【正文】 ........................................................................... 61 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第一章 緒論 課題背景 濕度，表示大氣干燥程度的物理量。 系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，檢測(cè)精度高，工作穩(wěn)定 。在此意義下，常用絕 對(duì)濕度、相對(duì)濕度、比較濕度、混合比、飽和差以及露點(diǎn)等物理量來(lái)表示 。在工業(yè)制造過(guò)程中，環(huán)境中 的溫濕度對(duì)產(chǎn)品的壽命有至關(guān)重要的 ； 在生活中，醫(yī)院中的溫濕度對(duì)病人的身體健康與恢復(fù)健康有非常重要的意義；在生物種植中，溫濕度對(duì)植物的生長(zhǎng)有很大的影響。億萬(wàn)年前，在極其偶然的情況下，一些物質(zhì)在水中以一種特定的形式碰巧結(jié)合在一起，于是，地球上第一個(gè)單細(xì)胞生命誕生了。 隨著 21 世紀(jì)的臨近，能源危機(jī)將接踵而至。利用科技手段緩解這一危機(jī)，將是人類主要的出路。我國(guó)有 萬(wàn)億立方米的水資源總量，但人均水資源不足世界水資源的 1/4，是世界上人均占有水資源最貧乏的 13 個(gè)國(guó)家之一。通過(guò)發(fā)展節(jié)水灌溉，把節(jié)約出來(lái)的水量用于城市生活、工業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)用水，以水資源的可持續(xù)利用 促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。盡管至今微灌控制技術(shù)在世界總灌溉器積中所占的比重很小，但其增長(zhǎng)率遠(yuǎn)高于其它灌溉控制技術(shù)。微灌控制技術(shù)比例最高的國(guó)家是塞浦路斯和以色列，其中以色 列農(nóng)業(yè)微灌面積占到了灌溉總面積的 40％，達(dá)到 萬(wàn)公頃，其余均為噴灌。地處干旱缺水地帶的以色列，它是世界上微灌控制技術(shù)發(fā)展最具有代表性的國(guó)家，目前全國(guó)農(nóng)業(yè)土地基本上實(shí)現(xiàn)了灌溉管理自動(dòng)化，并且普遍推行自動(dòng)控制系統(tǒng)，按時(shí)、按量將水、肥直接送入作物根部，水資源利用率和單方水的糧食產(chǎn)量都相當(dāng)高。 國(guó)內(nèi)節(jié)水灌溉控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r 我國(guó)節(jié)水灌溉自動(dòng)化研究處于起步階段，自動(dòng)化程度低，目前開(kāi)發(fā)的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)還處于研制、試用階段。但以上兩季申系統(tǒng)選用的芯片功能較少，由于電路擴(kuò)展而使系統(tǒng)復(fù)雜化，而且系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。 圖 灌溉控制系統(tǒng)模型圖 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 任務(wù)要求 本此畢設(shè)主要研究單片機(jī)控制的滴灌節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)，主要內(nèi)容如下： 采集溫室內(nèi)的溫、濕 度，并根據(jù)作物幼苗生長(zhǎng)的需水規(guī)律和灌溉制度， 自動(dòng)控制噴灌設(shè)備完成實(shí)時(shí)調(diào)控灌溉，實(shí)現(xiàn) 幼苗生長(zhǎng)期內(nèi)的水分的全自動(dòng)調(diào)控。 176。 3%。本次設(shè)計(jì)主要以單片機(jī)為核心，由土壤溫濕度傳感器，信號(hào)采集電路，顯示電路，灌溉倒計(jì)時(shí)電路，超限報(bào)警電路等模塊組成，軟件選用 C 語(yǔ)言編程。 圖 方案 2 原理框圖 方案比較 單片機(jī)的選取 在多數(shù)電子設(shè)計(jì)當(dāng)中，基于性價(jià)比的考慮， 8 位單片機(jī)仍是首選。 方案一： 采用 STC89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS8 位 單片機(jī) ，片內(nèi)含8kbytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)，器件采用 ATMEL 公司 的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和 體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測(cè)量的。 SHT10 溫濕度傳感器采用 CMOS 過(guò)程微加工專利技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 %RH，測(cè)溫精度 177。獨(dú)立式鍵盤就是各鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)，可以很容易的判斷哪個(gè)按鍵被按下，在按鍵數(shù)目較多時(shí)，獨(dú)立式鍵盤電路需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度 較高的場(chǎng)合。外圍驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，顯示能力的擴(kuò)展將不會(huì)涉及到硬件電路的修改，可擴(kuò) 展性很強(qiáng)。 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第三章 現(xiàn)代灌溉技術(shù) 現(xiàn)代微灌技術(shù)簡(jiǎn)介 微灌 (microirrigation)，是按照作物需求，通過(guò)管道系統(tǒng)與安裝在末級(jí)管道上的灌水器，將水和作物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分以較小的流量，均勻、準(zhǔn)確地直接輸 送到作物根部附近土壤的一種灌水方法。 