【正文】 設(shè)備的軟、硬件各個部分進(jìn)行了深入的研究。，以便通過無線管理多個區(qū)域。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)以農(nóng)業(yè)專家的知識和經(jīng)驗(yàn)為系統(tǒng)的核心，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，克服時(shí)空限制，在較短的時(shí)間內(nèi)得以廣泛地應(yīng)用，使專家的知識和經(jīng)驗(yàn)變?yōu)樯a(chǎn)力。由此可見，專家系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)作物種植灌溉的完全智能化，能夠代替為數(shù)極少的專家群體，走向地頭，進(jìn)入農(nóng)家，在各地具體地指導(dǎo)農(nóng)民科學(xué)種田，節(jié)省大量人力、物力，能實(shí)現(xiàn)高效節(jié)水，優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。它雖然能代替農(nóng)業(yè)專家，卻并不能擺脫完全憑經(jīng)驗(yàn)灌溉的種植模式。同時(shí)，當(dāng)需要對多種作物進(jìn)行監(jiān)測實(shí)施節(jié)水灌溉時(shí)，就需要多個專家系統(tǒng)，這就需要投入很大的資金，也限制了專家系統(tǒng)的推廣。目前在國外，特別是以色列，大部分田地都是采用的這種節(jié)水灌溉控制方式。中央控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)之間通過無線通信方式進(jìn)行通信。根據(jù)這三個標(biāo)準(zhǔn)可以來判斷上述擬采用的研究方案是可行的。這種控制方式也稱按偏差調(diào)節(jié)。給定量是智能控制器從監(jiān)控中心接收到的目標(biāo)設(shè)定值，當(dāng)實(shí)際測量值與目標(biāo)設(shè)定值不一致時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)(閘門驅(qū)動裝置)自動啟動電機(jī)，提升或下降閘門。（2）放大元件:對偏差信號進(jìn)行放大和功率放大的元件，以驅(qū)動執(zhí)行元件去控制被控對象。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)AT89C51單片機(jī)LED顯示鍵盤輸入控制部分時(shí)鐘電路濕度傳感器A/D轉(zhuǎn)換報(bào)警電路（1）該系統(tǒng)是一種高效率、低成本的灌溉優(yōu)化控制系統(tǒng)。第三章 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件介紹本系統(tǒng)中主要有單片機(jī)部分、采集部分、控制部分、顯示部分組成。瑞士Sensirion 公司推出的新一代基于CMOSensTM 技術(shù)的數(shù)字式溫濕度傳感器則很好地解決了溫濕度傳感器存在的上述問題,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換功能。其次,將傳感器元件、信號放大器、模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器、OTP 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲器、I2 C 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串行總線等電路功能部件全部采用CMOS 技術(shù)與溫濕度傳感器一起放置在一個芯片內(nèi)。第三、傳感器的另一個優(yōu)點(diǎn)是具有I2 C 二線串行總線接口,這可使傳感器方便的與任何類型的微處理器、微控制器接口相連,為溫濕度的微機(jī)化測試帶來極大的方便,這不僅能減少溫濕度測試系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間,還可節(jié)約數(shù)字化接口的軟硬件成本。 ②溫度值分辨率為14 位,濕度值分辨率為12 位,可編程降至12 位和8 位。 ⑥卓越的長期穩(wěn)定性。SH T11 的相對濕度絕對精度、溫度精度、25 ℃露點(diǎn)精度如圖2 所示,其性能參數(shù)如表1 所示。當(dāng)電源電壓為5V、溫度傳感器的分辨率為14 位時(shí), d1 = 40 , d2 =0. 01 當(dāng)溫度傳感器的分辨率為12 位時(shí), d1 = 40 ,d2 = 0. 04 。