畢業設計題目名稱基于單片機的土壤溫濕度控制系統的設計與實現學院信息工程學院年級專業2017級通信工程班級1班學號20170218007姓名蘇江麗指導教師黃磊二〇二一年五月

學生誠信承諾書我承諾所呈交的畢業設計是本人在指導教師的指導下，按照學校和學院的有關規定，獨立研究完成的。本人在畢業設計寫作過程中恪守學術道德和學術規范，論文中凡引用他人已經發表或未發表的成果、數據、觀點等，均已注明并列出了有關文獻的名稱、作者、年份、刊物名稱和出版文獻的出版機構、出版地和版次等內容，除此之外均為本人的觀點和研究成果。本人在學術不端行為檢測中所提交的論文與畢業答辯論文在題目、內容上一致。如有違反，本人愿接受處罰并承擔責任。學生（簽名）：年月日指導教師誠信承諾書我承諾在指導學生畢業設計活動中遵守學校有關規定，恪守學術規范。在學術不端行為檢測中所提交的學生論文與其畢業答辯論文在題目、內容上一致。指導教師（簽名）：年月日PAGE1摘要由于其強大的功能和成熟的技術，單片機在市場上的應用范圍十分廣泛。例如，在控制系統或數據采集系統中，單片機起著核心作用。溫度和濕度在生產生活中起十分重要的作用，因此，研究出能準確測量溫度和濕度的系統，是一件對生產生活都極有重要意義的事情。課題選擇的核心控制芯片是STC89C52單片機，信息呈現窗口采用LCD1602液晶顯示屏，通過土壤濕度、溫度傳感器來采集數據信息。用戶操作界面通過外部鍵盤實現，從而實現系統的參數設置和操控。當溫度或濕度超過預設值時將觸發警告功能。根據系統硬件的設計方案，選擇性能符合的元器件進行組裝，同時根據實際情況進行相關模塊的電路設計。軟件設計部分使用C語言程序實現溫濕度監控工程。通過實物的驗證測試，系統各模塊功能實現很好，實驗簡單方便操作，對土壤溫濕度的采集和研究具有一定的參考意義。關鍵詞：STC89C52；溫濕度控制系統；溫濕度數據采集DesignandimplementationofsoiltemperatureandhumiditycontrolsystembasedonSingleChipMicrocomputerABSTRACTBecauseofitspowerfulfunctionandmaturetechnology,singlechipmicrocomputeriswidelyusedinthemarket.Forexample,inacontrolsystemoradataacquisitionsystem,asinglechipmicrocomputerplaysacorerole.Temperatureandhumidityplayaveryimportantroleinproductionandlife.Therefore,itisofgreatsignificancetodevelopasystemthatcanaccuratelymeasuretemperatureandhumidity.ThecorecontrolchipselectedforthisprojectisSTC89C52singlechipmicrocomputer,andLCD1602liquidcrystaldisplayisusedintheinformationpresentationwindow,anddatainformationiscollectedbysoilhumidityandtemperaturesensors.Theuserinterfaceisrealizedbyanexternalkeyboard,thusrealizingtheparametersettingandoperationofthesystem.Whenthetemperatureorhumidityexceedsthepresetvalue,thewarningfunctionwillbetriggered.Accordingtothedesignschemeofthesystemhardware,componentswithsatisfactoryperformanceareselectedforassembly,andthecircuitdesignofrelatedmodulesiscarriedoutaccordingtotheactualsituation.Inthesoftwaredesignpart,Clanguageprogramisusedtorealizethetemperatureandhumiditymonitoringproject.Throughthephysicalverificationtest,thefunctionsofeachmoduleofthesystemarewellrealized,andtheexperimentissimpleandconvenienttooperate,whichhascertainreferencesignificanceforthecollectionandresearchofsoiltemperatureandhumidity.Keywords：STC89C52；Temperatureandhumiditycontrolsystem；Temperatureandhumiditydataacquisition

目錄TOC\t"heading1,1,heading2,2,heading3,3,heading4,4"摘要 IABSTRACT II目錄 III1緒論 11.1論文背景 11.2國內外發展現狀 11.3論文的目的和意義 21.4本章小結 22溫濕度控制系統的整體規劃 32.1系統功能設計 32.2系統的設計原則 32.2.1可靠性 32.2.2性價比 32.3系統的總體構架 42.4控制芯片STC89C52 52.5I2C總線和SPI總線介紹 62.5.1I2C總線 62.5.2SPI總線 73溫度濕度控制系統硬件設計 93.1系統硬件概述 93.2傳感器的設計 103.2.1溫度傳感器 103.2.2濕度傳感器 123.3系統電源線路 123.4系統顯示模塊線路 133.5報警模塊線路 143.6繼電器電路設計 153.7本章小結 164溫濕度系統軟件設計 174.1系統軟件設計概述 174.2主函數框架設計 184.3溫度數據采集程序設計 184.4液晶程序設計 204.5本章小結 215系統性能測試 215.1硬件平臺測試 215.2I2C接口測試 215.3人機操作界面測試 225.4系統性能 235.5本章小結 246結論 25參考文獻 26致謝 28

南寧學院本科畢業設計PAGE11緒論1.1論文背景如今，隨著電子技術和計算機技術的發展，社會也在不斷的進步，現在各種智能儀器設備層出不窮，極大的提高了人們的生產力及工作效率。土地是人類賴以生存基礎，人們對土地的探究從來沒有停止過。土壤是由各種顆粒狀礦物質、水分、空氣、微生物組成，其中，土壤水分占有25%的重要比重，而在作物生長的過程中，土壤的溫濕度起到重要的作用，溫度在種子發芽、土壤有機物分解、土壤吸水率和土壤營養物供應等都存在一定的影響，濕度不僅影響土壤溫度的高低，還對作物的光合作用、土壤根部的呼吸和生長存在影響。隨著科學技術的發展，我國的溫濕度的測控技術在不斷學習中已經邁向成熟，但這項技術只能在單項的環境因子的控制中使用，由于對于溫度和濕度的測控系統不夠完善，并且對于溫度和濕度控制的系統和調節裝置等級不夠并且沒有實現系統化，所以我們可以采用單片機來調節，因為它的能耗很低，調節能力很強，并且體積很小可以靈活的使用，能很好地彌補溫濕度檢測技術的不足,當單片機用于溫度和濕度控制時，它更加方便。因此設計一個基于單片機的土壤溫濕度控制系統符合現代生產的需求，不僅能更好地服務于農業生產，也能提高設備的工作效率和改造質量。