【正文】 用和實驗，初步顯示出微灌采用自動化的管理系統(tǒng)優(yōu)越性和先進(jìn)性。 2 1 概論 微灌技術(shù)的研究在中國的起步還不算太晚，自 1974 年引進(jìn)墨西哥的滴灌設(shè)備我國的微灌技術(shù)試驗研究正式開始。該過程經(jīng)歷了 1974 到 1980 年之間的引進(jìn)消化和吸收，設(shè)備的研制與應(yīng)用實驗及試點階段； 1981 到 1986 年之間經(jīng)歷了設(shè)備產(chǎn)品的改進(jìn)和應(yīng)用試驗的研究以及擴(kuò)大試點的推廣三個階段；從 1987 年到現(xiàn)在直接引用了國外先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，進(jìn)入了從高起點上對研發(fā)微灌設(shè)備的產(chǎn)品開發(fā)階段。基于引入、吸收發(fā)達(dá)國家先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合了我國國情，從經(jīng)濟(jì)上的實用，便于安裝和利于推廣的主要幾點出發(fā)，在個地相關(guān)關(guān)部門的合作與努力的情況下，開發(fā)微灌技術(shù)、生產(chǎn)研制設(shè)備和科學(xué)實驗等多方面都取得重要的成果，我國的微灌技術(shù)日趨步入成熟。 但是由于我國正處于初級階段的微灌技術(shù)研究，近些年來自己研制、開發(fā)與生產(chǎn)微灌設(shè)備的產(chǎn)品不管是在質(zhì)量方面和性能方面與發(fā)達(dá)國家相比較，差距存在還是比較大的；同發(fā)達(dá)的國家相比較更大的差距存在于微灌工程設(shè)備的組裝配套和自 動控制方面。例如灌溉設(shè)備系統(tǒng)成套性比較差，配套的水平偏低；主要的幾個部件的品種規(guī)格太少，質(zhì)量相對來說不穩(wěn)定，沒有很好的系列化；關(guān)鍵的設(shè)備穩(wěn)定性和耐久性都比較差；自動化和綜合功能技術(shù)程度不是很高，基本上還處于手動的操作方式，以至于整體的綜合效果和收益都不高。 隨著現(xiàn)代化高科技不斷的發(fā)展，各種智能化家電、數(shù)碼產(chǎn)品走入進(jìn)人們的日常生活，網(wǎng)絡(luò)作為人們現(xiàn)代生活中人際的交往和獲取知識的一個必不可少的平臺?？紤]到現(xiàn)代化高科技的發(fā)展，未來的智能澆灌系統(tǒng)也有希望朝一下這些方面發(fā)展。 智能化 隨著傳感器的技術(shù)、計算機(jī)處理技術(shù)和 自動智能控制技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，溫室中的計算機(jī)環(huán)境的控制系統(tǒng)應(yīng)用將會由以數(shù)據(jù)采集處理和監(jiān)測的簡單方式，漸漸轉(zhuǎn)向以數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用為主。所以軟件系統(tǒng)的研制和開發(fā)將會得到不斷完善，其中專家系統(tǒng)為主的智能化管理控制系統(tǒng)已經(jīng)取得了不少的研發(fā)成果，并且其應(yīng)用的前景是非常廣闊的。 網(wǎng)絡(luò)化 目前，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為最具有活力，發(fā)展速度最快的高科技領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)發(fā)展促進(jìn)了信息的傳播。設(shè)施的產(chǎn)業(yè)化程度的提高成為可能。 