【正文】 機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信主要采用異步串行通信。異步通信的優(yōu)點(diǎn)是不需要傳送同步時(shí)鐘，字符幀長(zhǎng)度不受限制，故設(shè)備簡(jiǎn)單。如：MC145474LS47等。LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。(3)控制線（4條）：①允許輸出：該輸入線用于控制從6264中讀出的數(shù)據(jù)是否送到數(shù)據(jù)線D7～D0上。注意，如果=1，A的狀態(tài)不起作用。內(nèi)部寄存器控制輸入引腳是大多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器所沒(méi)有的，它們用來(lái)選擇輸出數(shù)據(jù)的形式和轉(zhuǎn)換脈沖長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)采集是在模擬信號(hào)源中采集信號(hào),并將之轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)的過(guò)程。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。(7)RESET：復(fù)位輸入。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。(2)它不依賴于對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，對(duì)無(wú)法建?；蚝茈y建模的的復(fù)雜對(duì)象，也能利用人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)模糊控制器完成控制任務(wù)；而傳統(tǒng)的控制方法都要已知被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，才能設(shè)計(jì)控制器。當(dāng)被測(cè)量不隨時(shí)間變化或變化很慢時(shí)，可用一系列靜態(tài)參數(shù)來(lái)描述和表征傳感器的靜態(tài)特性。在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中，描述土壤中水含量的概念有：體積百分?jǐn)?shù)，重量百分?jǐn)?shù)，水層厚度，田間持水量，相對(duì)含水量，水儲(chǔ)量，土壤濕潤(rùn)層深度。這是一種先進(jìn)的灌溉方法。微灌技術(shù)大都用于經(jīng)濟(jì)作物，是目前農(nóng)民比較關(guān)心的一種節(jié)水灌溉技術(shù)，它是在滴灌的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)一種節(jié)水灌溉技術(shù)，微灌包括滴灌、微噴灌、滲灌、小管涌流灌等多種方式。 課題研究目的及主要內(nèi)容節(jié)水灌溉技術(shù)及其配套設(shè)備，在我國(guó)經(jīng)過(guò)近30多年的快速發(fā)展，在總結(jié)相關(guān)成果的基礎(chǔ)上，初步形成了其技術(shù)體系，在某些方面已達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。近幾年，根據(jù)中國(guó)國(guó)情，我國(guó)已研發(fā)出大射程旋轉(zhuǎn)式微噴頭、長(zhǎng)流道新型薄壁微灌帶、帶離心清洗裝置的自動(dòng)反沖過(guò)濾器、帶穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)的連續(xù)精量水動(dòng)式施肥泵、低壓壓力調(diào)節(jié)器、節(jié)能異形噴嘴、可調(diào)霧化程度及射程的多功能噴頭、新型短流道噴頭、輕小型噴灌機(jī)組、新型中遠(yuǎn)射程噴頭、國(guó)產(chǎn)激光控制精細(xì)平地鏟運(yùn)設(shè)備等節(jié)水灌溉設(shè)備和系統(tǒng)。微灌又分為滴灌、微噴灌、涌泉灌、地下滲灌。LED monitor目 錄摘 要 IAbstract II第1章 引言 1 農(nóng)業(yè)自動(dòng)灌溉 1 國(guó)內(nèi)、外灌溉現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2 課題研究目的及主要內(nèi)容 4第2章 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng) 5 滴灌原理概述 5 土壤濕度傳感器 8 模糊控制 9第3章 基于MCS51單片機(jī)的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 11 單片機(jī)選型 11 時(shí)鐘電路 14 復(fù)位電路 14 A/D轉(zhuǎn)換電路 15 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路 19 LED顯示電路 20 串行通信電路 24 報(bào)警電路 27第4章 基于MCS51單片機(jī)的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 29 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 30 數(shù)據(jù)采集子程序 33 數(shù)據(jù)處理子程序 34 數(shù)據(jù)顯示子程序 36 數(shù)據(jù)通信子程序 