1.2國內外發展現狀在國外，自1970年代以來，隨著大規模和超大規模集成電路的出現[1]，控制工程行業的需求不斷增長。隨著單片機的功能不斷完善，它的內部資源得到了豐富，從而使單片機的外部總線也得到了完善，單片機的控制功能由此確立。因此，國外溫濕度控制方面取得了飛速的發展，不僅在工業領域中得到廣泛應用，還在其他許多方面取得了很多科技成果。目前，由于單片機在國外各個領域全面、深入的發展和應用，國外的溫濕度控制系統也在全方面快速發展，在一些重要領域具有重大的研究意義。在國內，我國目前的溫度和濕度控制技術的總體技術水平處于落后的水平。成熟的產品主有以“點”控制和常規控制器[1]，不能適應復雜多變的的溫濕度環境，控制方面有許多不足。系統很難控制滯后、繁雜和變化無常的溫度和濕度系統。相比國外高端的自控儀表，國內技術存在很多不足。因此，國內溫濕度控制技術還需要進一步提升，才能彌補落后的差距。隨著單片機技術在各個領域的全面發展，溫濕度控制系統在溫室作物培育是起到重要的作用，再觀我國溫濕度控制系統的進展，溫濕度控制系統存在成本高、應用范圍小、精度不足等缺陷，因此，采用單片機設計低成本、高功能的土壤溫濕度控制系統具有非常開朗的運用前景和實質意義。1.3論文的目的和意義課題的目的是規劃一種基于單片機的土壤溫濕度控制系統。系統應用單片機作為操縱芯片，利用土壤溫度和濕度傳感器檢測溫度，然后將土壤溫度和濕度值與預設值進行比較，以確定是否要澆水。使用者還可以依據土壤溫度和濕度信息決定是否澆水，還可以限制澆水時間。本課題研究的意義是：方便培育作物的人員按作物生長的需求按時按量進行澆水，同時通過系統更好的對作物的生長環境進行更好的監控，從而達到準確有效地對作物的溫濕度進行把控，節省了人力探測的時間和精力。1.4本章小結本章主要介紹論文的研究背景，國內外的研究近況以及論文的目的和意義。從而開始進行相關的設計。

2溫濕度控制系統的整體規劃2.1系統功能設計系統可以完成以下三種任務:（1）溫濕度傳感器用來及時收集土壤的溫濕度數值。根據空間大小和實際需要，在多個位置設置合理的收集點[2]。收集點的傳感器將及時收集溫度和濕度，無線傳輸模塊將數據進行傳遞到單片機配置好的單片機后進行數據分析和管理，經過LCD呈現當前值。（2）若所測得的溫度的數據不在開始設定的范圍內，單片機就會做出反應，通過溫濕度的調節模塊，啟動灑水裝置，向當前土壤灑水降溫并補充水分，從而改進土壤的溫度和濕度。及時收集溫度和濕度，并將數據傳遞到單片機進行解決。當數據不合理時，將啟動調節裝置，直到溫度和濕度到達合適的值為止。此刻，單片機將發送和關上溫度和濕度調節裝置，并通過這兩個功能輪回作用，協同將土壤的溫度和濕度維持在合理范圍內。2.2系統的設計原則2.2.1可靠性系統在完成人們規定任務的完成度我們稱之為系統的可靠性。由于科學技術的提升，系統的組成元器件越來越繁雜，從而提高系統性能的可靠性是一件十分重要的事情。為了更好的保證在正確操作下的系統可靠性，我們在構建系統時就需要選擇更加高質量的零件，并且在系統的硬件和軟件上盡可能加大接地面積，同時要正確合理的對電路板進行布線。另外正確操作是系統在運行的過程中不會因為各種原因發生故障而停止運行，在運行過程之中對人們的指令有良好的反應。2.2.2性價比性價比的全稱是績效與價格的比率，并且可以根據其字面含義來解釋就是目標價格和實際價格的比例。性價比在系統的建立過程之中也是需要考慮的重要因素。性價比根據您的產品性能條件，我們在系統的搭建上首先要考慮是否滿足基本的功能，其次就需要考慮價格問題，但是由于性價比的特殊比例關系考慮它的時候需要理解它的使用范圍，不能片面的來看。單片機具有體積小而靈活方便的特點，其占領市場賴以生存的條件是：低電壓化、低功耗與功能性強大，而且性價比也比較高[3]。從而使單片機系統在市場上的使用范圍不斷擴大。