①線性　當(dāng)系統(tǒng)對濕度測量精度要求不高時(shí),可采用以下的線性計(jì)算公式。當(dāng)0 ≤SO ≤107 時(shí), a = 143 , b = 512 , 當(dāng)108 ≤SO ≤255 時(shí), a = 143 , b = 512 。內(nèi)部命令與接口時(shí)序SHT11 傳感器共有5 條用戶命令,具體命令格式見表3。(2) 連接復(fù)位順序如果與SHT11 傳感器的通訊中斷,下列信號順序會使串口復(fù)位:當(dāng)使DA TA 線處于高電平時(shí)。為表明測量完成,SHT11 會使DA TA 為低電平,此時(shí)控制器必須重新啟動SCK,然后SHT11 傳送兩字節(jié)測量數(shù)據(jù)與1 字節(jié)CRC 校驗(yàn)和到控制器,控制器必須通過使DA TA 為低來確認(rèn)每一字節(jié),通訊在確認(rèn)CRC數(shù)據(jù)位后停止。(4) 加熱控制將傳感器芯片中的加熱開關(guān)接通,傳感器溫度大約增加5 ℃,加熱用途如下:其一,通過對啟動加熱器前后的溫、濕度進(jìn)行比較,可以正確地區(qū)別傳感器的功能。(6) 硬件接口:這里給出SHT11 與單片機(jī)接口構(gòu)成的溫濕度測量電路,如圖5 。濕度顯示0 100 %RH 177。遠(yuǎn)傳距離 1 200 m。主要性能參數(shù)：l 與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容l 4K字節(jié)可重復(fù)擦寫Flash閃速存儲器l 1000次擦寫周期l 全靜態(tài)操作：0Hz24MHzl 三級加密程序存儲器l 128*8字節(jié)內(nèi)部RAMl 32個可編程I/O口線l 2個16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器l 6個中斷源l 可編程串行UART通道l 低功耗空閑和掉電模式 功能特性概述： AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個 I／O 口線，兩個 16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。 引腳功能說明：作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。 在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVXRI 指令）時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL邏輯門電路。 ALE／PROG： 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會被激活。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的信號不出現(xiàn)。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。時(shí)鐘振蕩器： AT89C5l 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF177。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。CPU中使用的特殊功能寄存器ACC、B、PSW、SP和DPTR。 表2 PSW狀態(tài)寄存器位地址D7D6D5D4D3D2D1D0符號CYACF0RS1RS0OV－P其中各位的意義如下：CY（）：高位進(jìn)位標(biāo)志位。 RS1（）、RS0（）：寄存器組選擇控制位。表3 RSRS2與工作寄存器組的關(guān)系RS1RS0寄存器組RAM中的地址00110101012300H07H08H0FH10H17H18H1FHOV（）：溢出標(biāo)志位。 （2）外部程序存儲器（ROM）64K字節(jié)。256個字節(jié)被分為兩個區(qū)域：11～7FH是真正的RAM區(qū)，可以讀寫各種數(shù)據(jù)；80～FFH是專用寄存器（SFR）區(qū)。表中帶*號的為可位尋址的特殊功能寄存器。89C51單片機(jī)是一個多中斷源系統(tǒng)。GATE=1時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)受外部引腳輸入電平的控制，（）引腳即INT0（或INT1）為1才啟動計(jì)數(shù)；GATE=0時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的運(yùn)行不受外部輸入引腳的控制。