【正文】 段，能實(shí)際投入應(yīng)用，且應(yīng)用較廣的灌溉控制器還不多見。天津市水利科學(xué)研究所研制的溫室滴灌施肥智能化控制系統(tǒng)主要用于現(xiàn)代溫室，日光溫室作物的灌溉營養(yǎng)液施肥，環(huán)境監(jiān)測的智能控制，采用世界先進(jìn)的可編程序控制器和觸摸屏控制技術(shù)，性能可靠、功能齊全、人機(jī)界面友好、操作簡單、價(jià)格低廉，此控制系統(tǒng)的控制流量為 15 ，控制規(guī)模為 1~2 時(shí)，能控制 24 路閥3/mh2hm門，系統(tǒng)具有人工干預(yù)灌溉施肥功能，定時(shí)、定量灌溉施肥功能，條件控制灌溉施肥功能。國外一些先進(jìn)國家，如美國、以色列和加拿大等，運(yùn)用先進(jìn)的電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)，在節(jié)水灌溉技術(shù)方面起步較早，并日趨成熟。加拿大、澳大利亞和韓國等國家和地區(qū)也都有開發(fā)成功并形成系列的灌溉控制器產(chǎn)品，其中，比較有代表性的如澳大利亞的 HARDIE IRRGATION 公司的灌溉控制器，已形成了 MICROMASTER、RAINJET 等多個(gè)系列，幾十種型號(hào)的產(chǎn)品。模塊化是在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的設(shè)計(jì)思想，現(xiàn)已成為一種新技術(shù)被廣泛應(yīng)用，尤其是信息時(shí)代電子產(chǎn)品不斷推陳出新，模塊化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品正在不斷涌現(xiàn)。其中以探針式電容濕度傳感器為核心構(gòu)成濕度采集電路，以達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)芯片 ULN2803 為核心構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)控制電路，以液晶顯示器 12864 為核心構(gòu)成顯示電路，再配合鍵盤電路實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤濕度進(jìn)行多點(diǎn)檢測。若收到的數(shù)據(jù)不低于設(shè)定的數(shù)值，則不啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行灌溉。在時(shí)間控制方式下，用戶通過鍵盤輸入灌溉的時(shí)間和灌溉的周期，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)將在顯示屏上顯示出來。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔，各類功能易于實(shí)現(xiàn)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占有一根 I/O 口線，每根 I/O 口線上的按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)影響其他 I/O 口線的工作狀態(tài)。上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)，I/O 口線上有確定的高電平。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。 中子衰減法測量土壤含水量高速運(yùn)動(dòng)的快中子與物質(zhì)作用能改變方向和產(chǎn)生能量損失,變成慢中子,形成衰減,由于被測物中含水量不同產(chǎn)生的衰減亦不同,主要原因是水中含有氫原子,而中子對(duì)氫原子作用的損失遠(yuǎn)大于對(duì)其他原子作用的損失,這樣可以通過測定慢中子來測定土壤含3水量,也就是通過衰減程度的大小來確定被測物質(zhì)中含水量的多少,中子土壤水分測試儀就是根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)而成。用張力計(jì)來測量土壤含水量有很大的發(fā)展,它的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)及原理都比較簡單,可以在線實(shí)時(shí)測量 ,而且可以確定水在土壤內(nèi)的流動(dòng)方向和滲透深度,但它的缺點(diǎn)也很突出。由于以上缺陷的存在極大地限制了該方法的推廣應(yīng)用。利用該方法測量濕度的應(yīng)用很多,多為探針式。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(dòng)化。主要由微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、 I/O 接口三大功能部分通過總線有機(jī)連接而成，在外部通過I/O 接口配置各種外部設(shè)備就構(gòu)成微機(jī)的硬件系統(tǒng) [7]。在自動(dòng)模式下，單片機(jī)檢測外部有無灌溉信號(hào)。若有鍵按下， 有中斷信號(hào)送入單片機(jī)。因此，AT89C51 是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便的應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域 [8]。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi)RAM 中的內(nèi)容，直到下次硬件復(fù)位為止。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。