所以，在設計的時候，不僅要考慮單片機的性能還有考慮價格的合理性，從而達到降低成本的作用，例如，在系統性能和速度滿足要求的情況下簡化單片機的外圍的硬件電路，多利用軟件，減少硬件的成本。2.3系統的總體構架溫度濕度的控制系統需要完成以下四個目的：進行溫濕度的數據采集，對于數據進行處理與分析，保存數據入庫，分析后進行溫度和濕度的調整并且進行蜂鳴器警告。系統的構建必須能夠自動進行數據的采集與分析并且對電路進行控制，同時能夠與人機通信，因此需要具有強大的管理能力，高可靠性和簡易系統結構的CPU作為系統處理器[5]。有許多芯片可以滿足此要求，例如使用十分普遍的單芯片微型計算機。系統是基于STC89C52單片機設計的。構建系統的基本框架如下圖所示，由圖可以看出系統主要分為以下板塊：濕度數據采集板塊，溫度數據采集板塊，噴水板塊，蜂鳴器報警板塊，檢測水位板塊。

2-1系統總體框圖系統采用單片機STC89C52，通過DS18B20溫度傳感器獲取溫度信息，從電容式濕度傳感器獲取土壤的濕度信息，從而實現對土壤溫度和濕度的檢測。2.4控制芯片STC89C52STC89C52控制芯片是一款具有低能耗，高性能特點的CMOS8位的微型控制芯片[6]，它其中含有8K字節的可控制的存儲空間。它有以下的特點：32位I/O端口，512字節的RAM、內置EEPROM存儲器、看門狗定時器、保證單片機每次都能從一個固定的相同的狀態開始工作復位電路，定時器/計數器3個，如圖2-2所示。此外，STC89C52具有2種軟件可選的節省模式。在賦閑模式下，RAM，定時器/計數器，串行端口和中斷可以工作，但是CPU停止工作。在掉電保護這一模式下，儲存RAM內容，單片機不工作，振蕩器被凍結，直到下一次硬件復位或中斷為止。圖2-2STC89C52引腳圖按照STC89C52單片機系列的功用，我們完成以下任務：獲取溫度信號和濕度信號；操縱鍵盤和液晶顯示屏構成菜單界面；操縱外圍電路；系統工作流程是：人工事先規定測定土壤的溫度和濕度的臨界值，規定時間內測定土壤的溫濕度，并且不斷刷新，一旦測定的土壤的溫度和濕度高出設立的界限時，系統就會啟動溫濕度調節裝置，及時灑水進行溫濕度調節。2.5I2C總線和SPI總線介紹2.5.1I2C總線Inter-IntegratedCircuit即I2C總體線路，I2C總體線路是多主機總線[6]，可以有1個或多個能夠操縱總線的器件與總線相連,主服務器根據固定的通信協議確定地址并向從服務器發送信息。在數據傳播過程中，主機啟動數據傳輸，主機通過SCL線傳輸時鐘，同時通過SDA線傳輸數據。信息傳播的目標和方向以及信息傳播的開始和結束都是由宿主決定的。I2C總線特征：I2C總線由2條物理線組成[6]，這樣的設計即節省了芯片的10引腳，又節省了PCB的面積及線材成本。I2C總線協議規范比較簡單，各部件的邏輯很容易在芯片內部以硬件的方式予以實現。對于具有一定設計經驗的工程師而言，即使內部沒有硬件I2C總線接口，通過軟件模擬的方式實現IC總線也是比較簡單的。I2C總線支持種類繁多的器件，極大程度的方便了工程師在設計產品是的芯片選型。應用I2C總線，多數器件可以同時直接掛在總線上，不需附加額外的I/O線或者譯碼線。I2C總線擁有優良的電氣兼容性，兼容3V/5V的邏輯電平。在具體應用時，只需選擇適當的上拉電阻即可。I2C總線同時兼顧低速通信和高速通信，即可以使用低于10Kbls的速率與低速器件進行傳輸，也可以使用400Kb/s的速率與高速器件進行通信。在I2C總線路上測定數據的有效性：如圖2.3所示，當SCL線上的時鐘信號在低電平狀態下，系統會改變收集到數據的電平狀態，當SCL線上的時鐘信號的電平處于高電位周期變化時，收集到的數據保持穩定。圖2-3I2C總線上數據有效性數據圖2.5.2SPI總線SPI是串行外圍設備接口（SerialPeripheralInterface）的縮寫，通常有3根線，并且通常有1根低電平有效的片選線，可以在連接各種設備時使用。