第四届-模拟智能灌溉系统

一． 题目概述：

1. 目的：
   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。
2. 元器件：
   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。
3. 具体操作：
4. 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。
5. 数码管单元
   时间及湿度数据显示格式如图 2 所示：
   0 8 - 3 0 8 0 5
   时（8时） 分隔符 分（30分） 熄灭 湿度(5%)
   数码管DS1 数码管DS2

图 2. 显示格式（8 点 30 分，土壤湿度 5%）
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
2.1 按键 S7 设定为系统工作状态切换按键；
2.2 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。
2.3 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。

• • 8 8 8 8 5 2
    湿度阈值设置提示符 熄灭 湿度阈值(52%)
    数码管DS1 数码管DS2

图 3. 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。

二．对问题的解读

1. 所谓的电位器Rb2也就是滑动变阻器Rb2,目的在于让滑动变阻器模拟湿度传感器。
2. RTC单元也就是时钟单元。
3. AD就是数模转换器。
4. I2c控制AD和E2PROM两部分，驱动大致一样，只是存储位置不一样。
   AD：0X90 E2PROM:0XA0
5. 灌溉设备的开与关是以继电器的亮灭情况显示的。
6. 在写时钟的驱动时，初始化即为写数据。
   三．问题的难点
   A. 最难的地方在于，控制系统的部分，也就是独立按键。这一部分，涉及到状态切换，继电器和蜂鸣器的状态等。极易让人混淆。
   B. 其次，就是更改官方给的驱动。

四．问题的解决
A. 控制系统：

void keyscan()
{
	if(P30==0)
	{
		delayms(5);
			if(P30==0)
			{
				//手动状态
				if(status==0)
				{
					status=1;
					P2=0x80;
					P0=0xfd;
				}
				//自动状态
				else if(status==1)
				{
					status=0;
					P2=0x80;
					P0=0xfe;
				}
				
			}
			while(!P30);
	}	

	
	
	
	else  	if(P31==0)
	{
		delayms(5);
			if(P31==0)
			{
				
				if(status==0)
				{
					if(S6==0){S6=1;}
					else if(S6==1){S6=0;EEPROM_write(0x10,fazhi);}//退出时将阀值记录
				}
				
				else if(status==1)
				{
					kai=~kai; //手动状态时，蜂鸣器位移响应
				}
				
			}
			
			while(!P31);
	}
	
	
	
	
		else 	if(P32==0)
	{
		delayms(5);
			if(P32==0)
			{
				
				if(status==0){jia=1;}//自动状态  加1
				else if(status==1){jidian=1;}//手动状态 打开继电器

			}
			while(!P32);
	}
	
	
		else 	if(P33==0)
		{
			delayms(5);
			if(P33==0)
			{
				
				if(status==0){jian=1;}//自动状态  减1
				else if(status==1){jidian=0;}//手动状态 关闭继电器
					
			}
			while(!P33);
		}
	
}

还有主函数的部分：
		//自动状态
		if(status==0)
		{
			if(shidufazhi)
				{
					//关闭继电器与否
					if(jidian==1){P2=0xa0;P0=0x10;}
					else if(jidian==0){P2=0xa0;P0=0x00;}
				}
				
				yi=shijian[2]/10;er=shijian[2]%10;san=10;
				si=shijian[1]/10;wu=shijian[1]%10;liu=11;
				qi=shidu/10;ba=shidu%10;
		}
		
	}
}

B. 驱动
i. I2c通信改动部分

uchar  AD_read(uchar add)
{
	uchar temp;
	
IIC_Start();
IIC_SendByte(0x90);
IIC_WaitAck();
IIC_SendByte(add);
IIC_WaitAck();
IIC_Stop();

IIC_Start();
IIC_SendByte(0x91);
IIC_WaitAck();
temp=IIC_RecByte();
IIC_Stop();

return temp;

}

uchar EEPROM_read(uchar add)
{
	uchar temp;
	
IIC_Start();
IIC_SendByte(0xa0);
IIC_WaitAck();
IIC_SendByte(add);
IIC_WaitAck();
IIC_Stop();

IIC_Start();
IIC_SendByte(0xa1);
IIC_WaitAck();
temp=IIC_RecByte();
IIC_Stop();

return temp;