綜合環(huán)境的調(diào)控 所謂綜合環(huán)境調(diào)控，就是以實現(xiàn)目標(biāo)植物的正常生長為目標(biāo)，把影響目標(biāo)植物生 3 長的多種環(huán)境參數(shù) (如光照、溫 度、濕度等 )都保持在適宜目標(biāo)植物生長的狀態(tài)，并盡可能的使用最少的環(huán)境調(diào)節(jié)裝置 (采光、遮光、通風(fēng)、保溫、加濕等 )。 智能和無人操作將會是未來的各種行業(yè)的發(fā)展趨勢，不僅能大量節(jié)省人們的寶貴時間還能更好的控制各種成分的細(xì)微比例做到人們自己動手所不能做到的效果。 高移植性 稍微修改一些系統(tǒng)的參數(shù)及設(shè)備即可應(yīng)用于別的環(huán)境下，省時省力，節(jié)省大量資金及研發(fā)成本。 在不久的將來，不僅能實現(xiàn)對辦公室花卉的控制而且可以實現(xiàn)路邊及所有公共場所花草樹木的自動灌溉，而且可以加入遠(yuǎn)程控制，可視頻控制，更大限度的節(jié)省人力物力，這將是世界 澆灌系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。 水是生命之源， 同樣它也是國家 經(jīng)濟(jì)發(fā)展 的主要因素 ，人類生 存必不可少的因素 ，水的重要性 在 國際 上已經(jīng)得到了 共識，水資源開發(fā)和保護(hù) 已經(jīng)被各國家 所重視。 而需要 如何高 效率 利用有限的淡水資源， 盡最大能力 發(fā)揮 水 資源 的 效益己 經(jīng) 成為 看 一個全球性 極其有待 解決的重要課題。 諸多 的 缺水國家 當(dāng) 中， 作為 水資源 極其 短缺國家之一 的中 國。水資源的利用率和利用效率低下使水資源在節(jié)流方面呈現(xiàn)巨大的挖掘潛力，因此節(jié)水成為歷史發(fā)展的必然。 伴隨著人們快節(jié)奏的生活、工作、學(xué)習(xí)，人們已沒有很多時間去精心 照顧自己種的花卉植物等，因此市場上急需一種可以代替人類勞動的產(chǎn)品。 由于現(xiàn)在市場上很多的噴灌設(shè)備主要是是針對溫室、露天農(nóng)作物、森林等大面積植物噴灌，而對于家庭小面積噴灌系統(tǒng)設(shè)備幾乎沒有，也沒有達(dá)到自動化的水平。 現(xiàn)代生活中，隨著人們生活水平的提高，人們對花卉、樹木等綠色植物的喜愛和種植越來越多，然而以前對花木的澆灌、施肥等工作都需要靠人工來實現(xiàn)，由于現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，人們往往忙于工作而忘記定期、及時地為花卉補充水分及養(yǎng)料，或者由于放假回家而將花放在辦公室沒有人管理導(dǎo)致花木枯死。已有的澆水器需要有人控制或者 定時的澆灌，不能根據(jù)植物正常生長所需要的光照、水分、溫度來實時調(diào)節(jié)植物生長環(huán)境的參數(shù)，不利于花木的成長，而且現(xiàn)在的名貴花如果因為以上原因而死亡得不償失，鑒于以上情況，市場上急需提供一種能夠根據(jù)光照、溫度、濕度及光照的變化自動將水分和及光補充給花木，達(dá)到定期、及時澆灌花木的花木自動澆灌器。 4 此次設(shè)計采用 AT89S51 開發(fā)板作為單片機(jī)最小系統(tǒng)，基于 Keil 仿真軟件來完成軟件開發(fā)，用 protues仿真工具軟件設(shè)計電路圖以及做模擬仿真。開發(fā)板包括 AT89S51芯片（ 8 位微控制器）及 其外圍的基本模塊，外圍模塊包括：晶振電路（ OSC）、復(fù)位電路（ RESET）、鍵盤（包括復(fù)位和擴(kuò)展按鍵）、 DS1302 時鐘電路等。所以，本次設(shè)計需要做好以下工作： (1)學(xué)習(xí)單片機(jī)原理等資料。 (2)學(xué)習(xí) Keil、 Protues 等工具軟件的使用方法。 (3)用 Protues 仿真工具軟件來 設(shè)計本系統(tǒng)的電路圖。 (4)用 Keil 開發(fā)軟件來編寫程序并調(diào)試成功。 (5)結(jié)合系統(tǒng)的電路仿真圖用 Protues 仿真軟件進(jìn)行仿真調(diào)試。 (6)用 51單片機(jī)實驗板進(jìn)行實物調(diào)試爭取達(dá)到預(yù)期的結(jié)果 。 (7)撰寫項目論文 5 2 系統(tǒng)總 體設(shè)計與分析 總體方案 根據(jù)設(shè)計功能要求，系統(tǒng)可分如下部分： 溫度監(jiān)控：對環(huán)境溫度進(jìn)行測量，并通過單片機(jī)處理顯示環(huán)境溫度。 濕度監(jiān)控：對環(huán)境濕度進(jìn)行測量，并通過單片機(jī)處理顯示相對的環(huán)境濕度。 灌溉處理：當(dāng)相對濕度越限時，繼電器工作導(dǎo)通外部的灌溉電路。 顯示： LCD 實時顯示溫度、相對濕度及時鐘日期。 鍵盤控制： 當(dāng)前溫度與相對濕度值顯示的轉(zhuǎn)換、時鐘的調(diào)節(jié)及年月日與時分秒的顯示轉(zhuǎn)換。 系統(tǒng)方案論證 當(dāng)將單片機(jī)用作測控系統(tǒng)的時侯，系統(tǒng)必須有被測的信號通過指定輸入 通道，再由單片機(jī)來收集需要的輸入信息。相對于測量的系統(tǒng)來說，它的核心任務(wù)是如何準(zhǔn)確獲得被測信號；但是對于測控系統(tǒng)來說，除了被測試控對象狀態(tài)的信號，還應(yīng)該把測試的數(shù)據(jù)和控制的條件對比并在需要的時候控制相應(yīng)執(zhí)行設(shè)備。 傳感器作為實現(xiàn)測量和控制的第一環(huán)節(jié)，是測量控制系統(tǒng)關(guān)鍵的部件，假如沒有傳感器對被測信號進(jìn)行可靠的捕捉和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，所有的測量和控制都將會沒有辦法去實現(xiàn)。 在本次系統(tǒng)設(shè)計中，我們選擇 SHT11 來作為本設(shè)計的溫濕度傳感器。 SHT11 傳感器是一種包含已校準(zhǔn)的數(shù)字信號輸出的溫度與濕度復(fù)合的傳感器。該傳感 器包含了一個電容聚合體的測濕功能元件與一個能隙的測溫功能元件，并且和一個 14 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器和串行接口電路在相同的芯片上完成了無縫的連接。所以，該芯片有品質(zhì)好、抗干擾的能力強(qiáng)、響應(yīng)快、性價比高等一系列的優(yōu)點。所有的 SHT11傳感器都是在濕度校驗室中進(jìn)行特別精確的校對調(diào)準(zhǔn)。校準(zhǔn)好的系數(shù)以程序代碼的形式存儲于 Otp的內(nèi)存當(dāng)中，在信號處理過程中傳感器內(nèi)部要調(diào)用已經(jīng)校準(zhǔn)好的系數(shù)。兩線制接口和內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓，使系統(tǒng)的集成簡單快捷化。體積小、功耗低的特點使得該傳感器成為各類應(yīng)用場合的最好選則。 6 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 本系統(tǒng)硬 件包括：溫濕度采集轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)及附屬電路、鍵盤控制、 LCD 顯示、時鐘模塊、繼電器電路等部分的設(shè)計。系統(tǒng)整體電路框圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)整體電路框圖 溫濕度采集轉(zhuǎn)換模塊硬件設(shè)計 SHT11 介紹 SHT11是瑞士 Sensirion公司研發(fā)出的基于 CMOSensTM技術(shù)的較為新型檢測溫度與濕度的傳感器。