【正文】 三章 基于太陽(yáng)能的滴灌控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 硬件部分為系統(tǒng)工作提供了基礎(chǔ)和實(shí)體，但要使它有效地工作，還必須有軟件的配合。 基于太陽(yáng)能的滴灌控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 30 圖 31 單片機(jī)編譯環(huán)境 與匯編相比， C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。 C 語(yǔ)言既具有一般高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又能直接對(duì)計(jì)算機(jī)的 硬件進(jìn)行操作，表達(dá)和運(yùn)算能力也比較強(qiáng)，許多以前只能采用匯編語(yǔ)言來(lái)解決的問(wèn)題現(xiàn)在都可以改用 C 語(yǔ)言來(lái)解決。在本次設(shè)計(jì)中，晶振模塊便是作為單片機(jī)的時(shí)鐘源，且采用 12M 的晶振模塊。一種是 皮爾斯 振蕩器配置，適用于晶振和陶瓷諧振槽路。也就是說(shuō)直流無(wú)刷電機(jī)能夠在額定負(fù)載范圍內(nèi)當(dāng)負(fù)載變化時(shí)仍可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速。 無(wú)源蜂鳴器工作電路如下圖。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(wú)法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利用 放大電路 來(lái)驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來(lái)放大電流就可以了。 無(wú)源蜂鳴器的優(yōu)點(diǎn)是： 便宜； 聲音頻率可控，可以做出“多來(lái)米發(fā)索拉西”的效果； 在一些特例中，可以和 LED 復(fù)用一個(gè)控制口； 有源蜂鳴器的優(yōu)點(diǎn)是：程序控制方便。 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用 直流電壓 供電，廣泛應(yīng)用于 計(jì)算機(jī) 、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、 電子玩具 、汽車 電子設(shè)備、電話機(jī)、 定時(shí)器 等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲 器件 。 該設(shè)計(jì)中顯示模塊采用兩片四位共陰極 LED 數(shù)碼管，分別顯示實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的土壤濕度與溫度數(shù)據(jù)。 當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上 電壓 后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。逐次逼近法轉(zhuǎn)換過(guò)程是：初始化時(shí)將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時(shí)，先將逐次逼近寄存器最高位置 1，送入 D/A 轉(zhuǎn)換器，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后生成的 模擬量 送入比較器，稱為 Vo ，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量 Vi 進(jìn)行比較，若 VoVi，該位 1 被保留，否則被清除。 PCF8591 的 3 個(gè)地址 引腳A0, A1 和 A2 可用于硬件地址 編程 ，允許在同個(gè) I2C 總線上接入 8 個(gè) PCF8591 器 件，而無(wú)需額外的硬件。 A/D 轉(zhuǎn)換器是用來(lái)通過(guò)一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。硅光電池的短路電流與光照度成線性關(guān)系。發(fā)展集成型 aSi 光電池組 件， 激光切割 的使用 有效面積 達(dá) 90%以上，小面積 轉(zhuǎn)換效率 提高到 %，大面積 大量生產(chǎn) 的為 810%，疊層結(jié)構(gòu)的最高效率為 21%。目前主要課題是繼續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，開發(fā)帶狀硅光電池技術(shù)，提高 材料利用率 。因此，選用硅光電池作為光照度傳感器的轉(zhuǎn)換元件。一個(gè)被光線照射的表面上的照度（ illumination/illuminance）定義為照射在單位面積上的 光通量 。 該傳感器模塊結(jié)構(gòu)圖 29 如下。因此，用常規(guī)方法測(cè)量濕度得誤差可達(dá)士 %5~20%。因此，在用 DS1820 進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考 慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。 圖 27 DS18B20 測(cè)溫原理框 圖 DS1820 使用中注意事項(xiàng)： DS1820 雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題： 較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的 軟件 進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS1820 與微處理器間采用四川理工學(xué)院畢業(yè)論文 15 串行數(shù)據(jù)傳送，因此 ， 在對(duì) DS1820 進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。℃ ； 可編程的分辨率為 9～ 12 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃和 ℃ ， 可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫； 在 9 位分辨率時(shí)最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時(shí)最多在750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快； 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以 一 線總線 串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力； 負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，新型溫度傳感器還會(huì)不斷涌現(xiàn)。 STC89C516RD+單片機(jī)結(jié)構(gòu) 該款單片機(jī)中包括中央處理器（ CPU）、程序存儲(chǔ)器（ Flash）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ SRAM）、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 UART 串口、 I/O 接口、 EEPROM、看門狗等模塊，幾乎包括了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)。 (2)選擇的單片機(jī)必須具有豐富的片上外圍設(shè)備 ， 因?yàn)檫@樣可以簡(jiǎn)化電路的設(shè)計(jì) ， 也可以讓電路的調(diào)試更加容易 。同時(shí)使用了晶振定時(shí)控制，定時(shí)控制精確。太陽(yáng)能控制器采用高速 CPU 微處理器和高精度 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是一個(gè)微機(jī)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。具有較高的透光率和抗老化能力。 IEA報(bào)告表示， 2050 年前太陽(yáng)能光伏 (PV)系統(tǒng)將最多為全球貢獻(xiàn) 16%的電力，來(lái)自太陽(yáng)能發(fā)電廠的太陽(yáng)能熱力發(fā)電 (STE)將提供 11%的電力。 光 — 電轉(zhuǎn)換該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光 — 電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽(yáng)能電池。該組件可用于各種戶用光伏系統(tǒng)、獨(dú)立光伏電站和并網(wǎng)光伏電站等。主要由太陽(yáng)能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負(fù)載供電，還需要配置交流逆變器 。 太陽(yáng)能既是 一次能源 ，又是 可再生能源 。 目前國(guó)內(nèi)研究方案見表 。 