SPI總線的四個工作方式為：SP0,SP1,SP2,SP3。SIP總線的數據傳輸工程中需要時鐘驅動[7]。SIP總線的時鐘信號SCK分別為時CPOL和時CPHA，CPOL決定有效時鐘是高電平還是低電平，CPHA決定有效時鐘的相位，這兩個參數配合起來決定SIP總線的數據傳輸時序。在片選信號（CS）有效是，對數據傳輸線（MISO或MOSI）上的采樣在SCK信號的上升沿或下降沿都可以。如果采樣跳變沿是SCK信號的第1個跳變沿，則相位控制CPHA為0；如果采樣跳變沿是SCK信號的第2個跳變沿，則相位控制位CPHA為1。SCK空閑時有兩種極性，低電平對應CPOL為0，高電平對于CPOL為1。SPI接口時序如圖2-4、圖2-5所示:圖2-4CPHA=0時SIP總線數據傳輸時序圖2-5CPHA=1時SIP總線數據傳輸時序利用SPI總線來進行數據傳輸的原理是：當有兩個元件使用SPI總線來進行傳輸數據時，需要在時鐘信號的控制之下將數據輸入或者輸出在移位寄存器之中。如果需要傳輸數據的元件大于兩個時，需要在系統之中添加一個來控制多出的器件進行數據的輸入和輸出的元件片選端。SPI傳輸的信號是利用轉化為二進制數據的原理進行傳輸的，系統將收集到的數據轉化為二進制數，隨后沿上升沿和下降沿進行寄存器數據的讀出。

3溫度濕度控制系統硬件設計3.1系統硬件概述本文選擇使用基于STC89C52系列單片機的核心處理器作為硬件平臺，在這一平臺之上進行系統的拓展。在系統搭建上最基本的板塊是輸出顯示和數據輸入板塊。利用溫濕度傳感器實時收集土壤的溫濕度，然后ADC轉換收集的數據并存儲有效數據。最后，在LCD顯示屏上呈現出有效的數據。其中，溫度傳感器為DS18B20，濕度傳感器為電容式濕度傳感器。圖3-1為系統的硬件數據處理結構圖，圖3-2為系統所需的硬件的電路圖。3-1系統硬件處理結構圖3-2系統硬件所需的電路圖3.2傳感器的設計3.2.1溫度傳感器系統通過利用DS18B20這一溫度傳感器來采集土壤溫度的數據，DS18B20芯片是一種采用數字方式的溫度傳感器，通過數字信號來進行輸出信號。DS18B20數字溫度傳感器采用單線接口[9]，只有一根信號線與CPU連接，從而簡化了電路設計，溫度數據來源于數據總線。現場總線溫度以單總線模式直接傳輸，具有很高的可靠性。-55°C?+125°C為測量溫度范圍，-10°C?+85°C時測量精度可以達到0.125°C，符合設計要求。單線可以滿足它與STC89C52單片機接口之間的連接，接口電路變得非常簡單，出現這一現象的原因是由于DS18B20芯片采用的協議是單線協議。通過放置在端口的方向寄存器，可以通過STC89C52單片機設置端口的輸入和輸出方向[10]，從而可以很好地實現單總線數據的讀寫功能。使用單片機的P12口與DS18B20的芯片進行接口，如圖3-2，將采集到的溫度信息通過自身轉化模快轉換成數字信號提供給單片機。DS18B20工作原理如圖3-3所示：在DS18B20中共有2個石英晶體振蕩器[10]，一個為低溫度系數振蕩器，其震蕩頻率受溫度影響很小，另一個為元件為高溫度系數振蕩器，隨溫度變化他的振蕩頻率明顯改變。低溫度系數振蕩器的脈沖信號送給計數器1，高溫度系數振蕩器的脈沖信號送給計數器2。具體轉換步驟如下：計數器1預先設置高溫度系數振蕩器，以-55°C為基準，在1/2轉換時間，變化1°C的脈沖個數。溫度寄存器設置為-55°C。進入前1/2轉換時間，計數器2記錄高溫度系數振蕩器在這一轉換時間內的脈沖個數。進入后1/2轉換時間，在這個計數器里面一是對溫度很低的振動的頻率做一個減法的算數，意思就是說把計數器一與二里面這樣情況的都進行一個減法算數。當計數器1的預判數據已經降到零的時候，這個相關的一個溫度可以是增加到一，但是計數器一這相關的一系列操作都要重新計數了。當計數器2的計數到達0時，后1/2轉換時間結束，在這個時候這個溫度儀器里面的所得到的數據就是我們測量的溫度數據。