TF1（）：計(jì)時(shí)器 1溢出標(biāo)志，當(dāng)計(jì)時(shí)溢出時(shí)，由硬件設(shè)定為 1，在執(zhí)行 相對的中斷服務(wù)程序后則自動清 0。 TR0=1時(shí)，啟動計(jì)時(shí)器工作，TR0=時(shí)關(guān)閉。 （4） SCON串行口控制寄存器SM0（）：串行通訊工作方式設(shè)定位0。在方式 2 或方式 3 時(shí)，如SM2=1，REN=1，則從機(jī)處于只有接收到 RB8=1(地址幀)才激發(fā)中斷請求標(biāo)志RI=1，向主機(jī)請求中斷處理。由軟件置位REN=1為允許串行接收狀態(tài)，可啟動串行接收器RXD，開始接收信息。（5）IE中斷允許寄存器表9 IE控制字位地址AF－ADACABAAA9A8符號EA－ET2ESET1EX1ET0EX0EA（）：EA＝0時(shí)，所有中斷停用（禁止中斷）。 ES（）：允許串行端口的中斷（ES＝1允許，ES＝0禁止）。 EX0（）：允許外部中斷 INT0的中斷（EX0＝1允許，EX0＝0 禁止）。 PS（）：設(shè)定串行端口的中斷優(yōu)先次序。 PX0（）：設(shè)定外部中斷 INT0的優(yōu)先次序。復(fù)位后，3個I/O口均為輸入方式。 　　RD：讀選通信號，控制對8155的讀操作，低電平有效。當(dāng)IO/M ＝0時(shí)，則選擇8155的片內(nèi)RAM，AD0～AD7上地址為8155中RAM單元的地址（00H～FFH）；當(dāng)IO/M ＝1時(shí)，選擇 8155的I/O口，AD0～AD7上的地址為8155 I/O口的地址。 　　PA0～PA7：8位通用I/O口，其輸入、輸出的流向可由程序控制。 　　TIMER OUT：定時(shí)/計(jì)數(shù)器輸出端。這時(shí)，A、B、C口的口地址低8位分別為01H、02H、03H（設(shè)地址無關(guān)位為0）。命令寄存器只能寫入，不能讀出，命令寄存器的格式如圖616所示。PC0為AINTR，PC1為ABF，PC2為 ，PC3～PC5為輸出。狀態(tài)寄存器的端口地址與命令寄存器相同，低8位也是00H，狀態(tài)寄存器的內(nèi)容只能讀出不能寫入。當(dāng)TIMER IN接外部脈沖時(shí)，為計(jì)數(shù)方式；接系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)，可作為定時(shí)方式。 89C51正常工作時(shí)的連線：電源：單片機(jī)使用的是5V電源，其中正極接40引腳，負(fù)極（地）接20引腳。 EA引腳：EA引腳接到正電源端（接電源表示使用內(nèi)部ROM,接地表示擴(kuò)展外部ROM，現(xiàn)在一般是使用內(nèi)部ROM）。圖5中外接晶體以及電容C2和C1構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為30P左右，晶振頻率選6MHZ。復(fù)位操作有兩種情況，即上電復(fù)位和手動(開關(guān))復(fù)位。Intel8155是一種多功能的可編程接口芯片，它具有3個可編程并幸亍I／O端口(A口和B口是8位，c口是6位)．1個可編程14位的有多種工作方式的定時(shí)計(jì)數(shù)器，256個字節(jié)的靜態(tài)RAM和一個地址錟存器，能方便的進(jìn)行I／O口擴(kuò)展和RAM擴(kuò)展。A/D轉(zhuǎn)換器需外部控制啟動轉(zhuǎn)換信號方能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這一啟動轉(zhuǎn)換信號可由CPU提供，不同型號的A/D轉(zhuǎn)換器，對啟動轉(zhuǎn)換信號的要求也不同，分脈沖啟動和電平啟動兩種，ADC0809采用脈沖啟動轉(zhuǎn)換，只需給A/D轉(zhuǎn)換器的啟動控制轉(zhuǎn)換的輸入引腳((START)上，加入正脈沖信號，即啟動A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換開始后，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端(EOC)信號變低，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC返回高電平，以通知主機(jī)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量，這個信號可以作為A/D轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)信號供查詢，也可以用作中斷請求信號。