這是2由于內(nèi)部上拉的緣故。P3 端口（ ）：P3 口管腳是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位的雙向 I/O 端口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 4圖 AT89C51 最小系統(tǒng)圖 濕度采集電路 濕度傳感器的原理利用土壤含水量的介電特性來測量土壤含水量是一種行之有效、簡便、快速的方法。假設(shè)電極的電容為 C,加在電極之間的交變電壓將產(chǎn)生一個(gè)交變電量 ,從而引起一個(gè)交變電流 ,則交變電壓 可以()ut ()qt ()cit ()ut寫為 （）()ut?1()citd?探針導(dǎo)納為 （）YGjwC?5其中,G 為等效導(dǎo)納的電導(dǎo)。 表示0Ck???0?真空中的介電常數(shù),等于 。圖 土壤介電測量模型的等效電路根據(jù)矢量電壓表測得的電壓和相角以及信號(hào)源電流值,可以計(jì)算出導(dǎo)納,進(jìn)而求得等效電容 C 和等效電導(dǎo) G。全量程標(biāo)定，兩線數(shù)字接口，可與單片機(jī)直接相連，大大縮短研發(fā)時(shí)間、簡化外圍電路并降低費(fèi)用?！姊唔憫?yīng)時(shí)間：8s(tau63%)；⑧低功耗 80μW(12 位測量，1 次/s)；⑨可完全浸沒。高頻信號(hào)加到傳感器探頭上,通過整流濾波電路獲取電壓信號(hào),經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD574 送入單片機(jī)AT89C51濕度傳感器 A / D 轉(zhuǎn)化A T 8 9 C 5 1圖 濕度采集模塊組成和單片機(jī)的連接圖計(jì)算得到含水量值,該值與通過鍵盤設(shè)定的門限值比較,以決定是否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉 [11]。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。判斷鍵盤中有無鍵按下將全部行線 H0H3 置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平?？偣矘?gòu)成 16 個(gè)鍵。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。BF=0 時(shí),模塊為準(zhǔn)備狀態(tài),隨時(shí)可接受外部指令和數(shù)據(jù)。 DFF 的狀態(tài)是指令 DISPLAY ON/OFF 和 RST 信號(hào)控制的。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn)電機(jī)簡介和原理步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以相數(shù)可分為：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。開始時(shí)，開關(guān) SB 接通電源，SA、SC、SD 斷開，B 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、3 號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的 4 號(hào)齒就和C、D 相 繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，5 號(hào)齒就和 D、A 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。②驅(qū)動(dòng) LCD 智能顯示屏LCD 智能顯示屏是由微型計(jì)算機(jī)控制,以 LCD 矩陣板作顯示的系統(tǒng),可用來顯示各種文字及圖案。單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)電平較低，經(jīng) ULN2803 放大后，才能驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。 程 序 設(shè) 計(jì) 通 常 分 為 問 題 建 摸 ， 算 法 設(shè) 計(jì) ， 編 寫 代 碼 和 編 譯 調(diào) 試 四 個(gè) 階段 。 按 照 用 戶 的 要 求 ， 有 過 程 式 程 序 設(shè) 計(jì) 與 非 過 程 式 程 序 設(shè) 計(jì) 之 分 。 程 序 設(shè) 計(jì) 的 基 本 概 念 有 程 序 、 數(shù) 據(jù) 、 子 程 序 、 子 例 程 、 協(xié) 同 例 程 、 模 塊 以 及順 序 性 、 并 發(fā) 性 、 并 行 性 、 和 分 布 性 等 。把一個(gè)程序分成具有多個(gè)明確任務(wù)的程序模塊，分別編制、調(diào)試后再把它們連接在一起形成一個(gè)完整的程序，這樣的程序設(shè)計(jì)方法稱為模塊化程序設(shè)計(jì)。（3）程序的修改可局部化。 主程序設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)中，主控模塊負(fù)責(zé)啟動(dòng)系統(tǒng)后顯示屏上的初級(jí)顯示，開外部中斷，判斷系統(tǒng)模式，以及執(zhí)行相應(yīng)的子程序，完成系統(tǒng)功能。若為自動(dòng)模式，則單片機(jī)定時(shí)檢測 口的值，若該值為高電平則不啟動(dòng)閥門，若該值為低電平，則啟動(dòng)閥門。