【正文】 E(SCLK) H/L 使能信號(hào) 7 DB0 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 8 DB1 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 9 DB2 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 10 DB3 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 11 DB4 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 12 DB5 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 13 DB6 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 14 DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 15 PSB H/L H： 8 位或 4 位并口方式， L：串口方式（見(jiàn)注釋 1） 16 /RESET H/L 復(fù)位端，低電平有效 17 VOUT — LCD 驅(qū)動(dòng)電壓輸出端 18 A VDD 背光源正端（ +5V） 19 K VSS 背光源負(fù)端 模塊主要硬件構(gòu)成說(shuō)明 控制器接口信號(hào)說(shuō)明： （ 1） RS， R/W 的配合選擇決定控制界面的 4 種模式： 表 RS R/W 功能說(shuō)明 L L MPU 寫(xiě)指令到指令暫存器（ IR） L H 讀出忙標(biāo)志（ BF）及地 址記數(shù)器（ AC）的狀態(tài) H L MPU 寫(xiě)入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（ DR） H H MPU 從數(shù)據(jù)暫存器（ DR）中讀出數(shù)據(jù) （ 2） E 信號(hào) 表 E 狀態(tài) 執(zhí)行動(dòng)作 結(jié)果 高 —低 I/O 緩沖 —DR 配合 /W 進(jìn)行寫(xiě)數(shù)據(jù)或指令 高 DR—I/O 緩沖 配合 R 進(jìn)行讀數(shù)據(jù)或指令 低 /低 —高 無(wú) 無(wú) （ 3） 忙標(biāo)志 BF： BF 標(biāo)志提供內(nèi)部工作情況 。剩下的一個(gè)鍵是空閑鍵，留作擴(kuò)展功能用。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。若所有列線均為高電平，則鍵盤(pán)中無(wú)鍵按下 [12]。 確定矩陣式鍵盤(pán)上何鍵被按下介紹一種“行掃描法”。 矩陣 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) 矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤(pán)顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些，圖 中，列線通過(guò)電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的 I/O 口作為輸出端，而列線所接的 I/O口則作為輸入。暖通空調(diào)、電力、計(jì)量測(cè)試、醫(yī)藥業(yè) 。 （ 1） 產(chǎn)品特點(diǎn)： ① SHT10 系列為 貼片型溫濕度傳感器芯片 ② 全量程標(biāo)定，兩線數(shù)字輸出； ③ 濕度測(cè)量范圍： 0～ 100%RH； ④ 溫度測(cè)量范圍： 40～ +℃ ； ⑤ 濕度測(cè)量精度： 177。 SHT10 數(shù)字溫濕度傳感器 由瑞士 Sensirion 推出的 SHTxx 系列數(shù)字溫濕度傳感器，基于領(lǐng)先世界的CMOSens 174。當(dāng)在探針上加一個(gè)電流 i 時(shí) ,在電容兩端產(chǎn)生一個(gè)幅 值為 u ,相角為 ? 的電壓 ju ue?? ,則探針導(dǎo)納 可表示為jiY ue??。 根據(jù)高頻電子線路理論可知 0Ck??? 。由于水的介電常數(shù)比一般物料的介電常數(shù)要大得多 ,所以當(dāng)土壤中的水分增加時(shí) ,其介電常數(shù)相應(yīng)增大 ,測(cè)量時(shí)水分傳感器測(cè)出的電容值也隨之上升 ,根據(jù)傳感器的電容量與土壤水分的對(duì)應(yīng)關(guān)系可測(cè)出土壤的水分。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的 寬度。 圖 AT89C51 引腳圖 AT89C51 最小系統(tǒng) XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。作為輸入端時(shí)，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流 （ ILL）。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 端口 （ ） ： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě) “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高 [9]。 GND（ 20） ：接地。 另 外， AT89C51 是用靜態(tài)邏輯來(lái)設(shè)計(jì)的，其工作頻率可下降到零并提供兩種軟件的省電方式 空閑方式和掉電方式。 AT89C51 是一種低功耗 /低電壓、高性能的八位 CMOS 單片機(jī)，片內(nèi)有一個(gè) 4KB的 FLASH 可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 （ FPEROM—Flash ProgrammAble and Erasable Read Only Memory） ， 它采用了 CMOS 工藝和 ATMEL 公司的高密度 非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，而且其輸 出引腳和指令系統(tǒng)都與 MSC— 51 兼容。 在本系統(tǒng)中， AT89C51單片機(jī)的 P0口用于單片機(jī)與 LCD之間的數(shù)據(jù)傳送， ~ 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)接口 ， LCD顯示的位驅(qū) ， LCD的讀寫(xiě)控制信號(hào)， LCD的指令是屬于寫(xiě)數(shù)據(jù)還是寫(xiě)指令。 本系統(tǒng)采用 AT89C51單片機(jī)作為中央處理 器，其主要任務(wù)是讀取自動(dòng)灌溉控制器的模式，并在相應(yīng)模式下進(jìn)行相應(yīng)的控制。從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，單片機(jī)主要用于控制，所以又稱(chēng)微控制器 （ MicroControllerUnit） 或嵌入式控制器（ Embedded Controller）。探針用來(lái)感測(cè)土壤的水分 ,其長(zhǎng)度和距離根據(jù)被測(cè)對(duì)象的靈敏度優(yōu)化確定。對(duì)一定幾何結(jié)構(gòu)的電容式水分傳感器 ,其電容量與兩極間被測(cè)物料的介電常數(shù)有正比關(guān)系。該方法所測(cè)量的是土壤水的吸力 ,需要依據(jù)土壤水分特征曲線來(lái)?yè)Q算成土壤含水量 ,由于土壤水分能量關(guān)系非常復(fù)雜 ,呈非線性 ,且容易受到許多土壤理化特性的影響 ,即使對(duì)同一塊田 ,這一關(guān)系也十分復(fù)雜 ,使得用張力推求土壤含水量時(shí)極為困難 ,不方便 ,帶來(lái)較大誤差。 張力計(jì)式土壤水分傳感器 張力計(jì)式土壤水分傳感器是一種廣泛成功地用于某些土壤水分測(cè)量的傳感器。 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)需要的按鍵數(shù)目較多，為了節(jié)省 I/O 口線資源，選用矩陣式鍵盤(pán)，故采取方案二。在矩陣式鍵盤(pán)中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。故在按鍵數(shù)量不多時(shí)，常采用這種按鍵結(jié)構(gòu)。 圖 自動(dòng)灌溉控制器系統(tǒng)基本模塊原理框圖 鍵盤(pán)方案選取 方案一 :獨(dú)立式按鍵 。 綜上所述，本系統(tǒng) 不但具有非常友好的人機(jī)交互界面，而且具有良好的實(shí)時(shí)控制功能，能及時(shí)響應(yīng)用戶請(qǐng)求。灌溉進(jìn)行一定的時(shí)間后自動(dòng)停止，該時(shí)間由用戶加載在單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)決定。