37第5章 結(jié)論 40參 考 文 獻(xiàn) 41致 謝 42附 錄 43 III沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 引言 農(nóng)業(yè)自動(dòng)灌溉水資源緊缺是中國(guó)的基本國(guó)情，特別是北方地區(qū)嚴(yán)重缺水，人均水資源量只占全國(guó)人均水平的1/4，水資源、土地資源、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的布局嚴(yán)重失衡，生產(chǎn)和生活用水不斷增長(zhǎng)大量擠占了自然生態(tài)用水，已使黃河斷流、華北地區(qū)地下水位大幅度下降、生態(tài)環(huán)境急劇惡化，水資源短缺已成為地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。改變農(nóng)業(yè)灌溉方式是節(jié)約農(nóng)業(yè)用水的主要途徑。軟件部分包括對(duì)主程序、數(shù)據(jù)采樣子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。以色列、日本、美國(guó)等一些國(guó)家已采用先進(jìn)節(jié)水灌溉制度。在噴、技術(shù)研究方面，國(guó)外一直非常重視噴灌水肥需求規(guī)律及水肥耦合高效利用方面的研究，施肥灌溉應(yīng)用十分普遍。但薄膜易刺破和凍脹地區(qū)凍融破壞的問(wèn)題還沒(méi)有很好的解決。測(cè)量數(shù)據(jù)能夠在LED上顯示出來(lái)，結(jié)果直觀。實(shí)踐證明，微灌較地面灌水方式可增產(chǎn)30％左右。因滴灌屬于局部微灌，大部分土壤表面保持干燥，且滴頭均勻緩慢地向根系土壤層供水，對(duì)地溫的保持、回升，減少水分蒸發(fā)，降低室內(nèi)濕度等均具有明顯的效果。田間持水量長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是土壤所能穩(wěn)定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持懸著水的最大量，是對(duì)作物有效的最高的土壤水含量，且被認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)，常用來(lái)作為灌溉上限和計(jì)算灌水定額的指標(biāo)。因此便嘗試著以模糊數(shù)學(xué)來(lái)處理這些控制問(wèn)題。第3章 基于MCS51單片機(jī)的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)選型鑒于控制的復(fù)雜性和兼顧顯示、報(bào)警、閉環(huán)控制等較高要求，本設(shè)計(jì)決定用單片機(jī)作為中心控制器。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。圖32 時(shí)鐘電路原理圖 復(fù)位電路MCS51復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。％，是目前我國(guó)廣泛應(yīng)用、價(jià)格適中的A/D轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部有三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與各種微處理器連接，且無(wú)須加邏輯接口電路，便能與CMOS及TTL電平兼容。=0時(shí)，為單字節(jié)輸出，可與8位CPU接口連接，AD574采用左對(duì)齊的數(shù)據(jù)格式，與A配合，使數(shù)據(jù)分兩次輸出。圖35 AD574與單片機(jī)接口電路圖 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路AT89C51單片機(jī)片內(nèi)有128B的RAM，在實(shí)際應(yīng)用中僅靠這256B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。圖37 6264與AT89C51硬件連接原理圖 LED顯示電路進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，顯示技術(shù)作為人機(jī)聯(lián)系和信息展示的窗口，已應(yīng)用于娛樂(lè)、工業(yè)、軍事、交通、教育、航空航天、衛(wèi)星遙感和醫(yī)療等各個(gè)方面，顯示產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為電子信息工業(yè)的一大支柱產(chǎn)業(yè)。本設(shè)計(jì)選用的顯示塊是共陰極的LED（共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮）。顯示電路設(shè)計(jì)如圖310。按照數(shù)據(jù)在線路上的傳輸方向，通信方式可分為單工通信、半雙工通信與全雙工通信。其中RS表示Remended Standard，232是該標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示最后一次修定。圖312 串行通信硬件電路圖 報(bào)警電路本設(shè)計(jì)采用聲光報(bào)警電路,接口電路如圖313所示。匯編語(yǔ)言的長(zhǎng)處在于編寫(xiě)高效且需要對(duì)機(jī)器硬件精確控制的程序。 匯編語(yǔ)言直接描述機(jī)器指令，比機(jī)器指令容易記憶和理解。