1991 年全世界微灌面積達(dá) 2650 萬(wàn)畝；目前以 色列微灌面積已占灌溉總面積的 70%； 1995年美國(guó)微灌面積占灌溉面積 %； 1998 年我國(guó)微灌面積約 200 萬(wàn)畝，占灌溉總面積 %。目前微灌技術(shù)在我國(guó)的推廣應(yīng)用還處于起步階段，現(xiàn)有溫室大棚絕大多數(shù)仍采用傳統(tǒng)的溝畦灌，水的利用率僅有 40％。我國(guó)自 1974 年首次從墨西哥引進(jìn)滴灌技術(shù)，迄今已走向快速發(fā)展的軌道， “ 九五 ” 期間共發(fā)展微灌面積 210 萬(wàn)畝。近年來(lái)，滴灌在我國(guó)引起重視并得到前所未有的推廣。地下滴灌指其管網(wǎng)及灌水器均埋在地下，具有減緩毛管和灌水器老化、方便田間作業(yè)、防止損壞和丟失等優(yōu)點(diǎn)。 滴灌灌溉制度的擬定 滴灌與地面灌和噴灌不同，當(dāng)進(jìn)行滴灌時(shí)，水滴離開(kāi)滴頭進(jìn)入土壤后，除了在重力作用下水分垂直向下運(yùn)動(dòng)，逐漸濕潤(rùn)深處的土壤外，麗且在毛管張力和土沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 壤基質(zhì)張力作用下做水平運(yùn)動(dòng)向四周擴(kuò)散，逐漸濕潤(rùn)滴頭所在位置附近的土壤，如圖 所示，它只是部分的濕潤(rùn)土體，作物行間保持干燥，因此土壤濕度傳感器應(yīng)埋設(shè)與靠近滴頭附近，深度為作物正常生長(zhǎng)發(fā)育的根系活動(dòng)層內(nèi)。實(shí)踐證明 85%90%田間持水量，作為作物適宜的土壤水分上限指標(biāo)，既可以使計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的土壤水分達(dá)到比較適宜作物生長(zhǎng)的程度，有利于作物高產(chǎn)又避免了水分浪費(fèi)。計(jì)算土壤灌水量對(duì)以圈闖持水量為指標(biāo)，既節(jié)約用水，又避免超過(guò)田間持水量的水分作為重力水下滲后抬高地下水位。對(duì)于一般蔬菜類作物，其根系濕潤(rùn)層深度約為 。 3) 可以全部自動(dòng)化，節(jié)省勞力，遇坡地也無(wú)需開(kāi)渠，抑制雜草滋生等 4) 可充分利用水量小的泉或淺井。 2) 管道系統(tǒng)：管道系統(tǒng)包括干管、支管和毛管。顯示部分選用 LCD組成顯示模塊。 本設(shè)計(jì)由信號(hào)采集、信號(hào)分析和信號(hào)處理三個(gè)部分組成的。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來(lái)。最小應(yīng)用系沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 統(tǒng)設(shè)計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 IE 也有一個(gè)總禁止位 EA，它能控制所有中斷的允許或禁止。 定時(shí)器 0和定時(shí)器 1的標(biāo)志位 TF0和 TF1在定時(shí)器溢出那個(gè)機(jī)器周期的 S5P2狀態(tài)置位，而會(huì)在下一個(gè)機(jī)器周期才查詢到該中斷標(biāo)志。對(duì)外接電容 C C2 雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF177。采用外部時(shí)鐘的電路。該器件采用 ATMEL搞密度非易失存 儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。 8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash STC89C52 主要功能 如表 一 所示。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。 P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。對(duì) P3 端口寫(xiě)“ 1”時(shí) ，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。 RST—— 復(fù)位輸入。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE脈沖。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE禁止位無(wú)效。如 EA端為高電平（接 Vcc端）， CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。因此時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 MCS51 的一個(gè)機(jī)器周期由六個(gè)狀態(tài)組成，每一個(gè)時(shí)鐘為 2 個(gè)振蕩周期，一個(gè)機(jī)器周期有 6 個(gè)時(shí)鐘周期即 12 個(gè)振蕩周期。復(fù)位就是通過(guò)某種方式使單片機(jī)內(nèi)存的各寄存器變?yōu)槌跏贾档牟僮?，這是單片機(jī)不可缺少的外圍電路，在 REST 端加上一個(gè)低電平就可令其復(fù)位，該電路具沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 有上電復(fù)位功能， STC89C52 單片機(jī)復(fù)位電路原理圖如圖 所示。 45%RH，測(cè)溫精度 177。在此期間不發(fā)送任何指令。 SCK 引腳是 MCU 與 SHTIO 之問(wèn)通信的同步時(shí)鐘，由于接口包含了全靜態(tài)邏輯，因此沒(méi)有最小時(shí)鐘頻率。在數(shù)據(jù)傳輸期間，當(dāng) SCK 為高電平時(shí)， DATA 數(shù)據(jù)線上必須保持穩(wěn)定狀態(tài)。 ②為保持自身發(fā) 熱溫升小于 ℃， SHT10 的激活時(shí)間不超過(guò) 10%。 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 表 41 濕度的非線性補(bǔ)償 RHSO C1 C2 C3 12bit 8bit (5)濕度信號(hào)的溫度補(bǔ)償。 (6)溫度計(jì)算。 由于濕度與溫度經(jīng)由同一塊芯片測(cè)量而得，因此 SHT10 可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的露點(diǎn)測(cè)量。 1SLCK2VCC3GND4DATAU2SHT10VCCGNDC1CAPR610KVCCSHT10 模塊DATASCLKP P 圖 SHT10 溫濕度傳感器模塊 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 LCD1602 液晶模塊 LCD1602 是 一種字符型點(diǎn)陣液晶顯示器，它主要采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)原理由行驅(qū)動(dòng)控制器和列驅(qū)動(dòng)器兩部分組成了 16(列 )*2(行 )的全點(diǎn)陣液晶顯示。 (2)LCD1602 與單片機(jī)串行接口實(shí)現(xiàn)顯示。 本設(shè)計(jì)在 溫 濕度測(cè)量中當(dāng) 溫 濕度的上下限超出時(shí)提示報(bào)警，接口位于單片機(jī)沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 AT89C52 的 P2 口， 采用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的方式連； LED0 接 口， LED1 接 口， LED2 接 口， LED3 接 口?？刂撇糠蛛娐穲D如圖 。把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)。從而使 C 語(yǔ)言的運(yùn)算類型極其豐富，表達(dá)式類型多樣化。并引入了指針概念，使程序效率更高。 C 語(yǔ)言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語(yǔ)句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。 圖 主程序流程圖 溫濕度轉(zhuǎn)換子程序 流程圖 壽險(xiǎn)，選擇供電電壓后給傳感器通電，上電速度不能低于 1V/ms 進(jìn) 入休眠狀態(tài)，在此之前不允許對(duì)傳感器發(fā)送任何命令。這個(gè)過(guò)程需要大約 20/80/320ms，分別對(duì)應(yīng) 8/12/14bit 測(cè)量。檢測(cè)數(shù)據(jù)可以先被存儲(chǔ)，這樣控制 器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時(shí)再讀出數(shù)據(jù)。 圖 鍵盤設(shè)置部分程序流程圖 開(kāi)始 返回 顯示當(dāng)前溫濕度 N K K2 按下否 確定切換模式 Y Y K3 是否按下？ 進(jìn)行相應(yīng)按鍵處理 N K3 鍵按下 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 控制及 超限報(bào)警部分流 程圖 超限報(bào)警部分是在當(dāng)前濕度值下，判斷濕度是否大于上限，是則點(diǎn)亮 LED1燈，否則繼續(xù)判斷濕度是否低于下限，是則進(jìn)行 LED 燈 光報(bào)警 并 在 LCD 屏上顯示灌水倒計(jì)時(shí)剩余時(shí)間（可以預(yù)設(shè)置） ， 并且同時(shí)控制繼電器工作，繼電器正常工作指示燈 LED5 亮起 ， 否則返回 。調(diào)試的過(guò)程是按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能來(lái)劃分的。一、單片機(jī)輸入輸出接口主要是信號(hào)測(cè)試；二、根據(jù)理論計(jì)算和軟件仿真的預(yù)期結(jié)果，再通過(guò)對(duì)響應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。 排除邏輯故障， 排除的方法是首先將加工 ， 印制板認(rèn)真對(duì)照原理圖，看兩者是否一致。可以采取檢查元器件與設(shè)計(jì)要求的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否一致。本次設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)流程是將 溫 濕度傳感器測(cè)量得到的數(shù)據(jù)信號(hào)送入單片機(jī) STC89C52 的 T0 引腳，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0工作在計(jì)數(shù)方式，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 工作在定時(shí)方式。查看程序能否實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。 圖 濕度過(guò)高時(shí)的仿真現(xiàn)象 若濕度低于設(shè)置的正常范圍，則“低濕報(bào)警 ”燈亮， 并且繼電器吸合燈 D5亮；在 LCD 屏顯示當(dāng)前濕度值， 濕度單位為 rH，并同時(shí)開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，若濕度恢沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 復(fù)正常值，則倒計(jì)時(shí)結(jié)束，顯示當(dāng)前濕度值，仿真結(jié)果如圖 所示。 圖 設(shè)置上限值的軟件仿真圖 按切換鍵 進(jìn)入 溫度上下限 設(shè)置模式，設(shè)置下限值，按 “加 1”鍵加 1，按 “減1”鍵減 1，再按 “切換”鍵，設(shè)置結(jié)束，顯示當(dāng)前