}

void  EEPROM_write(uchar add,uchar dat)
{
	IIC_Start();//启动开始接受信号
	IIC_SendByte(0xa0);//选择器件
	IIC_WaitAck();//响应
	IIC_SendByte(add);//写地址
	IIC_WaitAck();//响应
	IIC_SendByte(dat);//写数据
	IIC_WaitAck();//响应
	IIC_Stop();//停止接受信号
	

}

ii. 时钟

uchar shijian[]={0,30,8,0,0,0,0};
				unsigned char Read_Ds1302 ( unsigned char address )
				{
				 	unsigned char i,temp=0x00,dat1,dat2;//更改
				 	RST=0;
					_nop_();
				 	SCK=0;
					_nop_();
				 	RST=1;
					_nop_();
				 	Write_Ds1302_Byte(address);
				 	for (i=0;i<8;i++) 	
				 	{		
						SCK=0;
						temp>>=1;	
				 		if(SDA)
				 		temp|=0x80;	
				 		SCK=1;
					} 
				 	RST=0;
					_nop_();
				 	RST=0;
					SCK=0;
					_nop_();
					SCK=1;
					_nop_();
					SDA=0;
					_nop_();
					SDA=1;
					_nop_();
					
					dat1=temp/16;
					dat2=temp%16;
					temp=dat1*10+dat2;
				//	temp=0.39*temp;
					return (temp);			
				}
				//初始化
				void DS_init(void)
				{
				 uchar i,add;
					add=0x80;//80是写，81则是读
					Write_Ds1302(0x8e,0x00);//开始对1302进行操作
					for(i=0;i<7;i++)
					{
						Write_Ds1302(add,shijian[i]);
						add=add+2;
					}
					Write_Ds1302(0x8e,0x80);//80则是关闭
				}
				//读取
				void DS_get()
				{
				  uchar i,add;
					add=0x81;//81是读
					for(i=0;i<7;i++)
					{
						shijian[i]=Read_Ds1302(add);
						add=add+2;
					}
					Write_Ds1302(0x8e,0x80);
				}

五．经验总结
 驱动的更改没有太大的变化，只需要将更改地方理解并记住即可。做了几次真题，驱动也就更改那么几下，大致不会改变。所以，需要平时反复的理解并加以记忆，方可将这一部分写好。需要说明的是：驱动就只有3个部分i2c总线，DS1302和DS18B20。而i2c总线只控制两个部分：ADC转换器和EEPROM(带电可擦可编程读写器)，在这一届赛题中，这一部分已经定型，可以当做模板使用。
 独立按键的部分，思维卡在了如何调换模式上，自己想了两个办法，一个是逻辑关系不对，另一个是自认为逻辑正确，但实际没有实现。这个的核心在于：设立一个标志位，举个栗子：工作状态的转换，用status这样一个标志位，用0表示自动状态，用1表示手动状态。即可区分开来。那么蜂鸣器和继电器也是同样的道理。但到这里并没有完全解决这个问题，蜂鸣器和继电器的开和关的判定也是一个问题。在子函数掉用过后，主函数中尤其要注意这个问题。继电器的判断还是比较容易的，但蜂鸣器就没有那么简单了。办法和之前的一样，设置一个标志位kai,根据题意进行改动。他在子函数中，需要反复实现转换时，就要用到位移~可以实现了。这样就用不到for循环了，简便易懂。
 怎么对阀值实现加减呢？我原来的想法是：在调用IIC的程序时增加一个变量num，便可以实现。但现实是不可以。那么正确的办法是：需要定义一个变量加法：jia, 还有阀值：fazhi。在S5键盘按下后，主函数进行判断，之后立即归0 ，为的是下一次加的时候，不会多加。最后直接将阀值加1。减法也是如此。
 驱动程序怎么改动？
以时钟芯片为例：在驱动的基础上，最重要的是初始化，也相当于读的操作。当然根据程序的要求，不能合二为一，需要分开写，因为两者还是有点区别的。首先，要注意的是：0x80是写数据，0x81是读数据，之后的操作是一样的，6个字节靠for循环一个一个进去，进行操作，最后就是停止这些操作。还有一点小问题，就是延时的问题，驱动中给的是52的延时，但是51的比52的快了8-12倍，所以，需要将延时，加上7个机器周期。
 读问题时，注意元器件的转化。
 以后再做赛题时，先看有何功能，按照这样的次序写程序： 写十五分钟的模板
改驱动 看任务书写操作并逐步调试。这样的大思路三步走，基本可以写完几乎全部的程序了。