在元器件選擇上盡量做到使硬件電路簡(jiǎn)單,力求整個(gè)系統(tǒng)相關(guān)器件性能匹配。然后還要感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，為我們打下專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。AT89C51是采用MCS51系列的匯編語(yǔ)言編程，它有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的串行接口，有4種工作方式，其中方式1是標(biāo)準(zhǔn)的10位異步通信方式，10位數(shù)據(jù)和PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串行接口相對(duì)應(yīng)，由串行接口控制器SCON(字節(jié)地址為98H)設(shè)置狀態(tài)。其實(shí)匯編語(yǔ)言對(duì)每一個(gè)希望學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的人來(lái)說(shuō)都是非常重要的，是不能不學(xué)習(xí)的語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言”作為一門語(yǔ)言，對(duì)應(yīng)于高級(jí)語(yǔ)言的編譯器，需要一個(gè)“匯編器”來(lái)把匯編語(yǔ)言原文件匯編成機(jī)器可執(zhí)行的代碼。功能是產(chǎn)生+12v和12v兩個(gè)電源，提供給RS232C串口電平的需要。異步串行通信接口主要有三類：RS232C接口、RS44RS422和RS485接口以及20mA電流環(huán)。這里的信息幀和異步通信的字符幀不同，通常有若干個(gè)數(shù)據(jù)字符。其功能是輸入BCD碼，經(jīng)鎖存、譯碼后輸出7段顯示器的字型碼，并帶段輸出驅(qū)動(dòng)器，如MC1451MC14495。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽(yáng)極LED顯示塊的發(fā)光二極管陽(yáng)極并接，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。(4)電源線（2條）：VCC為+5V電源線，允許在177。數(shù)據(jù)格式控制端接地，可與8位單片機(jī)兼容，12位數(shù)據(jù)分兩次傳送。和R/引腳來(lái)控制的。多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)用來(lái)完成多路模擬信號(hào)的切換,信號(hào)調(diào)節(jié)則是將微弱的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成能滿足A/D轉(zhuǎn)換器需要的電平信號(hào)。 時(shí)鐘電路MCS51雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外接元件，圖32是MCS51的外部時(shí)鐘電路。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。(4)P1口：P1口是一個(gè)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4TTL門電流。不需要很多的控制理論知識(shí)，容易普及推廣[8]。其技術(shù)參數(shù)如下：(1)測(cè)量土壤水分范圍:0100%vol(2)重復(fù)性誤差:1(3)溫度范圍:600℃ to 850℃；精度:+2℃(4)電源:12VDC士20% 40mA(5)輸出:0～1 mA可選4～20 mA或0～5V其特點(diǎn)如下：(1)可長(zhǎng)期埋設(shè)；(2)長(zhǎng)度增加，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性；(3)容易攜帶，使用簡(jiǎn)單；(4)能耗極低；(5)最經(jīng)濟(jì)的TDR原理水分探頭。重量百分?jǐn)?shù)是指濕、干土質(zhì)量之差與干土質(zhì)量的比值，就是土的含水量。灌溉可方便地結(jié)合施肥，即把化肥溶解后灌注入灌溉系統(tǒng)，由于化肥同灌溉水結(jié)合在一起，肥料養(yǎng)分直接均勻地施到作物根系層，真正實(shí)現(xiàn)了水肥同步，大大提高了肥料的有效利用率，同時(shí)又因是小范圍局部控制，微量灌溉，水肥滲漏較少，故可節(jié)省化肥施用量，減少污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用該項(xiàng)技術(shù)后，可節(jié)水50％（，）,省地15～20％、省工50％、省肥20～30％，省藥10％，增產(chǎn)15～30％，特別是明顯降低棚內(nèi)的濕度，解決了冬季溫棚生產(chǎn)放風(fēng)減濕與封閉保溫的矛盾，有利于作物的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。我國(guó)目前95%以上的灌溉面積采用地面灌溉方法。在工程節(jié)水技術(shù)方面, 國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在渠系建筑物建設(shè)技術(shù)方面。水平畦灌是田面非常平整條件下的畦灌，要求供水流量大、土地平整精度高，必須在進(jìn)行大地測(cè)量后，采用激光平地技術(shù)。因?yàn)椋旱谝?