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单片机的模拟智能灌溉系统
最近在写简历，于是我开始翻翻我的电脑里面有什么存货可以拿来晒晒，没成想，还真有不少啊，于是我就先拿出一部分当年写的单片机程序来晒晒了！
首先是我当年的得意之作，模拟智能灌溉系统：
先上原理图
这是用proteus画的模拟图，当然还有实物图，不过都被我放在自己的工作室了（话说明明是实验室好不好）目前是在外面进一步学习，我就不把实物晒出来了。
程序的好坏在于它的流程图是否好，于是我就把我当时画的流程图拿了出来！
那么该项目到底是什么呢？
就是当年比赛的一个预习题，不过平台不一样搞得我当时比较狼狈就拿了个三等奖回来，哎，希望我嵌入式小组的学弟学妹们能够加油，帮我拿个一等奖回来！了了我心中的遗憾吧！
功能简述：
要求“模拟智能灌溉系统”能够实现土壤湿度测量、土壤湿度和时间显示、湿度阈值设定及存储等基本功能。通过电位器Rb2输出电压信号，模拟湿度传感器输出信号，再通过AD采集完成湿度测量功能；通过DS1302芯片提供时间信息；通过按键完成灌溉系统控制和湿度阈值调整功能，通过LED完成系统工作状态指示功能。系统硬件电路主要由单片机控制电路、显示单元、ADC采集单元、RTC单元、EEPROM存储单元、继电器控制电路及报警输出电路组成，系统框图如图1所示：
![clip_image002[5]](/d/file/p/2024/07/23/78ce23f984dfd727980b4f41673f4b93.jpg "clip_image002[5]")
1. 系统工作及初始化状态说明:
1.1、自动工作状态，根据湿度数据自动控制打开或关闭灌溉设备，以L1点亮指示；
1.2、手动工作状态，通过按键控制打开或关闭灌溉设备，以L2点亮指示；
1.3、系统上电后处于自动工作状态，系统初始湿度阈值为50%，此时若湿度低于50%，灌溉设备自动打开，达到50%后，灌溉设备自动关闭；
1.4、灌溉设备打开或关闭通过继电器工作状态模拟。
2. 数码管单元:
“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、秒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。
3. 报警输出单元:
系统工作于手动工作状态下时，若当前湿度低于湿度阈值，蜂鸣器发出提示音，并可通过按键S6关闭提醒功能。
4. 功能按键:
4.1、按键S7设定为系统工作状态切换按键；
4.2、手动工作状态下按键S6、S5、S4功能设定如下：
按下S6关闭蜂鸣器提醒功能，再次按下S6打开蜂鸣器提醒功能,如此循环；
S5功能设定为打开灌溉系统；S4功能设定为关闭灌溉系统。
4.3、自动工作状态下按键S6、S5、S4功能设定如下：
S6功能设定为湿度阈值调整按键，按下S6后，进入湿度阈值调整界面(如图3所示)，此时按下S5为湿度阈值加1，按下S4湿度阈值减1，再次按下S6后，系统将新的湿度阈值保存到EEPROM中，并退出湿度阈值设定界面。
5. 实时时钟:
“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、秒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。
6. 湿度检测单元:
以电位器Rb2输出电压信号模拟湿度传感器输出信号，且假定电压信号与湿度成正比例关系H湿度= KVRb2（K为常数），Rb2电压输出为5V时对应湿度为99%。
7. EEPROM存储单元:
系统通过EEPROM存储湿度阈值，自动工作状态下，可通过按键S6、S5、S4设置和保存阈值信息。
下面将是我写的一些代码了，大三上写的代码，可能不是那么好吧！勿见怪啊，当时都没有代码规范的思想，写得比较凌乱，我也因为对它不再想修改了，就不改格式了，因而对看本博客的同学们表示歉意了！
（1）主函数main.c#include<reg52.h> #include <intrins.h>#include<I2C.h>#define PCF8591 0x90 //PCF8591 地址#include<ds1302.h>//else IOunsigned char AD_CHANNEL;unsigned long xdata LedOut[8];unsigned int D[32];sbit LS138A=P2^2; sbit LS138B=P2^3;sbit LS138C=P2^4;sbit L1=P2^5;sbit L2=P2^6;sbit beed=P1^0;sbit RELAY=P1^1;sbit k4=P1^2;sbit k5=P1^3;sbit k6=P1^4;sbit k7=P1^5; //此表为 LED 的字模, 共阴数码管 0-9 - unsigned char code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40}; unsigned char delay1[8]={10,10,0,0,0,0,0,0}; unsigned char HUO,flag;unsigned char key,mode,th;/**延迟函数**/ void delay(){unsigned char a=100;while(a--); }/************at24c02功能模块***/void At24c02Write(unsigned char addr,unsigned char dat){ I2C_Start(); I2C_SendByte(0xa0, 1);//发送写器件地址 I2C_SendByte(addr, 1);//发送要写入内存地址 I2C_SendByte(dat, 0); //发送数据 I2C_Stop();}unsigned char At24c02Read(unsigned char addr){ unsigned char num; I2C_Start(); I2C_SendByte(0xa0, 1); //发送写器件地址 I2C_SendByte(addr, 1); //发送要读取的地址 I2C_Start(); I2C_SendByte(0xa1, 1); //发送读器件地址 num=I2C_ReadByte(); //读取数据 I2C_Stop(); return num; }/*******************************************************************ADC发送字节[命令]数据函数 *******************************************************************/bit ISendByte(unsigned char sla,unsigned char c){ Start_I2c(); //启动总线 SendByte(sla); //发送器件地址 