
{
LED_RED = 0;
PMQ = 0;
}
5、 A/D模数转换函数
5.1、实现功能ADC0832模数转换函数，将输入的模拟电压值（0-5V）转换为数字量
5.2、设计原理输入模拟量来自电位器电压值（0~5）
ADC0832工作原理：
· CS_ 片选使能，低电平芯片使能。
· CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。
· CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。
· GND 芯片参考零电位（地）。
· DI 数据信号输入，选择通道控制。
· DO 数据信号输出，转换数据输出。
· CLK 芯片时钟输入。
· Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）
其中DI,DO是双向的，一般不同时工作，所以将DI/DO连接咋同一个I/O口可节省IO口数量
时序图：
第一个时钟上升沿之前将CS'置0，表示芯片解除禁用，在此之前CLK,DI/DO电平任意
第一个时钟上升沿下沉之前将DI置为高电平，表示开启AD转换
第二、三时钟上升沿为选择工作方式，分别在时钟上升沿到来之前将DI置为0或1
若两位DI依次为1,、0，则工作方式为CH0单通道；
若两位数据为0、0，工作方式为CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入
若两位数据为0、1，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入
到第三个脉冲的下降之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取.
从第4个脉冲下降沿开始由DO端输出转换数据最高位Data7，随后每一个脉冲的下降沿DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据Data0，一个字节的数据输出完成，此阶段为MSB先出；自第12个脉冲开始从Data0开始每一个时钟依次从低位到高位重新读取该字节数据，用于校验，当两次读取的数据相同时，该数据就作为一次AD转换的结果输出.
5.3、代码实现定义引脚与头文件
#include<intrins.h>
sbit ADC_CLK = P3^1;
sbit ADC_CS = P3^0;
sbit ADC_DI = P3^2;
sbit ADC_DO = P3^2;
#include<intrins.h>中包括接下来需要用到的延时函数_nop_().
ADC0832初始化，未开始工作前，CS置1芯片禁用，CLK置0，DI/O任意
ADC_CS = 1;
ADC_CLK = 0;
ADC_DI = 1;
前三个时钟代码实现
ADC_CS = 0;
ADC_CLK = 0;
ADC_DI = 1;
_nop_();
ADC_CLK = 1;
_nop_();
ADC_CLK = 0;
ADC_DI = 1;
_nop_();
ADC_CLK = 1;
_nop_();
ADC_CLK = 0;
ADC_DI = 0;
_nop_();
ADC_CLK = 1;
_nop_();
ADC_CLK = 0;
ADC_DO = 1;
定义两个变量ad_result1 ,ad_result2 用于接收数据
LSB先出，设置8次循环，每次循环，模拟时钟上升沿和下降沿，并将ad_result1左移一位，当输出DO为1时ad_result1与0x01即（0000 0001）进行或运算，DO为0则不进行，8次循环后一个字节数据接收完成
MSB先出，同样设置8次循环，但在时序图中发现第12个时钟上升沿期间，Data0位已经在数据位，因此循环中先进行数据读取再模拟时钟上升沿和下降沿，数据读取不同点在于从最低位开始读取，因此将ad_result2右移一位，读取时与0x80进行或运算
代码实现
for(i=0;i<8;i++)
{
ADC_CLK = 1;
_nop_();
ADC_CLK = 0;
ad_result1 = ad_result1<<1;
if(ADC_DO==1)
ad_result1 = ad_result1 | 0x01;
}
for(i=0;i<8;i++)
{
ad_result2 = ad_result2>>1;
if(ADC_DO==1)
ad_result1 = ad_result1 | 0x80;
ADC_CLK = 1;
_nop_();
ADC_CLK = 0;
}
ADC_CLK = 1;
ADC_CS = 1;
ADC_DI = 1;
输出结果
if(ad_result1==ad_result2)
return ad_result1;
else
return 0;
这一阶段结束，可以设置湿度阈值来控制电机和警报
6、设置函数库
首先显然需要一个返回按下按键键码的函数