在閉環(huán)控制方式下， 利用濕度采集模塊將 多 處不同地點(diǎn)檢測(cè)到的濕度模擬量輪流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化后對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，再傳送給單片機(jī)。模塊化設(shè)計(jì) 是綠色設(shè)計(jì) 方法之一，它已經(jīng)從理念轉(zhuǎn)變?yōu)檩^成熟的設(shè)計(jì)方法 [3]。該系統(tǒng)采用分布式布置，可與上位機(jī)雙向通信 ，用微機(jī)對(duì)其進(jìn)行編程操作和對(duì)其子控制器進(jìn)行控制，并能用微機(jī)隨時(shí)監(jiān)控灌溉系統(tǒng)的工作狀況。 近年來(lái)隨著農(nóng)業(yè)對(duì)自動(dòng)化程度要求的提高，以色列出現(xiàn)灌溉用的可編程邏輯控制器 (PLC)，這種控制器通過(guò)把不同的網(wǎng)絡(luò)連接到主機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理?？刂品绞届`活，手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)任選且可隨意在計(jì)算機(jī)上更改，可同時(shí)控制多個(gè)設(shè)備，受控區(qū)位置及形狀，環(huán)境參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)可同時(shí)顯示在中心計(jì)算機(jī)上。該系統(tǒng)是國(guó)家“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目中自主研發(fā)的科技產(chǎn)品，該系統(tǒng)結(jié)合我國(guó)溫室的環(huán)境和實(shí)際使用特點(diǎn)，以積木分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，解決了計(jì)算機(jī)適時(shí)閉環(huán)控制、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、控制顯示中文、施肥泵混合比可調(diào)、電磁閥開(kāi)度可調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。灌溉時(shí)間一到，驅(qū)動(dòng)電路則停止驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，灌溉停止。系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制方式，隨時(shí)灌溉，從而也體現(xiàn)了多用途、人性化的 現(xiàn)代智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞 ： AT89C51；探針式電容濕度傳感器； ULN2803 達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)； LCD12864 目 錄 摘 要 .............................................................................................................. I 第 1 章 緒論 .................................................................................................. 1 引言 ................................................................................................. 1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 ..................................................................................... 1 第 2 章 方案設(shè)計(jì)與論證 .............................................................................. 4 總體方案論證 ................................................................................. 4 鍵盤(pán)方案選取 ................................................................................. 5 土壤濕度傳感器的選取 .................................................................. 6 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) .......................................................................... 9 AT89C51 單片機(jī)硬件電路 .............................................................. 9 濕度采集電路 ............................................................................... 12 矩陣鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) ........................................................................ 14 LCD 液晶顯示電路 ....................................................................... 15 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ........................................................................ 19 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................................................ 21 程序設(shè)計(jì) ....................................................................................... 21 主程序設(shè)計(jì) ................................................................................... 22 12864 LCD 顯示子程序設(shè)計(jì) ......................................................... 24 鍵盤(pán)子程序設(shè)計(jì) .......................................................................... 28 第 5 章 系統(tǒng)仿真 ........................................................................................ 35 PROTUES 仿真軟件介紹 .............................................................. 35 仿真電路設(shè)計(jì) ............................................................................... 35 系統(tǒng)總體電路仿真 ........................................................................ 36 第 6 章 結(jié)束語(yǔ) ............................................................................................ 41 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................... 42 致謝 ............................................................................................................. 43 附錄 1 系統(tǒng)整體電路圖 ....................