if(ack==0)return(0); SendByte(c); //发送数据 if(ack==0)return(0); Stop_I2c(); //结束总线 return(1);}/*******************************************************************ADC读字节数据函数 *******************************************************************/unsigned char IRcvByte(unsigned char sla){ unsigned char c; Start_I2c(); //启动总线 SendByte(sla+1); //发送器件地址 if(ack==0)return(0); c=RcvByte(); //读取数据0 Ack_I2c(1); //发送非就答位 Stop_I2c(); //结束总线 return(c);}unsigned char keysan(void){ if(!k7) {while(!k7); return 7;} if(!k6) {while(!k6); return 6;} if(!k5) {while(!k5);return 5;} if(!k4) {while(!k4);return 4;}return 0;}/**初始设置函数**/void seting(){ unsigned char isFirstRun=0; beed=1; L1=0; L2=1; RELAY=1;mode=1; isFirstRun=!At24c02Read(2);//通过EEPROM的‘2‘地址出是否有值来判断是否为第一次运行 if(isFirstRun)//若第一次运行 { At24c02Write(2,1);//往‘2‘地址写入信息供以后开机时判断 At24c02Write(1,50);//写入默认阈值50 } else{HUO=At24c02Read(1);//从EEPROM的‘1‘地址处读出阈值} delay1[6]=HUO/10; delay1[7]=HUO%10; InitTIMER0(); //初始化定时器0 Set_RTC(); }/****判断函数***/void chouse(unsigned char key){ switch(key) { case 4: if(mode==1) { if(j==1) { HUO--; delay1[6]=HUO/10; delay1[7]=HUO%10; delay(); } } else { RELAY=1;} break; case 5: if(mode==1) {if(j==1) { HUO++; if(HUO>99)HUO=99; delay1[6]=HUO/10; delay1[7]=HUO%10; delay(); } } else {RELAY=0;} break; case 6:if(mode==1) { if(flag==1)//在设置模式，保存阈值并退出设置模式 { At24c02Write(1,HUO);//在EEPROM的‘1‘地址处写入阈值 flag=0; } else//不在设置模式，将进入设置模式 { flag=1; } } else {beed=(beed==1)?0:1;} break; case 7:if(mode==1) {mode=0;L1=0;L2=1;} else {mode=1;L1=1;L2=0;} break; default:break; } if(th<HUO) { if(mode==0)//手动模式 { if(beed==1)//如果打开了报警提示 beed=0;//报警 } else//自动模式 { RELAY=0;//打开灌溉 beed=1; } } else //不小于阈值 { if(mode==0)//手动模式 { if(beed==1)//如果打开了报警提示 beed=0;//关闭报警 } else//自动模式 { RELAY=1;//关闭灌溉 } } if(ReadRTC_Flag) { ReadRTC_Flag=0; Read_RTC(); l_tmpdisplay[0]=l_tmpdate[2]/16;//数据的转换，因我们采用数码管0~9的显示,将数据分开 l_tmpdisplay[1]=l_tmpdate[2]&0x0f; l_tmpdisplay[2]=10; //加入"-" l_tmpdisplay[3]=l_tmpdate[1]/16; l_tmpdisplay[4]=l_tmpdate[1]&0x0f; l_tmpdisplay[5]=10; } ISendByte(PCF8591,0x44); D[0]=IRcvByte(PCF8591); //ADC0 模数转换1 th=D[0]/2.55; if(th>99) th=99; l_tmpdisplay[6]=th/10; l_tmpdisplay[7]=th%10; }/**主函数***/void main(){ seting(); while(1) { key=keysan();chouse(key); } } void InitTIMER0(void){ TMOD|=0x01;//定时器设置 16位 TH0=0xef;//初始化值 TL0=0xf0; ET0=1; TR0=1; EA=1;} /******************************************************************//* 定时器中断函数 *//******************************************************************/void tim(void) interrupt 1 using 1//中断，用于数码管扫描{ static unsigned char i,num; TH0=0xf5; TL0=0xe0; if(flag==1) { //在设置模式 P0=table[delay1[i]]; } else { // P0=table[l_tmpdisplay[i]]; //查表法得到要显示数字的数码段 } switch(i) { case 0:LS138A=0; LS138B=0; LS138C=0; break; case 1:LS138A=1; LS138B=0; LS138C=0; break; case 2:LS138A=0; LS138B=1; LS138C=0; break; case 3:LS138A=1; LS138B=1; LS138C=0; break; case 4:LS138A=0; LS138B=0; LS138C=1; break; case 5:LS138A=1; LS138B=0; LS138C=1; break; case 6:LS138A=0; LS138B=1; LS138C=1; break; case 7:LS138A=1; LS138B=1; LS138C=1; break; } i++; if(i==8) { i=0; num++; if(10==num) //隔段时间读取1302的数据。