Key()函数引脚连接按键接地，当其中一个按键按下时，连接的引脚相当于直接接地，为低电平，因此低电平为判断条件，再将每个按键按下赋予键码和对应意义如图所示，代码在上文
整个Setting.c需要用到的库文件
#include"Setting.h"
#include"Warning.h"
#include"LCD1602.h"
#include"Delay.h"
#include<string.h>
#include <REGX51.H>
定义数组存储三种花卉的名称、阈值
unsigned char shuixian[2] = {20,70};
unsigned char mudan[2] = {30,60};
unsigned char meigui[2] = {25,75};
char name1[]="ShuiXianHua";
char name2[]="MuDanHua";
char name3[]="MeiGuiHua";
其他变量定义
unsigned char low = 20;
unsigned char high = 70;
char *str;
unsigned char Mod = 0;
char name[13] = ' ';
Setting函数void Setting(unsigned char Keynum,humidity)
当按键1按下时，str指针指向水仙花的阈值数组地址，要显示的最低最高阈值分别为水仙花的最低阈值和最高阈值，名称显示“ShuiXianHua” 以此类推；
if(Keynum == 1)
{
str = shuixian;
low = shuixian[0];
high = shuixian[1];
strcpy(name,name1);
}
当按键4按下时如果此时MOD=0,则str指向的当前数组里最低阈值减1，若MOD=1，当前最高阈值减1；按键5按下时同理，为+1
if(Keynum == 4)
{
if(Mod == 0)
{
(*str) = (*str)+1;
low = (*str);
}
else if(Mod == 1)
{
*(str+1) = *(str+1)+1;
high = *(str+1);
}
}
按键6按下为MOD在0、1之间转换，工作在加减最低阈值和加减最高阈值两种模式
if(Keynum == 6)
{
if(Mod == 0)
Mod = 1;
else if(Mod == 1)
Mod = 0;
}
Show_Set函数，显示当前设置（名称，阈值，测得湿度）由于存储名称和阈值的数组都为全局变量，而湿度需要在主函数中处理，所以Show_Set函数只有一个参数湿度humidity，为处理过湿度数据的百分数形式
LCD_ShowString(1,1,name);
LCD_ShowNum(2,14,humidity,2);
LCD_ShowString(2,16,"%");
LCD_ShowString(2,1,"S:");
LCD_ShowNum(2,3,low,2);
LCD_ShowString(2,5,"% N:");
LCD_ShowNum(2,10,high,2);
LCD_ShowString(2,12,"%");
Warning(humidity,high,low);
Setting_Init（）函数 ，用于初始化按键，以及没有按键按下时默认显示水仙花的数据SET_SHUIXIAN = 1;
SET_MUDAN = 1;
SET_MEIGUI = 1;
SET_ADD = 1;
SET_MINUS = 1;
MOD = 1;
LCD_ShowString(1,1,name1);
LCD_ShowString(2,1,"S:20");
LCD_ShowString(2,5,"% N:70");
LCD_ShowString(2,12,"%");
main（）函数设计
主函数设计比较简单
首先定义两个变量用于接收键码和A/D转换后的输出结果
其次是各模块初始化
LCD_Init();
Warning_Init();
ADC0832_Init();
Setting_Init();
处理A/D转换结果便于显示
ad_result = ADC0832_Conv();
ad = 1.0*ad_result*100/255;
接收键码并在判断有按键按下的时刻传递键码和湿度值给Setting函数修改设置
KeyNum = Key();
if(KeyNum)
{
Setting(KeyNum,ad);
}
LCD显示当前数据
Show_Set(ad);//LCD显示当前花名，阈值，测得湿度
由于键码按下只有一瞬间，所以显示数据函数需要放在判断条件外，在while循环里不断显示
最后晶振电路和复位电路实际在仿真可以省略，因为仿真过程里时钟频率是人为设置的（11.0592MHZ），复位电路并不会起效果，并且纯硬件电路也不需要编写代码，但在实际电路中是需要安装的四、结果展示
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