數(shù)碼管有共陰共陽之分，本系統(tǒng)采用8段共陰型LED，其原理圖如圖6所示，每位數(shù)碼管內(nèi)部有8個發(fā)光二極管，公共端由8個發(fā)光二極管的陰極并接而成，正常顯示時(shí)公共端接低電平(GND)，各發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮取決于adp各引腳上是否是高電平。如圖6所示。為了保護(hù)各段LED不被損壞，需外加限流電阻。這種連接方式由于多位字段線連在一起，因此，要想顯示不同的內(nèi)容，必然要采取輪流顯示的方式，即在某一瞬間，只讓其中的某一位的字位線處于選通狀態(tài)，其它各位的字位線處于斷開狀態(tài)，同時(shí)字段線上輸出這一位相應(yīng)要顯示字符的字段碼。相應(yīng)的端口地址分配如表31: 控制電路部分灌溉控制電路(見圖4)由單片機(jī)承擔(dān)控制,通過74HC373 來擴(kuò)展單片機(jī)的輸出口。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O 口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。如圖412所示。 主程序（見附錄） PID算法　　在基本PID控制中，當(dāng)有較大幅度的擾動或大幅度改變給定值時(shí)， 由于此時(shí)有較大的偏差，以及系統(tǒng)有慣性和滯后，故在積分項(xiàng)的作用下，往往會產(chǎn)生較大的超調(diào)量和長時(shí)間的波動。若閾值太大，達(dá)不到積分分離的目的，若太小又有可能因被控量無法跳出積分分離區(qū)，只進(jìn)行PD控制，將會出現(xiàn)偏差。 控制器輸入與設(shè)定值之間的誤差。 積分時(shí)間常數(shù)。 調(diào)節(jié)周期。 流程圖開始初始化讀入顯示數(shù)據(jù)分離個位、十位、百位分別存入disp_num[4]單元查找對應(yīng)的ASCII嗎送P0口返。通過分時(shí)輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。（有的地方用Kd表示） 　　T。 　　Ti。 　　e(t)。為此可以采用積分分離措施，即偏差較大的時(shí)，取消積分作用；當(dāng)偏差較小時(shí)才將積分作用投入。依照系統(tǒng)的控制要求，逐一設(shè)計(jì)編程完畢。三極管Q1截止，蜂鳴器沒有電流就不鳴響。從而來控制供水管道的開關(guān),完成對供水系統(tǒng)的控制,實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉。在本系統(tǒng)中，字位線的選通與否是通過PNP三極管的導(dǎo)通與截止來控制，即三極管處于“開頭”狀態(tài)。為節(jié)省端口及降低功耗，本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描顯示方式。一位顯示器由8個發(fā)光二極管組成，其中7個發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個筆劃（段）a～g，另一個小數(shù)點(diǎn)為dp發(fā)光二極管。由于系統(tǒng)要顯示的內(nèi)容比較簡單，顯示量不多，所以選用數(shù)碼管既方便又經(jīng)濟(jì)。 LED顯示電路微機(jī)化測控系統(tǒng)中常用的測量數(shù)據(jù)的顯示器有發(fā)光二極管顯示器(簡稱LED或數(shù)碼管)和液晶顯示器(簡稱LCD)。ADC0809轉(zhuǎn)換器的分辨率為8位，最大不可調(diào)誤差小于士1LSB，采用單一+5V供電，功耗為15mW,不必進(jìn)行零點(diǎn)和滿度調(diào)整。圖5中R9和Cl組成上電復(fù)位電路，其值R取為1KQ, C取為1pF.8155端口地址分配 并行I／O口的擴(kuò)展該系統(tǒng)所選用的AT89C51系列單片機(jī)具有4個并行I／O口，其中PO口用于傳遞低8位地址總線和復(fù)用數(shù)據(jù)總線，P2口用于高8位的地址總線，P3口是多功靛口，經(jīng)常用于第二功能，系統(tǒng)中要用到顯示電路，故所提供的并行I／O臼不夠用，所以必須擴(kuò)展I／O口。單片機(jī)的復(fù)位是靠外電路來實(shí)現(xiàn)的，在正常運(yùn)行情況下，只要RST引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期時(shí)間以上的高電平，即可引起系統(tǒng)復(fù)位，但如果RST引腳上持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。振蕩電路： 單片機(jī)的時(shí)鐘信號用來提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的