3-2溫度檢測線路圖圖3-3DS18B20工作原理圖3.2.2濕度傳感器電容性土壤濕度傳感器的靈敏零件是關于濕度敏感電容器的。濕敏元件還可以分成兩個部分:一是水元素和非水元素以及力量型濕敏元件這三部分組成。二是根據水元素的特性把這里面易與一些固體相粘附的特點進行制作。電容式傳感器是將被測量的變化轉換為電容量的變化，再經過測量轉換電路轉換為電壓、電流或頻率[10]。其結構是上、下兩極板間夾著由濕敏材料構成的電介質，并將下極板高度在玻璃或陶瓷基片上。當感應到周邊的環境里面的一個干濕有所改變的時候，就會引起這個電介質的相關數據也發生變動，并且相應的一些容量也會有改變，所以我們只用觀察相關電容變化就能檢測周圍溫濕度的大小。電容式土壤濕度傳感器通過電容的變化量來檢測土壤濕度。該電路在絕緣漆的保護下不直接接觸潮濕的土壤，達到了保護傳感器的目的。相反，工作壽命更長。該傳感器支持3.3?5.5V寬電壓工作環境，可直接在許多平臺上使用。如圖3-4所示。3-4濕度傳感器線路圖3.3系統電源線路電源電路的相關設計，在這里面著重觀察的是系統電源與微控制器系統硬件電路的一個基礎設計，這兩者也是影響我們這個設計能否正常運行的兩個要素。單片機系統運營單一只可以在比較單一的輸出電源情況下，才能正常運行。如果電源帶路設計不夠全面就會導致硬件故障或系統運行不夠穩定。穩壓電源輸出的直流電壓通過專用電源插座引入系統。本系統使用USB電源電路。如圖3-5電源電路線路圖所示。3-5電源電路線路圖3.4系統顯示模塊線路顯示模塊我們選用的是LCD1602型號的液晶顯示器，在顯示器上可以清晰的顯示土壤溫度和濕度的顯示(電路原理圖如圖3-6所示)。1腳VSS為連接到系統接地。該接地需要與微控制器相同。2腳VDD為連接到5V電路。這可以來自單片機，也可以是單獨的電源。3腳VO為顯示對比度[15]。在5V和地之間連接一個大約20K的電位計，以調節顯示器的對比度。4腳RS為注冊選擇。選擇命令或數據寄存器。邏輯低=命令，高=數據。RW表示為讀/寫端。顯示屏是只寫入的設備。此引腳接地以隨時保持其寫入模式。6腳E為啟用端，當低電平有效時，該引腳使能寫入顯示器。D0-D7為數據引腳，D0-D7用于8位模式，D4-D7用于4位模式。圖3-6顯示模塊線路圖3.5報警模塊線路報警模塊分兩個部分：水位開關和報警電路。水箱的水位由水位開關進行檢驗。當水箱水量正常時，系統正常運行；反之，報警電路輸出報警信號。系統的報警電路通過單片機的P11端口進行控制[15]。報警電路如圖3-7所示。當P11為高電平時，晶體管Q1處于飽和狀態，蜂鳴器鳴響。當P11為低電平時，晶體管Q1處于截止狀態，蜂鳴器不發聲。如果單片機檢測到水箱水位超過最低設置的界限時，則P11交替輸出高電、低電平，蜂鳴器發出有規律的聲音。如果水箱水位正常，則蜂鳴器不響。3-7蜂鳴報警線路圖3.6繼電器電路設計本系統一共有四組繼電器，單片機本身可以自動控制繼電器的打開和關閉的狀態，打開相應的電源設備，然后控制系統的溫度和濕度。如圖3-7所示。圖3-7繼電器線路圖3.7本片小總結我們這個文章主要是對系統硬件設計的相關流程做了一個詳細解釋，首先要知道這里面各個板塊的是作用什么的，再根據功能需求挑選適合的硬件設備，之后把這里面的電路連接起來。然后再把他們連接的一個基本原理和操作的過程做一個詳細完整的敘述。

