2013 年“蓝桥杯”第五届全国软件和信息技术专业人才大赛
单片机设计与开发项目模拟试题
竞赛时间:5 小时
题 号 | 一 | 二 | 三 | 总分 | 配 分 | 10 分 | 30 分 | 60 分 | 100 分 | 得 分 |
“模拟智能灌溉系统”设计任务书
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:
图 1. 系统框图
MCS-51 单片机资料、I2C 总线驱动程序和 DS1302 时钟芯片驱动程序、CT107D 单片机
综合训练平台电路原理图以及本题所涉及到的芯片数据手册,可参考计算机上的电子文档。
程序流程图及相关工程文件请以考生准考证号命名,并保存在计算机上的考生文件夹中,文
件夹位于 Windows 桌面上。
数码管显示
ADC 蜂鸣器&LED
RTC
继电器
EEPROM
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设计任务及要求
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
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。
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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。
8. 电路设计部分
使用 PTC 热敏电阻、场效应管、继电器及简单阻容元件设计“智能灌溉系统”中置
于电机内部的过热保护电路,当电机内部温度超过 70℃,断开电机电源,设计电路
原理图并简述设计思路与电路工作原理。
PTC 热敏电阻参数说明:
当温度小于 68℃时,热敏电阻阻值小于 100 欧姆;温度超过 68℃后,电阻值随温度
升高呈阶跃性增高,温度到达 70℃后,热敏电阻阻值接近 10kΩ。
一. 电路原理图设计
使用原理图绘图软件,根据电路设计部分要求设计电路,并将原理图文件保存在考生文
件夹中(文件夹以考生的准考证号命名)。
二. 程序编写及流程图绘制
1. 画出程序流程图,保存在考生文件夹中。
2. 按照设计要求完成程序设计任务,并将工程文件保存在考生文件夹中。
三. 系统调试
将编译通过的程序下载到单片机中,进行系统调试。
1. 湿度数据检测功能实现
2. 显示功能正常,显示格式符合题目要求
3. EEPROM 湿度阈值保存功能实现
4. 按键功能实现,符合设计要求
5. 继电器控制功能实现,符合设计要求
6. 蜂鸣器、LED 提示功能实现,符合设计要求
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