【正文】 頓驅(qū)動芯片ULN2803 為核心構(gòu)成 步進(jìn)電機控制電路，以 液晶顯示器 12864 為核心構(gòu)成顯示電路，再配合鍵盤電路 實現(xiàn) 對土壤濕度進(jìn)行多點檢測。 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、人機界面友好、操作簡單、價格低廉，此控制系統(tǒng)的控制流量為 15 3/mh，控制規(guī)模為 1~2 2hm 時，能控制 24 路閥門，系統(tǒng)具有人工干預(yù)灌溉施肥功能，定時、定量灌溉施肥功能，條件控制灌溉施肥功能。在閉環(huán)（自動）模式下，該系統(tǒng)能自動對土壤的濕度進(jìn)行檢測，當(dāng)實際濕度低于警戒值時單片機自動啟動步進(jìn)電機進(jìn)行灌溉。 根據(jù)本設(shè)計的功能要求，可確定此方案： 以 AT89C51 單片機為控制電路 的 核心，采用模塊化的設(shè) 計方案 。隨著控制技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，以色列開發(fā)出了現(xiàn)代診斷式控制器，這種控制器把以前不可能采集到的信息通過不同的傳感器來獲得，通過因特網(wǎng)、遠(yuǎn)程控制、 GSM 等來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，然后通 過計算機中的一些模型來處理信息，作出灌溉計劃。用戶可通過灌溉方式切換鍵切換到時間控 制方式。這樣，一個端口 (如 P1 口 )就可以構(gòu)成 4*4=16 個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵 (9 鍵 )。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 ,其介電常數(shù)相應(yīng)增大 ,測量時水分傳感器給出的電容值也隨之上升 ,根據(jù) 圖 探針式土壤濕度傳感器 傳感器的電容量與土壤水分之間的對應(yīng)關(guān)系可測出土壤的水分。 P2口用作鍵盤電路，一共設(shè)置 16個按鍵。 P1 端口 （ ） ： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4 個 TTL 門電流。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 土壤介電測量通用模型等效電路 ,如圖 所示。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。 圖 鍵盤電路圖 LCD 液晶顯示電路 12864 液晶顯示器 帶中文字庫的 12864 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 字符集。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機來控制變的非常的簡單。 步進(jìn)電機驅(qū)動模塊圖 ACBD ABCD1B12B23B34B45B56B67B78B81C182C173C164C155C146C137C128C11CO M10+ 8 8 . 8X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427+ 5 V 圖 步進(jìn)電機驅(qū)動模塊 將單片機的 口與 ULN2803 引腳 的 14 號 四個輸入端 相連，將 ULN2803引腳 的 1518 號 四個輸 出 端 與步進(jìn)電機的四個相相接。把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊。 主程序 流程圖如圖 所示。數(shù)據(jù)或者指令的代碼從 DB0~DB7 輸入。右半屏控制 MOV COM,3FH 。設(shè)置顯示起始列為第 0 列 LCALL PRM 。延時后若 IN1 還為低，則進(jìn)入掃描程序。第 3 行首鍵號 JNB ,JH 。有鍵按下轉(zhuǎn)求鍵號 JH: ADD A,R4 。在閉環(huán)模式下，濕度采集電路采集土壤濕度，并把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 圖 程序代碼加載示意圖 系統(tǒng)仿真及其分析 運行 PROTEUS 仿真電路，顯示屏將出現(xiàn)一個歡迎界面，然后提示用戶選擇模式。 （ 4） 具有各種信號源和電路分析所需的虛擬儀表、是電類教學(xué)實驗與創(chuàng)新的最侍平臺。第 3 列 CLR SETB SETB SETB MOV A,00 JNB ,JH MOV A,04 JNB ,JH MOV A,08 。第 1 行首鍵號 JNB ,JH 。先將所有的列線置低電平，行線置高電平。調(diào)用寫入指令子程序 RET 。顯示屏初始化子程序 INT: LCALL LEFT 。初級顯示 LCALL DELAY1 LCALL SHOW1 SETB EA 。若為手動模式，閥門打開后，則屏幕顯示倒計時，時間一到，閥門就關(guān)閉。按照 程序設(shè)計風(fēng)格 ，有邏輯式程序設(shè)計、函數(shù)式程序設(shè)計、對象式程序設(shè)計之分。 利用 CMOS 電路經(jīng)過達(dá)林頓管驅(qū)動高靈敏度繼電器的電路 。 （ 7） 地址計數(shù)器 AC：地址計數(shù)器是用來貯存 DDRAM/CGRAM 之一的地址 ,它可由設(shè)定指令暫存器來改變，之后只要讀取或是寫入 DDRAM/CGRAM 的值時，地址計數(shù)器的值就會自動加一，當(dāng) RS 為 “0”時而 R/W 為 “1”時，地址計數(shù)器的值會被讀取到 DB6DB0 中。圖 為本設(shè)計的鍵盤電路圖， 為行線， 為列線。 濕度傳感器與單片機的連接 濕度采集模塊組成和單片機的連接示意圖如圖 所示。其中 , ? 表示土壤的介電常數(shù) 。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如表 所示。 P0 端口 （ ） ： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8 個TTL 門電流。