4溫濕度系統軟件設計4.1系統軟件設計概述軟件的正常運行除了合理的電路設計作為基礎，軟件的設計與應用也是十分重要的。設計的系統之中我們包括了許多不同的小板塊，所有的板塊的有機結合之后成為一個整體，對所有小板塊進行各自的編程，計算和測試，使得所有小板塊能夠實現各自的功能，然后合理組合所有板塊就構成了一個完整的系統。采取這樣的方式可以在之后的改進和更新換代之中較為便利的改變和調整各個模塊的位置與作用，這樣我們的系統就可以根據不同的情況進行不同的調整，所以組裝完成后對其進行初始化進行通電。初始化主要是對單片機的各個部位的工作設置。隨后系統通過溫濕度傳感器將數據傳輸處理之后顯示，并且進行灑水或者進行報警處理。主要流程圖如圖4.1。4-1主程序流程圖系統先編寫1602主程序模塊、溫度采集主程序模塊、濕度采集子程序模塊等程序模塊，然后編寫主程序模塊。軟件編程完成后，調試軟件。調試完成后，根據硬件進行軟件和硬件的調試。經過多次調試，系統的程序更加完善，最終完成了產品的軟、硬件聯合調試。4.2主函數框架設計為了使得程序更好的實現其目的并且使得代碼更加清晰明了，需要設計程序框架，一個程序的框架清晰明了，這個程序就像是一個可以實現多任務的微型系統。為了更好實現多任務系統，通過利用C語言之中的IF功能來實現不同板塊不同任務的轉變。就是在主要的函數順序結構之中采用條件語句來進行不同任務的轉變，并且在函數的設計中也可以自行進行停止是十分必要的。其中vioduartinit函數對單片機的串口進行初始化，delay_ms函數進行延遲操作。如圖4-2所示。4-2主函數程序框圖4.3溫度數據采集程序設計DS18B20內部的主要4個部分：64位ROM，溫度傳感器，用于儲存用戶設定的溫度上/下限值得觸發器[16]TH和TL，配置寄存器。DS18B20表示的是這個軟件的一個接口，是關于通訊的接口也是這個原因是所以要把它的ROM規劃好，不然關于記憶與管控這些功能無法正常運行。DS18B20收集到溫度數據時，數據保存在DS18B20的存儲器。經過推演得出溫度。測量結果將被放在DS18B20內存中。通過閱讀發出記憶功能的指揮，閱讀內容的片上存儲器。溫度數據使用的搜集的一個過程圖如下圖采集程序流程圖4-3可見。圖4-3溫度采集子程序流程圖通過以下步驟來獲得溫度值：（1）首先我們需要使芯片處于初始位置，啟動處理器后首先將低電平的信號發送到GPN8端，需要維持最少480微秒，隨后釋放總體線路，這一步驟是用來接受經過DS18B20的脈沖信號，這一信號在釋放總體線路之后15至60微秒后發出，這一脈沖信號的電平是低狀態的，這一信號存在60到240微秒之間。這一步驟之后，就形成了協議，之后就可以通過讀取寄存器或者觀測GPN8來進行數據信號交流。（2）之后就開始進行信息交流，在交流過程之中首先發出的是8位的ROM的命令，并且在每一個交流周期之下ROM命令只可以發送一次。（3）在輸送完ROM指令之后，需要儲存數據的信息指令。我們需要測定土壤的溫度，就需要把溫度信號轉化為信息指令，我們需要時間為60微秒的硬件來為我們進行轉化溫度，8位的ROM指令需要轉移到8次的GNP8上，并且需要的時間要超過60微秒。（4）一個周期結束后我們需要讀取采集到的數據，讀取數據的時間根據時鐘的周期來進行，一個周期結束后進行復位，不采用ROM指令，由于我們要讀取12位的溫度信號，發送的為8位數的溫度信號，所以我們需要讀取兩次來獲得精確的溫度。4.4液晶程序設計LCD1602由5x7或5x11點矩陣這個點位構成每個點位都代表一個字符，并且每兩個字符是有間隔的，有一個間隔把它們進行間隔。LCD1602可顯示2行，每個行中可顯示16個字符。其內部結構圖如圖4-5所示。圖4-5LCD內部結構圖LCD1602具有平行端口，即可同時控制多個引腳[17]。RS：一個寄存器選擇引腳，控制在LCD內存中編寫數據的位置。R/W：在閱讀和寫作模式之間選擇的讀/寫引腳。E：接收高級（1）時讀取信息的啟用引腳。當信號從高級別更改為低級別時，指令將運行。D0~D7進行讀寫數據。操作時序圖如圖4-6、圖4-7所示。如4-6寫操作時序圖4-7讀操作時序圖4.5本片小總結這個文章把這個軟件應用的一個設計想法做了一個詳細的解說，在這個里面我們主要是根據通過過程與構造框圖介紹設計過程，主要對溫濕度數據采集程序、LCD1602顯示程序進行詳細說明。5系統性能測試系統已經基本達到設想要求，具備簡易良好的操作性能，良好的人機交互界面。