、農(nóng)田灌溉耗水量最多，約占全國(guó)總耗水量的2/3，北方地區(qū)更是高達(dá)80%左右，節(jié)約灌溉用水可有效緩解水的供需矛盾；第二、目前農(nóng)田灌溉無(wú)效耗水的比重很大，發(fā)展節(jié)水灌溉不僅可以減少無(wú)效耗水、提高作物產(chǎn)量，同時(shí)還能減少土地鹽漬化危害和面源污染，改善生態(tài)問(wèn)題，一舉多得[1]。本設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件電路部分主要包括時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)，復(fù)位電路設(shè)計(jì)，報(bào)警電路設(shè)計(jì)，土壤濕度傳感器的選用，主控單片機(jī)的選用，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)，LED顯示部分和串行通信的設(shè)計(jì)。因而，解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問(wèn)題，對(duì)于緩解水資源的緊缺是非常重要的。該技術(shù)在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家被稱為是地面灌溉最重要的進(jìn)展之一。相對(duì)來(lái)說(shuō)，技術(shù)正在趨于成熟，主要是探索新型建筑結(jié)構(gòu)形式。改進(jìn)地面灌溉技術(shù)，提高地面灌溉的灌水效果對(duì)緩解我國(guó)水資源短缺、保持灌溉農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。 微灌具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)高效省水微灌系統(tǒng)全部由管道輸水，因此損失少，灌水時(shí)只濕潤(rùn)作物根部附近的部分土壤，灌水量小，灌水均勻度可達(dá)80～90％，水的利用率高。運(yùn)用灌溉施肥技術(shù)，為作物及時(shí)補(bǔ)充價(jià)格昂貴的微量元素提供了方便，并可避免浪費(fèi)。水層厚度是指在一定厚度的土層中，水分的厚度毫米數(shù)；用它表示土壤含水量的優(yōu)點(diǎn)在于與氣象資料和作物耗水量所用的水分表示方法一致，便于互 相比較和互相換算。 模糊控制在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的信息越詳細(xì)，則越能達(dá)到精確控制的目的。模糊控制的基本思想:把人類專家對(duì)特定的被控對(duì)象或過(guò)程的控制策略總結(jié)成一系列以IF(條件)THEN(作用)形式表示的控制規(guī)則,通過(guò)模糊推理得到控制作用集,狀態(tài)語(yǔ)句和控制作用均為一組被量化了的模糊語(yǔ)言集,如“正大”,“負(fù)大”,“正小”,“負(fù)小”,零等。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，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。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。外接晶體以及C2和C3構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。為了減少動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集的孔徑誤差,需要加入采樣/保持電路。當(dāng)CE=1時(shí)，=0，且R/=0時(shí)，轉(zhuǎn)換過(guò)程開(kāi)始；而CE=1，=0，而R/=1時(shí)，數(shù)據(jù)可以被讀出。WR ,RD與非門后，接于CE，無(wú)論讀或?qū)?，CE =1時(shí)AD574均工作。10％范圍內(nèi)波動(dòng)；GND為接地線[11]。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED顯示塊中有8的發(fā)光二極管，也叫8段顯示器。本設(shè)計(jì)顯示部分選用LED顯示器，其由發(fā)光二極管組成，采用動(dòng)態(tài)顯示方法；74LS138實(shí)現(xiàn)位選，CD4534段選。它們均由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符CRC三部分組成。常用的為RS232C。(4)T1 IN、R1 OUT、R1 IN、T1 OUT（引腳11～14）：第一數(shù)據(jù)通道。高級(jí)的匯編器如MASM, TASM等等為我們寫(xiě)匯編程序提供了很多類似于高級(jí)語(yǔ)言的特征，比如結(jié)構(gòu)化、抽象等。 所有可編程計(jì)算機(jī)都向人們提供機(jī)器指令，通過(guò)機(jī)器指令人們能夠使用機(jī)器的邏輯功能。下圖為數(shù)據(jù)通信中斷服務(wù)子程序的流程圖。預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)是對(duì)土壤濕度參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，將土壤濕度傳感器檢測(cè)的結(jié)果送入A/D轉(zhuǎn)換電路，進(jìn)行處理后，輸入單片機(jī)，將監(jiān)測(cè)到的濕度值進(jìn)行顯示，數(shù)據(jù)處理過(guò)程中采用模糊控制算法，輸出控制信號(hào)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土壤濕