該種傳感器把 CMOS 芯片技術(shù)和傳感技術(shù)相結(jié)合起來，從而體現(xiàn)了這兩種技術(shù)優(yōu)勢互補的強(qiáng)大功能 。 SHT11 檢測溫度與濕度傳感 器的主要特征： 用 COMSensTM 技術(shù)將信號的放大調(diào)理、溫濕度傳感、 A/D轉(zhuǎn)換、 I2C 總線接口這些模塊集成到一個芯片中； 可以給出校準(zhǔn)后相對的濕度和溫度值的輸出；穩(wěn)定性卓越； 14位的濕度值的輸出分辨率以及 12位的溫度值的輸出分辨率，并且可以對應(yīng)的編程為 12 位以及 8位。 SHT11 溫濕度傳感器采用 SMD(LCC)表面式貼片封裝，管腳的排列如圖 所示，它的引腳說明如下： ATMEL 89C51 單片機(jī) 溫濕度采集轉(zhuǎn)換模塊 鍵盤控制 LCD 顯示 繼電器電路（指示燈指示電路） 時鐘模塊 7 (1)GND：接地端； (2)DATA：雙向串行數(shù)據(jù)線； (3)SCK：串行的時鐘輸入； SCK 用在微處理器和 SHT11 它們之間的通訊同步上。由于其接口含有完全的靜態(tài)邏輯，所以沒有最小的 SCK頻率。 (4)VDD 電源端： ～ 電源端； SHT11 的供電電壓為 ～ 。該傳感器給出工作電壓后，要等待 11 ms 用來越過“休眠”狀態(tài)。在這個時間段不需要發(fā)送給它任何指令。電源引腳 (VDD,GND)之間可增加一個 100nF 的電容，用以去藕濾波。 (5)NC：空管腳。 工作原理 SHT11 運用電容式結(jié)構(gòu)來對溫度與濕度進(jìn)行檢測，并且傳感器芯片的電容的組成運用了聚合物的覆蓋層與具有不同保護(hù)的微型結(jié)構(gòu)的檢測電極系 統(tǒng)的組合，除了保持了電容式的濕敏器件原有的特征外，還可以自行抵御一些來自外界的干擾。出于其由溫度傳感和濕度傳感兩個部分相結(jié)合成單一個體的原因，所以測量的精度高而且可以精確得到露點值，而且不會同時產(chǎn)生因為溫度傳感和濕度傳感兩部分之間隨著溫度梯度值的變化而引起誤差。 CMOSensTM 技術(shù)不單是將溫度與濕度傳感器互相結(jié)合，并且還把信號的放大、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的存儲、模／數(shù)的轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)的 I2C總線等這些電路集成于單個芯片中。 SHT11 傳感器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如下： SHT11 的每個傳感器的校準(zhǔn)都是在特別精確的濕度室里進(jìn)行的 。該傳感器校準(zhǔn)系數(shù)首先存放于 OTP內(nèi)存中。校準(zhǔn)后的相對濕度傳感與溫度傳感模塊和一個 A/D 轉(zhuǎn)換模塊（ 14 位）相互連接，可以把已經(jīng)轉(zhuǎn)換的數(shù)字溫度值和濕度值傳給二線的 I2C總線模塊，從而完成數(shù)字信號與符合 I2C 總線協(xié)議串行的數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程。 出于傳感器和電路的部分是結(jié)合于一起的，所以與其它類型的濕度傳感器相比SHT11 傳感器具有更加優(yōu)越的性能。首先增加了傳感器信號強(qiáng)度，增強(qiáng)了該傳感器的 8 抗干擾能力，從而保證了該傳感器長期的穩(wěn)定性；數(shù)模轉(zhuǎn)換同一時間的完成從而大幅度的降低了該傳感器對外界干擾敏感的程度。 輸出特性 (1)濕度值輸出 SHT11 可通過 I2C 總線直接將數(shù)字濕度值輸出，它的相對數(shù)字濕度值輸出的特性曲線如下圖 所示。由圖 ， SHT11 輸出的特性曲線呈現(xiàn)出非線性，可按照如下所示的公式