通過一系列的檢測，確認系統已經達到可靠性和安全性。5.1硬件平臺測試STC89C52此單片機是我們這個軟件里面的一個最主要的芯片，這個芯片對這個軟件的調節與它的運營都起著至關重要的作用。單片機正常執行程序指令的條件與單片機的機器周期[18]有直接關系，機器周期由單片機的時鐘頻率/晶體振蕩器決定。因此，要確保單片機的晶體振蕩器沒有問題，才能保證單片機正常工作。檢測晶體振蕩器時，先給此軟件通電，然后再用示波器對這個里面的關于它振動的一個正弦波做出顯示看它是否正常工作。5.2I2C接口測試這個系統的設計利用了單片機的兩種I或者O的兩種不同的接口，其中一種是SPI的總體線路的接口,還有一種是I2C的總體線路接口，為了確保系統的完整，我們要對兩種接口分別進行測試。這個系統的設計我們利用了I2C總體線路接口的復用的技術，時鐘芯片STC89C52芯片和時鐘芯片PCF8563所接的晶振的頻率為32kHZ，并且兩個芯片都掛在了數據線和時鐘線這兩個信號線上。PCF8563的CLK邊的輸出信號的波形為頻率為32KHz的方波，我們利用示波器觀察它的輸出波形準確的頻率為32KHz，這樣我們就能夠確定芯片可以正常工作。如圖5-1所示。圖5-1I2C接口信號波形圖5-1是測試STC89C52控制芯片的SCL腳和SDA腳測量出信號的波形圖。上面的波形為SDA一側的輸出信號的波形，這一波形顯現的是數據信號，下面的波形為SCL一側的輸出信號的波形，這一波形顯現的是時鐘信號，與數據信號相比就較為整齊。通過觀測波形，SDA波上存在許多不平的毛刺，我們可以判斷出在傳遞信號的過程之中存在其他因素的干擾。通過觀察研究波形圖，說明時鐘信號和單片機之間的信號交流通順，可以采取I2C端接口來進行數據傳輸。5.3人機操作界面測試這一操作顯示界面主要由控制按鍵和LCD12864型號的液晶顯示屏組成，根據系統的程序設定，顯示界面主要可以顯示兩部分的信息：一是溫度和濕度的顯示界面，用來顯示所測得的溫度和濕度；二是設置溫度濕度的界面，可以在這一界面上設置溫度和濕度的標準值。溫度和濕度的調節按鍵主要包括上下調節鍵、設置鍵、確定鍵這四個實體按鍵，系統一旦通電，就從溫濕度顯示界面開始，如圖5-2所示:圖5-2溫濕度顯示界面在第二個屏幕上主要顯示的是溫度和濕度的測定值，我們首先需要選取在溫度和濕度傳感器范圍內的溫濕度測量范圍，在這一范圍之內，控制系統會響應傳達到的指令，如圖5-3所示:圖5-3溫濕度設置界面5.4系統性能經過以上的測定方法我們可以看出這一測試控制系統可以完美的實現設計的最初目標，并且也可以達到設計書所提出的所有要求，系統性能測試總結如5-1表所示:5-1測試結果系統已經能夠基本能夠實現設計的目標性能，通過測試，各方面功能都穩定。那么可以判斷系統目前已經達到正常運行的效果，實現了總體的設計目標。5.5本章小結總的來說，通過分析研究各板塊所需要達到的目的并且對各個板塊的功能進行優化改進，通過對測試的結果進行分析研究，與理論值進行比較，證明該系統可以準確的反映土壤的溫濕度測量要求，這樣達到了設計書上的設計要求。

6結論系統的控制系統是STC89C52單片機，從而通過溫濕度傳感器的作用，實現土壤溫濕度數據的收集。通過LCD的人機交互界面對溫濕度信息進行呈現，還具有水位報警功能。課題介紹了整體系統的研究設計方法，主要包括整個系統的軟件和硬件的設計方案。在研究開始，以系統的硬件設計方案為基礎，分別給出了不同功能的板塊的研究設計方式，主要包含數據收集和水位報警模塊等幾部分。課題通過每個模塊的需求來挑選適合的芯片，再根據不同板塊功能來設計電路模塊。隨后在系統的軟件設計方案之中介紹了系統的整體設計方案以及各部分的軟件設計方式。最后再根據具體情況對系統進行微調。總的來說，通過分析研究各板塊所需要達到的目的并且對各個板塊的功能進行優化改進，通過對測試的結果進行分析研究，與理論值進行比較，證明該系統可以準確的反映