分布式控制系統(tǒng)采用了所謂的服務(wù)器一客戶機(jī)模式 ， 是目前計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主流 。 手動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠 ， 一般由繼電器 、 接觸器 、 按鈕 、 限位開關(guān)等電氣元件組成 。自動(dòng)滴灌系統(tǒng)目前在缺水的發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用十分廣泛，目前在我國(guó)部分地區(qū)也逐漸應(yīng)用。 大棚生產(chǎn)中，農(nóng)戶急需具備在線顯示和自動(dòng)控制裝置的控制系統(tǒng)，為現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)溫室生產(chǎn)和今后進(jìn)行管理分析提 供依據(jù)。近些年來(lái)，改進(jìn)和研制了一些新的滴灌設(shè)備，制定了滴灌滴頭和滴灌管的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。農(nóng)作物水分生產(chǎn)率平均 1kg/m3左右，與以色列 。 功能齊全的完全智能化的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)價(jià)格昂貴 ， 同時(shí)要求使用者具備一定的計(jì)算機(jī)操作技能和溫室種植管理知識(shí) 【 35】 ， 因此較適用于現(xiàn)代化溫室 ， 而對(duì)于目前擁有量最多的簡(jiǎn)易溫室或塑料大棚來(lái)說(shuō) ， 其通風(fēng) 、 遮陽(yáng) 、 滴灌等系統(tǒng)基本采用手動(dòng)裝置進(jìn)行操作 ， 不僅控制精度無(wú)法保證 ， 而且無(wú)法考察多因子相互禍合關(guān)系 ， 使得溫室的種植完全依照種植者的經(jīng)驗(yàn) 。 In the broad masses of farmers to buy ability is limited, and the existing on the market of intelligent monitoring system for modern try environment cost high, the price is expensive, it is plex to use. In order to solve this problem, this paper designed a kind of low cost, environmental monitoring and automatic drip irrigation in the integration of detection and control system. System using STC89C516RD+ singlechipmicroputer to realize realtime monitoring of greenhouse environment parameters and control model, and according to the realtime data to control greenhouse drip irrigation system, is the greenhouse soil moisture environment parameters between the set value. System is mainly posed of energy conversion module, parameter measurement module, real time control module, etc. The whole system is provided by solar panels to convert solar energy into electricity energy, so as to drive the whole system device. Again by the temperature sensor and soil humidity sensor to collect environmental parameters, and through the AD conversion module value on the LED digital tube display. Single chip microputer to deal with realtime data to judge at the same time, according to the humidity parameter and setting of the biggest impact on the environment parameter control mand, to achieve automatic control, motor so as to realize the automatic control of the whole drip irrigation system. In addition, when the environmental parameters than setting limits to realtime monitor, the motor stop working, and buzzer alarm, emergency measures for staff. Keywords:automatic control 。針對(duì)這一問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種成本較低、集環(huán)境監(jiān)控和自動(dòng)滴灌于一體的檢測(cè)與控制系統(tǒng)。 整個(gè)系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能提供能源，從而驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)裝置。solar energy IV 目錄 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 ................................................... I 摘 要 ................................................................... II ABSTRACT ............................................................... III 第一章 緒論 .............................................................................................................................. 1 引言 .............................................................. 1 國(guó)內(nèi)外自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)的灌溉 ...................................... 2 滴灌控制系統(tǒng)研究的目的和意義 ...................................... 3 第二章 基于太陽(yáng)能的滴灌控制系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì) .............................................................. 4 滴灌控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ......................................... 4 滴灌控制系統(tǒng)組成 ............................................ 4 滴灌控制系統(tǒng)選型 ............................................ 5 太陽(yáng)能供能系統(tǒng)選型 ............................................... 6 太陽(yáng)能應(yīng)用背景 .............................................. 6 太陽(yáng)能電池板選型 ............................................ 7 太陽(yáng)能控制器選型 ............................................ 9 單片機(jī)選型 ...................................................... 10 STC89C516RD+單片機(jī)介紹 .................................... 10 STC89C516RD+單片機(jī)結(jié)構(gòu) .................................... 11 溫度傳感器選型 .................................................. 12 土壤濕度傳感器選型 .................................