如用戶選擇時間控制模式，從鍵盤輸入灌溉的時間顯示在顯示屏上，啟動步進(jìn)電機，電機正轉(zhuǎn)一圈把自動灌溉的閥門打開，灌溉的時間一到，步進(jìn)電機反轉(zhuǎn)一圈把閥門關(guān)閉。該方法存在滯后和回環(huán) ,影響其測量速度。獨立式按鍵電路如圖 所示。單片機將接收到的數(shù)據(jù)和單片機內(nèi)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若收到的數(shù)據(jù)低于設(shè)定的數(shù)值，則步進(jìn)電機控制電路模塊啟動步進(jìn)電機進(jìn)行灌溉。北京奧特思達(dá)科技有限公司研制的 WT02 型微噴灌定時自動控制器，是一種供農(nóng)業(yè)、草坪、果園、溫室一般場合給水的電子灌溉自動控制系統(tǒng)。節(jié)水灌溉控制器近期在中國應(yīng)朝著價格低、性能可靠、操作簡便的方向發(fā)展。但從長遠(yuǎn)利益考慮，新的智能化技術(shù)、傳感技術(shù)和農(nóng)業(yè)科技的引入、應(yīng)用和普及，將會有智能化程度更高、功能更強、性能更穩(wěn)定可靠的灌溉控制器出現(xiàn)。 國外一些先進(jìn)國家，如美國、以色列和加拿大等，運用先進(jìn)的電子技術(shù)、計算機和控制技術(shù)，在節(jié)水灌溉技術(shù)方面起步較早，并日趨 成熟。若收到的數(shù)據(jù)不低于設(shè)定的數(shù)值，則不啟動步進(jìn)電機進(jìn)行灌溉。上拉電阻保證了按鍵斷開時， I/O 口線上有確定的高電平。由于以上缺陷的存在極大地限制了該方法的推廣應(yīng)用 。在自動模式下，單片機檢測外部有無灌溉信號。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P3 口同時為閃爍編 程和編程校驗接收一些控制信號。 0? 表示真空中的介電常數(shù) ,等于 10 /Fm?? 。高頻信號加到傳感器探頭 上 ,通過整流濾波電路獲取電壓信號 ,經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD574 送入單片機 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的連接圖 計算得到含水量值 ,該值與通過鍵盤設(shè)定的門限值比較 ,以決定是否實現(xiàn)自動灌溉 [11]?？偣矘?gòu)成 16 個鍵。 步進(jìn)電機驅(qū)動電路 步進(jìn)電機簡介和原理 步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。 ② 驅(qū)動 LCD 智能顯示屏 LCD 智能顯示屏是由微型計算機控制 ,以 LCD 矩 陣板作顯示的系統(tǒng) ,可用來顯示各種文字及圖案。 程序設(shè)計的基本概念有程序、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。若為自動模式，則單片機定時檢測 口 的值，若該值為高電平則不啟動閥門，若該值為低電平，則啟動閥門。開外部中斷 LOOP: LCALL DELAY LCALL DELAY MOV A,U3 JNZ TYPE1 SJMP LOOP TYPE1: LCALL DELAY MOV A,U3 CJNE A,2,TYPE1 RECYCLE0: LCALL DELAY1 MOV C, JC TESTNEXT LCALL STARTMOVE RECYCLE: LCALL DELAY1 MOV C, JNC RECYCLE LCALL STOPMOVE TESTNEXT: SJMP RECYCLE0 12864 LCD 顯示子程序設(shè)計 12864LCD 顯示屏有著自己的指令集，基本指令集有 11 條指令。左半屏控制 MOV COM,3FH 。===============設(shè)置顯示初始列 ============== LIEFIRST: MOV A,COM 。與門輸出端輸出高電平。有鍵按下轉(zhuǎn)求鍵號 MOV A,08 。第 2 行首鍵號 JNB ,JH 。 （ 5） 支持 Keil C51 uVision MTLAB 等第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境。初始界面示意圖如下： E RWRSCS2CS1A3A0A1A2A4A5A6A7A7A6A5A4A3A2A1A0A7A6A5A4A3A2A1A0X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P。 仿真電路設(shè)計 本系統(tǒng)硬件由 濕度采集電路模塊、步進(jìn)電機控制電路模塊、鍵盤接口電路模塊和顯示電路模塊組成。第 3 行首鍵號 JNB ,JH 。有鍵按下轉(zhuǎn)求鍵號 MOV A,12 。單片機響應(yīng)外部中斷后，先延時 10ms，用以消除抖動。將實際的頁數(shù)和 40 的或所得的結(jié)果即是要送的指令代碼 MOV COM,A 。寫指令子程序 LCALL RIGHT 。 CS CS2 不同組合代表選擇左半屏或者右半屏。執(zhí)行完一個灌溉周期后繼續(xù)循環(huán)檢測 口 的電平值。 在硬件系統(tǒng)設(shè)計好以后，就要設(shè)計相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能。應(yīng)注意的是 ,達(dá)林頓管由于內(nèi)部由多只管子及電阻組成 ,用萬用表測試時 ,基極的正反向阻值與普通三極管不同。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。剩下的一個鍵是空閑鍵，留作擴(kuò)展功能用。 矩陣 鍵盤電路設(shè)計 矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些，圖 中，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機的 I/O 口作為輸出端，而列線所接的 I/O口則作為輸入。當(dāng)在探針上加一個電流 i 時 ,在電容兩端產(chǎn)生一個幅 值為 u ,相角為 ? 的電壓 ju ue?? ,則探針導(dǎo)納 可表示為jiY ue??。