时间间隔可以调整 { ReadRTC_Flag=1; //使用标志位判断 num=0; } } }（2）I2C总线函数#include<reg52.h>#include <intrins.h>#include <I2C.h>#define NOP() _nop_() /* 定义空指令 */#define _Nop() _nop_() /*定义空指令*/sbit SCL=P2^1; //I2C 时钟 sbit SDA=P2^0; //I2C 数据 bit ack; /*应答标志位*//******************************************************************* 起动总线函数 函数原型: void Start_I2c(); 功能: 启动I2C总线,即发送I2C起始条件. ********************************************************************/void Start_I2c(){ SDA=1; /*发送起始条件的数据信号*/ _Nop(); SCL=1; _Nop(); /*起始条件建立时间大于4.7us,延时*/ _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SDA=0; /*发送起始信号*/ _Nop(); /* 起始条件锁定时间大于4μs*/ _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=0; /*钳住I2C总线，准备发送或接收数据 */ _Nop(); _Nop();}/******************************************************************* 结束总线函数 函数原型: void Stop_I2c(); 功能: 结束I2C总线,即发送I2C结束条件. ********************************************************************/void Stop_I2c(){ SDA=0; /*发送结束条件的数据信号*/ _Nop(); /*发送结束条件的时钟信号*/ SCL=1; /*结束条件建立时间大于4μs*/ _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SDA=1; /*发送I2C总线结束信号*/ _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop();}/******************************************************************* 字节数据发送函数 函数原型: void SendByte(UCHAR c);功能: 将数据c发送出去,可以是地址,也可以是数据,发完后等待应答,并对 此状态位进行操作.(不应答或非应答都使ack=0) 发送数据正常，ack=1; ack=0表示被控器无应答或损坏。********************************************************************/void SendByte(unsigned char c){ unsigned char BitCnt; for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++) /*要传送的数据长度为8位*/ { if((c<<BitCnt)&0x80)SDA=1; /*判断发送位*/ else SDA=0; _Nop(); SCL=1; /*置时钟线为高，通知被控器开始接收数据位*/ _Nop(); _Nop(); /*保证时钟高电平周期大于4μs*/ _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=0; } _Nop(); _Nop(); SDA=1; /*8位发送完后释放数据线，准备接收应答位*/ _Nop(); _Nop(); SCL=1; _Nop(); _Nop(); _Nop(); if(SDA==1)ack=0; else ack=1; /*判断是否接收到应答信号*/ SCL=0; _Nop(); _Nop();}/******************************************************************* 字节数据接收函数 函数原型: UCHAR RcvByte();功能: 用来接收从器件传来的数据,并判断总线错误(不发应答信号)， 发完后请用应答函数应答从机。 ********************************************************************/ unsigned char RcvByte(){ unsigned char retc; unsigned char BitCnt; retc=0; SDA=1; /*置数据线为输入方式*/ for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++) { _Nop(); SCL=0; /*置时钟线为低，准备接收数据位*/ _Nop(); _Nop(); /*时钟低电平周期大于4.7μs*/ _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=1; /*置时钟线为高使数据线上数据有效*/ _Nop(); _Nop(); retc=retc<<1; if(SDA==1)retc=retc+1; /*读数据位,接收的数据位放入retc中 */ _Nop(); _Nop(); } SCL=0; _Nop(); _Nop(); return(retc);}/******************************************************************** 应答子函数函数原型: void Ack_I2c(bit a);功能: 主控器进行应答信号(可以是应答或非应答信号，由位参数a决定)********************************************************************/void Ack_I2c(bit a){ if(a==0)SDA=0; /*在此发出应答或非应答信号 */ else SDA=1; _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=1; _Nop(); _Nop(); /*时钟低电平周期大于4μs*/ _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=0; /*清时钟线，钳住I2C总线以便继续接收*/ _Nop(); _Nop(); }void I2C_Delay10us(){ unsigned char a,b; for(b=1; b>0; b--) { for(a=2; a>0; a--); }}/******************************************************************************** 函 数 名 : I2C_Start()* 函数功能 : 起始信号：在I2C_SCL时钟信号在高电平期间I2C_SDA信号产生一个下降沿* 输 入 : 无* 输 出 : 无* 备 注 : 起始之后I2C_SDA和I2C_SCL都为0****************************************************************************/void I2C_Start(){ SDA = 1; I2C_Delay10us(); SCL = 1; I2C_Delay10us();//建立时间是I2C_SDA保持时间>4.7us SDA = 0; I2C_Delay10us();//保持时间是>4us SCL = 0; I2C_Delay10us(); }/******************************************************************************* 函 数 名 : I2C_Stop()* 函数功能 : 终止信号：在I2C_SCL时钟信号高电平期间I2C_SDA信号产生一个上升沿* 输 入 : 无* 输 出 : 无* 备 注 : 结束之后保持I2C_SDA和I2C_SCL都为1；表示总线空闲******************************************************************************/void I2C_Stop(){ SDA = 0; I2C_Delay10us(); SCL = 1; I2C_Delay10us();//建立时间大于4.7usSDA = 1; I2C_Delay10us(); }/******************************************************************************** 函 数 名 : I2cSendByte(uchar num)* 函数功能 : 通过I2C发送一个字节。在I2C_SCL时钟信号高电平期间，* * 保持发送信号I2C_SDA保持稳定* 输 入 : num ,ack* 输 出 : 0或1。发送成功返回1，发送失败返回0* 备 注 : 发送完一个字节I2C_SCL=0, 需要应答则应答设置为1，否则为0******************************************************************************/unsigned char I2C_SendByte(unsigned char dat, unsigned char ack){ unsigned char a = 0,b = 0;//最大255，一个机器周期为1us，最大延时255us。 for(a=0; a<8; a++)//要发送8位，从最高位开始 { SDA = dat >> 7; //起始信号之后I2C_SCL=0，所以可以直接改变I2C_SDA信号 dat = dat << 1; I2C_Delay10us(); SCL = 1; I2C_Delay10us();//建立时间>4.7us SCL = 0; I2C_Delay10us();//时间大于4us }SDA = 1; I2C_Delay10us(); SCL = 1; while(SDA && (ack == 1))//等待应答，也就是等待从设备把I2C_SDA拉低 { b++; if(b > 200) //如果超过200us没有应答发送失败，或者为非应答，表示接收结束 { SCL = 0; I2C_Delay10us(); return 0; } } SCL = 0; I2C_Delay10us(); return 1; }/******************************************************************************** 函 数 名 : I2cReadByte()* 函数功能 : 使用I2c读取一个字节* 输 入 : 无* 输 出 : dat* 备 注 : 接收完一个字节I2C_SCL=0*****************************************************************************/unsigned char I2C_ReadByte(){unsigned char a = 0,dat = 0; SDA = 1; //起始和发送一个字节之后I2C_SCL都是0 I2C_Delay10us(); for(a=0; a<8; a++)//接收8个字节 { SCL = 1; I2C_Delay10us(); dat <<= 1; dat |= SDA; I2C_Delay10us(); SCL = 0; I2C_Delay10us(); } return dat; }其H文件：extern bit ack;//起动总线函数extern void Start_I2c();//结束总线函数 extern void Stop_I2c();//应答子函数extern void Ack_I2c(bit a);//字节数据发送函数extern void SendByte(unsigned char c);//有子地址发送多字节数据函数 extern bit ISendStr(unsigned char sla,unsigned char suba,unsigned char *s,unsigned char no) ;//无子地址发送多字节数据函数 extern bit ISendStrExt(unsigned char sla,unsigned char *s,unsigned char no);//无子地址读字节数据函数 extern unsigned char RcvByte();extern void I2C_Start();extern void I2C_Stop();extern unsigned char I2C_SendByte(unsigned char dat, unsigned char ack);extern unsigned char I2C_ReadByte();(3)DS1302时钟函数：#include<reg52.h> //包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义#include <intrins.h>sbit SCK=P3^6; //时钟 sbit SDA=P3^4; //数据 sbit RST = P3^5;// DS1302复位bit ReadRTC_Flag;//定义读DS1302标志unsigned char l_tmpdate[7]={0,30,8,15,5,3,8};//秒分时日月周年08-05-15 12:00:00unsigned char l_tmpdisplay[8];code unsigned char write_rtc_address[7]={0x80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8a,0x8c}; //秒分时日月周年 最低位读写位code unsigned char read_rtc_address[7]={0x81,0x83,0x85,0x87,0x89,0x8b,0x8d}; //code unsigned char table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40}; //共阴数码管 0-9 ‘-‘ ‘熄灭‘表/******************************************************************//* 写一个字节 *//******************************************************************/void Write_Ds1302_Byte(unsigned char temp) { unsigned char i; for (i=0;i<8;i++) //循环8次 写入数据 { SCK=0; SDA=temp&0x01; //每次传输低字节 temp>>=1; //右移一位 SCK=1; }} /******************************************************************//* 写入DS1302 *//******************************************************************/void Write_Ds1302( unsigned char address,unsigned char dat ) { RST=0; _nop_(); SCK=0; _nop_(); RST=1; _nop_(); //启动 Write_Ds1302_Byte(address); //发送地址 Write_Ds1302_Byte(dat); //发送数据 RST=0; //恢复}/******************************************************************//* 读出DS1302数据 *//******************************************************************/unsigned char Read_Ds1302 ( unsigned char address ){ unsigned char i,temp=0x00; RST=0; _nop_(); _nop_(); SCK=0; _nop_(); _nop_(); RST=1; _nop_(); _nop_(); Write_Ds1302_Byte(address); for (i=0;i<8;i++) //循环8次 读取数据 { if(SDA) temp|=0x80; //每次传输低字节 SCK=0; temp>>=1; //右移一位 _nop_(); _nop_(); _nop_(); SCK=1; } RST=0; _nop_(); //以下为DS1302复位的稳定时间 _nop_(); RST=0; SCK=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); SCK=1; _nop_(); _nop_(); SDA=0; _nop_(); _nop_(); SDA=1; _nop_(); _nop_(); return (temp); //返回}/******************************************************************//* 读时钟数据 *//******************************************************************/void Read_RTC(void) //读取 日历{ unsigned char i,*p; p=read_rtc_address; //地址传递 for(i=0;i<7;i++) //分7次读取 秒分时日月周年 { l_tmpdate[i]=Read_Ds1302(*p); p++; }}/******************************************************************//* 设定时钟数据 *//******************************************************************/void Set_RTC(void) //设定 日历{ unsigned char i,*p,tmp; for(i=0;i<7;i++){ //BCD处理 tmp=l_tmpdate[i]/10; l_tmpdate[i]=l_tmpdate[i]%10; l_tmpdate[i]=l_tmpdate[i]+tmp*16; } Write_Ds1302(0x8E,0X00); p=write_rtc_address; //传地址 for(i=0;i<7;i++) //7次写入 秒分时日月周年 { Write_Ds1302(*p,l_tmpdate[i]); p++; } Write_Ds1302(0x8E,0x80);}其H文件：extern void Write_Ds1302_byte(unsigned char temp); extern void Write_Ds1302( unsigned char address,unsigned char dat );extern unsigned char Read_Ds1302 ( unsigned char address );extern void Read_RTC(void);//read RTC extern void Set_RTC(void); //set RTC extern void InitTIMER0(void);//inital timer0extern bit ReadRTC_Flag;//定义读DS1302标志extern unsigned char l_tmpdisplay[8];extern unsigned char l_tmpdate[7];extern bit ReadRTC_Flag;//定义读DS1302标志
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