當(dāng)接通電源時(shí)，自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)啟動(dòng)，同時(shí)LCD 液晶顯示提示語，提示用戶選擇模式。 盛放第一個(gè)數(shù)的字形參數(shù)U1 EQU 27H 。 鍵盤采取中斷檢測方式ORG 0030HMAIN:MOV SP,60HMOV R1,00H 。開外部中斷LOOP: LCALL DELAYLCALL DELAYMOV A,U3JNZ TYPE1SJMP LOOPTYPE1: LCALL DELAYMOV A,U3CJNE A,2,TYPE1RECYCLE0: LCALL DELAY13MOV C,JC TESTNEXTLCALL STARTMOVERECYCLE: LCALL DELAY1MOV C,JNC RECYCLELCALL STOPMOVETESTNEXT: SJMP RECYCLE0 12864 LCD 顯示子程序設(shè)計(jì)12864LCD 顯示屏有著自己的指令集，基本指令集有 11 條指令。對(duì) 12864LCD 寫程序的步驟如下：（1）開啟兩個(gè)半屏（2）清左半屏和右半屏（3）選擇左半屏（4）設(shè)置頁和起始行（5）寫左半屏顯示屏顯示子程序流程圖如圖所示。頁設(shè)置MOV LM,48 。第二位數(shù)MOV CODES,U1MOV DPTR,TAB2LCALL CHINERETDISPLAY2:LCALL RIGHTMOV YM,4MOV LM,16 。左半屏控制MOV COM,3FH 。右半屏開顯示設(shè)置LCALL PRM 。RS 置 1CLR RW 。==============設(shè)置顯示初始頁==============PAGEFIRST:MOV A,COM 。===============設(shè)置顯示初始列 ==============LIEFIRST:MOV A,COM 。調(diào)用寫入指令子程序RET。============在指定位置顯示 16*16 漢字上半部分 ======7 MOV R0,00HRETURN0: MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV DAT,A LCALL PRD INC R0 CJNE R0,16,RETURN0。===========在指定位置顯示 16*16 漢字下半部分 =RETURN1: MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV DAT,A LCALL PRD INC R0 CJNE R0,32,RETURN1 RET 鍵盤子程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的鍵盤方案采取矩陣式鍵盤，和獨(dú)立式鍵盤相比，矩陣式鍵盤按鍵數(shù)目較多，擴(kuò)展性強(qiáng)，可在需要按鍵較多的情況下使用。與門輸出端輸出高電平。掃描完成后，將鍵值存入累加器 A。判別是否有鍵按下JNZ K2 。第 0 列CLR SETB SETB SETB MOV A,00 。有鍵按下轉(zhuǎn)求鍵號(hào)MOV A,08 。有鍵按下轉(zhuǎn)求鍵號(hào)L1: MOV R4,01H 。第 3 行首鍵號(hào)JNB ,JH 。有鍵按下轉(zhuǎn)求鍵號(hào) MOV A,12 。第 2 行首鍵號(hào)JNB ,JH 。形成鍵號(hào)送入 APUSH ACC 。鍵釋放，鍵號(hào)出棧送 ACCMOV B,AADD A,BADD A,BMOV P2,0F0H 。該軟件的特點(diǎn)是[17]：（1）集原理圖設(shè)計(jì)、仿真和 PCB 設(shè)計(jì)于一體，真正實(shí)現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整開發(fā)工具。（5）支持 Keil C51 uVisionMTLAB 等第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境。在仿真電路里用一個(gè)開關(guān)替代，該開關(guān)設(shè)在 口。按照以上描述，將自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)電氣原理圖進(jìn)行 PROTEUS 設(shè)計(jì)。 ③ 源程序編譯：點(diǎn)菜單 Source→Build ALL 編譯匯編源程序，生成目標(biāo)代碼文，若編譯失敗，可對(duì)程序進(jìn)行修改調(diào)試直至編譯成功。初始界面示意圖如下：ERWS CS2S1A3A0A1A2A4A5A6A7A7A6A5A43A2A1A0A7A65A4A3A2A1A0XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0./U2AT89C51CS11S22GND3VC4V05RS6/W7E8DB09B110DB21B312DB413B514DB615B716RST17Vout18液 晶 顯 示 屏AMPIRE128X64234567891排 阻5K234567891上 拉 電 阻5K+5V+5V+5VERWS CS2S1A3A0A1A2A4A5A6A7A7A6A5A43A2A1A0A7A65A4A3A2A1A0XTAL218XTL119ALE30EA31PSEN29RST9P0./UAT89C51CS11S22GND3VC4V05RS6/W7E8DB09B110DB21B312DB413B514DB615B716RST17Vout18液 晶 顯 示 屏AMPIRE128X64234567891排 阻5K234567891上 拉 電 阻5K+5V+5V+5V圖 系統(tǒng)運(yùn)行初始界面兩種模式的仿真如下：（1）閉環(huán)模式按下鍵盤上的“自動(dòng)”按鍵，系統(tǒng)就選擇了“閉環(huán)模式” ，再單擊“啟動(dòng)”按