2013 年“藍橋杯”第五屆全國軟件和信息技術專業人才大賽
單片機設計與開發項目模擬試題
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”設計任務書
功能簡述
要求“模擬智能灌溉系統”能夠實現土壤濕度測量、土壤濕度和時間顯示、濕度閾值設
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控制
和濕度閾值調整功能，通過 LED 完成系統工作狀態指示功能。系統硬件電路主要由單片機
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，系統框圖如圖 1 所示：
圖 1. 系統框圖
MCS-51 單片機資料、I2C 總線驅動程序和 DS1302 時鐘芯片驅動程序、CT107D 單片機
綜合訓練平臺電路原理圖以及本題所涉及到的芯片數據手冊，可參考計算機上的電子文檔。
程序流程圖及相關工程文件請以考生準考證號命名，并保存在計算機上的考生文件夾中，文
件夾位于 Windows 桌面上。
數碼管顯示
ADC 蜂鳴器&LED
RTC
繼電器
EEPROM
大賽組委會版權所有，未經允許，不得轉載。 2 / 4
設計任務及要求
1. 系統工作及初始化狀態說明
1.1 自動工作狀態，根據濕度數據自動控制打開或關閉灌溉設備，以 L1 點亮指示；
1.2 手動工作狀態，通過按鍵控制打開或關閉灌溉設備，以 L2 點亮指示；
1.3 系統上電后處于自動工作狀態，系統初始濕度閾值為 50%，此時若濕度低于
50%，灌溉設備自動打開，達到 50%后，灌溉設備自動關閉；
1.4 灌溉設備打開或關閉通過繼電器工作狀態模擬。
2. 數碼管單元
時間及濕度數據顯示格式如圖 2 所示：
| 0 | 8 | - | 3 | 0 | 8 | 0 | 5 | | 時（8時） | 分隔符 | 分（30分） | 熄滅 | 濕度(5%) | | 數碼管DS1 | 數碼管DS2 |
圖 2. 顯示格式（8 點 30 分，土壤濕度 5%）
3. 報警輸出單元
系統工作于手動工作狀態下時，若當前濕度低于濕度閾值，蜂鳴器發出提示音，并
可通過按鍵 S6 關閉提醒功能。
4. 功能按鍵
2.1 按鍵 S7 設定為系統工作狀態切換按鍵；
2.2 手動工作狀態下按鍵 S6、S5、S4 功能設定如下：
按下 S6 關閉蜂鳴器提醒功能，再次按下 S6 打開蜂鳴器提醒功能,如此循環；
S5 功能設定為打開灌溉系統；
S4 功能設定為關閉灌溉系統。
2.3 自動工作狀態下按鍵 S6、S5、S4 功能設定如下：
S6 功能設定為濕度閾值調整按鍵，按下 S6 后，進入濕度閾值調整界面(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
統將新的濕度閾值保存到 EEPROM 中，并退出濕度閾值設定界面。
| - | - | 8 | 8 | 8 | 8 | 5 | 2 | | 濕度閾值設置提示符 | 熄滅 | 濕度閾值(52%) | | 數碼管DS1 | 數碼管DS2 |
圖 3. 濕度閾值設定界面
5. 實時時鐘
“模擬智能灌溉系統”通過讀取 DS1302 時鐘芯片相關寄存器獲得時間，DS1302
芯片時、分、秒寄存器在程序中設定為系統進行初始化設定，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
比例關系 H 濕度 = KVRb2（K 為常數），Rb2 電壓輸出為 5V 時對應濕度為 99%。
7. EEPROM 存儲單元
系統通過 EEPROM 存儲濕度閾值，自動工作狀態下，可通過按鍵 S6、S5、S4 設置
和保存閾值信息。
8. 電路設計部分
使用 PTC 熱敏電阻、場效應管、繼電器及簡單阻容元件設計“智能灌溉系統”中置
于電機內部的過熱保護電路，當電機內部溫度超過 70℃，斷開電機電源，設計電路
原理圖并簡述設計思路與電路工作原理。
PTC 熱敏電阻參數說明：
當溫度小于 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 70℃后，熱敏電阻阻值接近 10kΩ。
一. 電路原理圖設計
使用原理圖繪圖軟件，根據電路設計部分要求設計電路，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. 按照設計要求完成程序設計任務，并將工程文件保存在考生文件夾中。
三. 系統調試
將編譯通過的程序下載到單片機中，進行系統調試。
1. 濕度數據檢測功能實現
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
4. 按鍵功能實現，符合設計要求
5. 繼電器控制功能實現，符合設計要求
6. 蜂鳴器、LED 提示功能實現，符合設計要求
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