【正文】 單片機(jī)灌溉技術(shù)的發(fā)展最有代表性的國家應(yīng)首推以色列，其溫 室種植全部采用單片機(jī)灌溉。在以色列，已經(jīng)出現(xiàn)了在家里利用電腦對灌溉過程進(jìn)行全部控制 (無線、有線 )的農(nóng)場主。以色列、日、英、美等 國家己采用先進(jìn)的節(jié)水灌溉制度，由傳統(tǒng)的充分灌溉向非充分灌溉發(fā)展，對灌區(qū)用水進(jìn)行監(jiān)測預(yù)報，實(shí)行動態(tài)管理，采用遙感技術(shù)，監(jiān)土壤墑情和作物生長，開發(fā)和制造了一系列用途廣泛、功能強(qiáng)大的數(shù)字式灌溉控制器，得到廣泛應(yīng)用 [2]?？傮w功能確定后， 開始著手整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件編制工作 [3]。 灌水時間間隔的確定 兩次灌水之間的時間間隔又稱灌水周期 T=m/E， T 為灌水周期 (h)； E 為作物需水量 ； m 為灌水定額 (mm)。 灌水次數(shù)與灌水總量的確定 采用單片機(jī)灌溉，作物全生育期的灌水次數(shù)比傳統(tǒng)地面灌多，并隨作物種類、地區(qū)水源條件等而不同。灌水定額 =(田間持水量一灌水前土壤含水量 )。但由于土壤含水量測定上的滯后，土壤含水量會有一個輕微的繼續(xù)上升的過程，最后達(dá)到 D 點(diǎn)。它支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令及增強(qiáng) AT命令，提供豐富的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等功能，是高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鞣N應(yīng)用的理想解決方案。在遠(yuǎn)程監(jiān)控和無線公話以及無線 POS終端等領(lǐng)域您都能看到 GTM900C 無線模塊在發(fā)揮作用， GTM900C軟件、硬件兼容 GTM900B、 TC35i、 MC39i，使用 TC35i或 MC39i的用戶不用作任何更改就可以使用，以 降低產(chǎn)品成本。 GTM900C 模塊產(chǎn)品特性 表 31 GTM900C 的產(chǎn)品特性表 工作頻段 EGSM900/GSM1800 雙頻 最大發(fā)射功率 EGSM900 Class4(2W) GSM1800 Class1(1W) 接收靈敏度 106dBm 工作溫度 正常工作溫度 :20176。 C 和 +70176。 GTM900C 無線模塊的業(yè)務(wù)演示框圖 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 16— 圖 31 GTM900C業(yè)務(wù)演示框圖 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 1— GTM900C 無線模塊 AT 命令 本課題 中的 GSM模塊包括移動設(shè)備 ME（ Mobile Equipment）、移動臺 MS（ Mobile Station）、終端適配器 TA（ Terminal Adapter）、數(shù)據(jù)通信設(shè)備 DCE（ Data Communication Equipment）和傳真 DCE（包括傳真 Modem和傳真板）。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 32： 圖 32 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 AT 命令類型 本手冊中的所有命令行必須以“ AT”或“ at”為前綴，以 CR結(jié)尾 一般來講 ， AT命令包括四種類型，如表 32所示： 表 32 AT命令類型 類型 說明 實(shí)例 設(shè)置命令 該命令用于設(shè)置用戶自定義的參數(shù)值。 AT+CXXX 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 2— 消息發(fā)送和寫入命令 發(fā)送消息： AT+CMGS 使用設(shè)置命令，可將 SMS（ SMSSUBMIT）從 TE發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)側(cè)。toda給定的地址類型 pdu SMS 情況下： GSM TPDU,16進(jìn)制，遵循 GSM SC地址； ME/TA 把 TP 數(shù)據(jù)單元中的每個 8位字符轉(zhuǎn)換為包含 2個IRA 字符的 16進(jìn)制數(shù) （如：整數(shù)取值為 42的 8位字符作為 2位數(shù)字（ 2A，即 IRA50和 65）發(fā)送給 TE） CBS 情況下 :使用 16進(jìn)制 TPDU length 整數(shù)型取值；文本模式（ +CMGF=1）下，用字符表示的 data（或 cdata）消息正文的長度； PDU 模式（ +CMGF=0）下， 8位真實(shí) TP數(shù)據(jù)單位的長度（即： RP 層的 SMSC 地址中的 8位字符將不計(jì)算在該長度內(nèi)） mr 整數(shù)型的 TP— message— reference scts 時間 — 字符型（請參考 dt）的 TP— service—centre— Time— Stampe dt 時間 — 字符型 TP— Discharge— Time“ YY/MM/dd，hh： mm： ss177。 