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2013 年“藍(lán)橋杯”第五屆全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽
單片機(jī)設(shè)計與開發(fā)項目模擬試題
競賽時間：5 小時
| 題 號 | 一 | 二 | 三 | 總分 | | 配 分 | 10 分 | 30 分 | 60 分 | 100 分 | | 得 分 |
“模擬智能灌溉系統(tǒng)”設(shè)計任務(wù)書
功能簡述
要求“模擬智能灌溉系統(tǒng)”能夠?qū)崿F(xiàn)土壤濕度測量、土壤濕度和時間顯示、濕度閾值設(shè)
定及存儲等基本功能。通過電位器 Rb2 輸出電壓信號，模擬濕度傳感器輸出信號，再通過
AD 采集完成濕度測量功能；通過 DS1302 芯片提供時間信息；通過按鍵完成灌溉系統(tǒng)控制
和濕度閾值調(diào)整功能，通過 LED 完成系統(tǒng)工作狀態(tài)指示功能。系統(tǒng)硬件電路主要由單片機(jī)
控制電路、顯示單元、ADC 采集單元、RTC 單元、EEPROM 存儲單元、繼電器控制電路及
報警輸出電路組成，系統(tǒng)框圖如圖 1 所示：
圖 1. 系統(tǒng)框圖
MCS-51 單片機(jī)資料、I2C 總線驅(qū)動程序和 DS1302 時鐘芯片驅(qū)動程序、CT107D 單片機(jī)
綜合訓(xùn)練平臺電路原理圖以及本題所涉及到的芯片數(shù)據(jù)手冊，可參考計算機(jī)上的電子文檔。
程序流程圖及相關(guān)工程文件請以考生準(zhǔn)考證號命名，并保存在計算機(jī)上的考生文件夾中，文
件夾位于 Windows 桌面上。
數(shù)碼管顯示
ADC 蜂鳴器&LED
RTC
繼電器
EEPROM
大賽組委會版權(quán)所有，未經(jīng)允許，不得轉(zhuǎn)載。 2 / 4
設(shè)計任務(wù)及要求
1. 系統(tǒng)工作及初始化狀態(tài)說明
1.1 自動工作狀態(tài)，根據(jù)濕度數(shù)據(jù)自動控制打開或關(guān)閉灌溉設(shè)備，以 L1 點亮指示；
1.2 手動工作狀態(tài)，通過按鍵控制打開或關(guān)閉灌溉設(shè)備，以 L2 點亮指示；
1.3 系統(tǒng)上電后處于自動工作狀態(tài)，系統(tǒng)初始濕度閾值為 50%，此時若濕度低于
50%，灌溉設(shè)備自動打開，達(dá)到 50%后，灌溉設(shè)備自動關(guān)閉；
1.4 灌溉設(shè)備打開或關(guān)閉通過繼電器工作狀態(tài)模擬。
2. 數(shù)碼管單元
時間及濕度數(shù)據(jù)顯示格式如圖 2 所示：
| 0 | 8 | - | 3 | 0 | 8 | 0 | 5 | | 時（8時） | 分隔符 | 分（30分） | 熄滅 | 濕度(5%) | | 數(shù)碼管DS1 | 數(shù)碼管DS2 |
圖 2. 顯示格式（8 點 30 分，土壤濕度 5%）
3. 報警輸出單元
系統(tǒng)工作于手動工作狀態(tài)下時，若當(dāng)前濕度低于濕度閾值，蜂鳴器發(fā)出提示音，并
可通過按鍵 S6 關(guān)閉提醒功能。
4. 功能按鍵
2.1 按鍵 S7 設(shè)定為系統(tǒng)工作狀態(tài)切換按鍵；
2.2 手動工作狀態(tài)下按鍵 S6、S5、S4 功能設(shè)定如下：
按下 S6 關(guān)閉蜂鳴器提醒功能，再次按下 S6 打開蜂鳴器提醒功能,如此循環(huán)；
S5 功能設(shè)定為打開灌溉系統(tǒng)；
S4 功能設(shè)定為關(guān)閉灌溉系統(tǒng)。
2.3 自動工作狀態(tài)下按鍵 S6、S5、S4 功能設(shè)定如下：
S6 功能設(shè)定為濕度閾值調(diào)整按鍵，按下 S6 后，進(jìn)入濕度閾值調(diào)整界面(如圖 3
所示)，此時按下 S5 為濕度閾值加 1，按下 S4 濕度閾值減 1，再次按下 S6 后，系
統(tǒng)將新的濕度閾值保存到 EEPROM 中，并退出濕度閾值設(shè)定界面。
| - | - | 8 | 8 | 8 | 8 | 5 | 2 | | 濕度閾值設(shè)置提示符 | 熄滅 | 濕度閾值(52%) | | 數(shù)碼管DS1 | 數(shù)碼管DS2 |
圖 3. 濕度閾值設(shè)定界面
5. 實時時鐘
“模擬智能灌溉系統(tǒng)”通過讀取 DS1302 時鐘芯片相關(guān)寄存器獲得時間，DS1302
芯片時、分、秒寄存器在程序中設(shè)定為系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)定，時間為 08 時 30 分。
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6. 濕度檢測單元
以電位器 Rb2 輸出電壓信號模擬濕度傳感器輸出信號，且假定電壓信號與濕度成正
比例關(guān)系 H 濕度 = KVRb2（K 為常數(shù)），Rb2 電壓輸出為 5V 時對應(yīng)濕度為 99%。
7. EEPROM 存儲單元
系統(tǒng)通過 EEPROM 存儲濕度閾值，自動工作狀態(tài)下，可通過按鍵 S6、S5、S4 設(shè)置
和保存閾值信息。
8. 電路設(shè)計部分
使用 PTC 熱敏電阻、場效應(yīng)管、繼電器及簡單阻容元件設(shè)計“智能灌溉系統(tǒng)”中置
于電機(jī)內(nèi)部的過熱保護(hù)電路，當(dāng)電機(jī)內(nèi)部溫度超過 70℃，斷開電機(jī)電源，設(shè)計電路
原理圖并簡述設(shè)計思路與電路工作原理。
PTC 熱敏電阻參數(shù)說明：
當(dāng)溫度小于 68℃時，熱敏電阻阻值小于 100 歐姆;溫度超過 68℃后，電阻值隨溫度
升高呈階躍性增高，溫度到達(dá) 70℃后，熱敏電阻阻值接近 10kΩ。
一. 電路原理圖設(shè)計
使用原理圖繪圖軟件，根據(jù)電路設(shè)計部分要求設(shè)計電路，并將原理圖文件保存在考生文
件夾中（文件夾以考生的準(zhǔn)考證號命名）。
二. 程序編寫及流程圖繪制
1. 畫出程序流程圖，保存在考生文件夾中。
2. 按照設(shè)計要求完成程序設(shè)計任務(wù)，并將工程文件保存在考生文件夾中。
| 項目名稱 | 得分 | 評卷人 | | 系統(tǒng)調(diào)試 |
三. 系統(tǒng)調(diào)試
將編譯通過的程序下載到單片機(jī)中，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。
1. 濕度數(shù)據(jù)檢測功能實現(xiàn)
2. 顯示功能正常，顯示格式符合題目要求
3. EEPROM 濕度閾值保存功能實現(xiàn)
4. 按鍵功能實現(xiàn)，符合設(shè)計要求
5. 繼電器控制功能實現(xiàn)，符合設(shè)計要求
6. 蜂鳴器、LED 提示功能實現(xiàn)，符合設(shè)計要求
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