toda 整數(shù)型的 TD— Destination— address 中的 8位“類型 — 地址”字段（當(dāng) da的首字符為 +（ IRA 43）時，缺省值為 145；否則缺省值為 129） 舉例：發(fā)送文本方 AT+CMGF=1 NOTE：設(shè)置以文本方式發(fā)送短信 式的短信 OK AT+CMGS=15840343232 NOTE：輸入對方號碼 SMS NOTE：輸入短信內(nèi)容，以 ctrlZ 發(fā)送； ESC取消 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 4— OK 舉例：發(fā)送和接收 PDU 方式的短信 AT+CMGF=0 OK AT+CMGS=16 0891683108202205F011000D91683118087981F60004000168 OK PDU編碼解析： 發(fā)送數(shù)據(jù)： 0891683108202205F011000D91683118087981F60004000168 表 35 PDU 編碼解析 碼段 含義 說明 08 SMSC地址信息的長度 共 8個八位字節(jié)（包括 91） 91 SMSC地址格式（ TON/NPI 用國際格式號碼（在前面加‘ +’） 683108202205F0 SMSC地址 8613800210500，補(bǔ)‘ F’湊成偶數(shù)個 11 基本參數(shù)（ TP— MTI/VFP） 發(fā)送 ,TP— VP 用相對格式 00 消息基準(zhǔn)值（ TPMR） 0 0D 目標(biāo)地址數(shù)字個數(shù) 共 13個十進(jìn)制數(shù)（不包括 91和‘ F39。 69 GTM900C 信號連接器和天線接口 GTM900C 的信號連接器和天線接口，包括： 信號連接器接口； 天線接口。該連接器是由 HRS 公司提供的，器件編碼是 (10)，具體的圖形和尺寸如圖 34 所示。 ) 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒 17 UART_RI0 O (177。 ) 清除發(fā)送 GTM900C上 PIN 腳定義為輸出信號 21 UART_RTS0 I (177。 ) SIM 卡在位信號 目前軟件尚不支持 , 設(shè)計(jì)時懸空 25 SIM_RST O (177。 ) SIM 卡電源 29 SIM_GND SIM 卡地 與通常的工作地： GND 信號連接同時要求與 SIM卡的 GND 信號連接 30 Vbackup I/O 備用電池電源信號 參考后面章節(jié)的推薦設(shè)計(jì) 31 RST I (177。 UART 接口的信號除了 RXD0、 TXD0 是高電平有效之外，其余所有信號均為低電平有效。 圖 34 DCEDTE 的連接關(guān)系 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 11— 第四 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 土壤水分傳感器的選擇與使用 土壤水分傳感器的選擇 快速、準(zhǔn)確地測定農(nóng)田土壤水分，對于探明作物生長發(fā)育期內(nèi)土壤水分的盈虧，以便適時做出灌溉、施肥決策和排水措施等具有重要意義。電容式水分傳感器的特點(diǎn)是精度高、量程寬、可測的物料品種多，而且響應(yīng)速度也較快，可應(yīng)用于在線監(jiān) 測實(shí)現(xiàn)自動化。它有小且易安裝的接頭，由于它是線性的電壓輸出濕度檢測模塊，因此能直接與微控制器相接，價格相對便宜，具有較高的性價比。 通過振蕩電路，很容易 把 C 轉(zhuǎn)換成振頻頻率不同的電信號，把該信號通過單片機(jī)與其它電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。探頭的探針必須是絕緣的，這里 采取了搪瓷的方法，因?yàn)榇稍谕寥乐胁粫桓g，絕緣性好，且質(zhì)地堅(jiān)硬，耐 磨性較好，可以達(dá)到理想的效果。取 RA 為 100K， 取 RB 為 3K，這樣輸出的波形就近似為方波 (RB 為可調(diào)電阻 )。 經(jīng)過 16 分頻的方波信號輸入 AT89C51 單片機(jī)，由軟件對輸入的信號進(jìn)行處理，通過分段擬合，以降低誤差，同時進(jìn)行查表計(jì)算，獲得相應(yīng)的濕度值?？撮T狗定時器對微控制器提供了獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。利用 X25045 低 Vcc 檢測電路，可以保護(hù)系統(tǒng)使之免受低電壓的影響。通過 SN75LBC184 對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這樣，只要在上位機(jī)的端口加上一個 D485 轉(zhuǎn)換頭，就可以實(shí)現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的傳輸了。該器件還具有合適于電噪聲環(huán)境中的合用數(shù)據(jù)總線應(yīng)用的許多特點(diǎn) [5]。最好能在各點(diǎn)或不同深度分層埋設(shè)若千傳感器。 ③ 對于較長時間的連續(xù)觀察，探頭最好能與垂線呈一定角度安放 (一般取100~450)，這樣可以減小土壤的非均質(zhì)性，作物根系的垂直生長特性以及垂直干裂 隙、蛆叫洞等的影響，并可克服垂直安放探頭易引發(fā)干裂縫及孔洞，從而造成降雨或灌水時水分沿探頭下滲的弊端。 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)的發(fā)展概況及其選擇 隨著電子技術(shù)、微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)發(fā)展很快，單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)的一個獨(dú)特的分支，它是在一塊芯片上集成了多種功能部件所構(gòu)成的一臺完整的、具有一定功能的單片微型計(jì)算機(jī)。 [19] AT89C51 的主要性能有 [20]: ? 與 MCS51 微控制器產(chǎn)品兼容 ； ? 4KB 可改編程序 Flash 存儲器 ； (可經(jīng)受 1， 000 次的 寫入 /擦除周期 ) ? 全靜態(tài)工作 ： 0HZ24MHZ； ? 三級存儲器保密 ； 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 16— ? 128X8 字節(jié)內(nèi)部 RAM； ? 32 條可編程 I/0 線 ； ? 2 個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器 ； ? 6 個中斷源 ； ? 可編程串行通道 ； ? 片內(nèi)時鐘振蕩器 ； ? 空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存片內(nèi)以 RAM 中的內(nèi)容。 XTAL2 接外部晶體的另一個引腳，在單片機(jī)內(nèi)部它是振蕩器的反相放大器的輸出，采用外部振蕩器時，引腳懸掛不連接。 PSEN 程序存貯允許 ( PSEN)輸出是外部程序存儲器的 讀選通信號，當(dāng) AT89C51 由外部程序存貯器取指令時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效 (即輸出 2 個脈沖 )，但在此期間內(nèi)，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，兩次 PSEN 有效信號都不輸出。驗(yàn)證程序時則輸出指令字節(jié)，此時要求外接上拉電阻。 P3端口 (P3. 0~)是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0端口，除了一些與 P1， P2部分相同的功能外，還有一些專門功能。 AT89 系列與其它微處理器一樣，在啟動時都需要復(fù)位，使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 19— 確定的初始狀態(tài) ，并從初態(tài)開始工作。為保證能可靠地復(fù)位， RST 端的高電平信號必須維持足夠長的時間。 存儲器的配置 AT89C51 單片機(jī)將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分為不同的存儲空間，程序存儲器只可讀不可寫，用于存放編好的程序和表格常數(shù)。而本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量不太大，程序也不太長，選用的 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部含有 4KB的 Flash沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 20— 閃速存儲器， 128KB 的 RAM 數(shù)據(jù)存儲器，即可滿足要求，因此不需擴(kuò)展存儲器電路。每個中斷入口地址的間隔為 8 個單元，外部中斷的入口地址為 0003H，定時器0的入口地址為 000BH，外部中斷 1的入口地址為 0013H，定時器 1的入口地址為 001BH，依此類推。專用寄存器 PSW(程序狀態(tài)字 )中有 2 位 (RS0, RS1)用來確定采用哪一個工作寄存器組，低 128 字節(jié)區(qū)中所有單元都既可通過直接尋址方式訪問，又可通過間接尋址方式訪問。根據(jù)土壤水分含量的不同，直接可輸出不同的電壓信號，該信號經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換后成為 數(shù)字信號，再傳輸至單片機(jī)內(nèi)，本系統(tǒng)可接八路傳感器信號 。 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片種類繁多，但大量投放市場的單片集成或模塊 A/D 按其變換原理主要 分為逐次比較式、雙積分式、量化反饋式和并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器。 ADC0809 引腳及接口電路設(shè)計(jì) ADC0809 是一種逐次逼近式 8 路模擬輸入， 8 位數(shù)字量輸出的 A/D 轉(zhuǎn)換器。通過數(shù)字量運(yùn)算比較的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對模擬量的測量及控制。 ⑤ Vr(+)和 Vr()，為參考電壓輸入端。 電路連接主要涉及兩個問題，一是 8 路模擬信號通道選擇，二是 A/D 轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。 AT89C51 的 /WR、 /RD 與 P2. 0 通過兩個邏輯門控制 ADC0809 的啟動、鎖存和輸出。有三種傳送方式 ： 定時傳送方式、查詢方式、中斷方式，這里選用了定時傳送方式。 ADC0809 與 AT89C51 單片機(jī)接口電路圖如圖 所示 [10]： 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 23— 圖 AT89C51與 ADC0809接口電路 顯示系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)