【文章內(nèi)容簡介】 原理、根據(jù)電磁波在介質(zhì)中傳播頻率來測量土壤的表觀介電常數(shù) (ε)，從而得到土壤容積含水量 (θv)， FDR 具有簡便安全、快速準確、定點連續(xù)、自動化 、寬量程、少標定等優(yōu)點。是一種值得推薦的土壤水分測定儀器。 FDR 型的技術(shù)參數(shù)、應用及特點 技術(shù)參數(shù) 測量參數(shù)：土壤容積含水率 單 位： %( m3/m3) 量 程： 0～ 100% 探針長度： 探針直徑： 3mm 探針材料：不銹鋼 密封材料：環(huán)氧樹脂 測量精度： 177。3% 工作溫度范圍： 40℃ ～ 85℃ 工作電壓： 5～ 12V 工作電流： 21～ 26mA，典型值 21mA 測量主頻： 100Mhz 輸出信號： 0～ DC 測量穩(wěn)定時間： 2 秒 響應時間：＜ 1 秒 測量區(qū)域：以中 央探針為中心，圍繞中央探針的直徑為 7cm、高為 7cm 的圓柱體 功能及特點 ： 本傳感器體積小巧化設(shè)計，攜帶方便，安裝、操作及維護簡單。 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，不繡鋼探針保證使用壽命。 外部以環(huán)氧樹脂純膠體封裝，密封性好，可直接埋入土壤中使用，且不受腐蝕。 土質(zhì)影響較小，應用地區(qū)廣泛。 測量精度高，性能可靠，確保正常工作。 響應速度快，數(shù)據(jù)傳輸效率高。 廣泛應用于節(jié)水農(nóng)業(yè)灌溉、溫室大棚、花卉蔬菜、草地牧場、土壤速測、植物培養(yǎng)、科學試驗等場領(lǐng)域。 電子科技大學中山學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 錯誤 !文檔中沒有指定樣式的文字。 7 圖 土壤濕度傳感器 AT89C51 單片機 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦 除只讀存儲器可以反復擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 89C51 是一種高效微控制器， 89C2051 是它的一種精簡版本。 89C 單片機為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價廉的方案。 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位 定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳說明 電子科技大學中山學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 錯誤 !文檔中沒有指定樣式的文字。 8 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為 高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) 。 89C51 引腳圖 地址的低八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 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 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址 外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個TTL 門電流。當 P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的電子科技大學中山學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 錯誤 !文檔中沒有指定樣式的文字。 9 高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址 的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP ：當 /EA 保 持低 電 平時 ，則 在 此期 間外 部 程序 存儲 器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 圖 AT89C51 單片機 系統(tǒng)總體設(shè)計 （ 1） 該系統(tǒng)是一種高效率、低成本的灌溉優(yōu)化控制系統(tǒng) 。 系統(tǒng)布線簡單易行，電子科技大學中山學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 錯誤 !文檔中沒有指定樣式的文字。 10 而且系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠、經(jīng)濟實用。 （ 2）硬件電路以 AT89C51 單片機為核心，系統(tǒng)輸入由采集土壤 濕度 傳感器、及傳感器信號處理電路組成，輸出控制由繼電器、執(zhí)行器構(gòu)成。 （ 3）軟件用 C 語言作為編程語言，采用模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計 。 電子科技大學中山學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 錯誤 !文檔中沒有指定樣式的文字。 11 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 單片機控制原理 圖 控制系統(tǒng)邏輯原理框圖 單片機主機控制電路 時鐘電路 單 片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種微操作的時間基準，時鐘信號通常用兩種電路形式得到 :內(nèi)部振蕩和外部振蕩。 MCS51 單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳 XTALl 和 XTAL2 分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時，電路簡單，所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實際使用中常采用這種方式，如圖 3 所示在其外接晶體振蕩器 (簡稱晶振 )或陶 瓷諧振器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，片內(nèi)高增益反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。圖 3 中外接晶體以及電容 C2 和 C1 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為 30P 左右，晶振頻率選 6MHz。 復位電路 為了初始化單片機內(nèi)部的某些特殊功能寄存器，必須采用復位的方式，復位后可使 CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始正常工作。單片機的復位是靠外電路來實現(xiàn)的，在正常運行情況下，只要 RST 引腳上出現(xiàn)兩個機器周期時間以上的高電平，即 可引起系統(tǒng)復位，但如果 RST 引腳上持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。復位后系統(tǒng)將輸入 /輸出 (1/0)端口寄存器置為FFH，堆棧指針 SP 置為 07H, SBUF 內(nèi)置為不定值，其余的寄存器全部清 0，內(nèi)部RAM 的狀態(tài)不受復位的影響，在系統(tǒng)上電時 RAM 的內(nèi)容是不定的。復位操作有兩種情況，即上電復位和手動 (開關(guān) )復位。本系統(tǒng)采用上電復位方式。 圖 3 中 R9 和 Cl 組成上電復位電路，其值 R 取為 1KQ, C 取為 1pF. 89C51 單 片 機 濕度傳感器 噴霧系統(tǒng) 驅(qū)動控制電路 農(nóng)作物 顯示部分 輸入部分 系統(tǒng)時間輸入部分 電子科技大學中山學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 錯誤 !文檔中沒有指定樣式的文字。 12 數(shù)據(jù)存儲器的擴展電路 AT89C51 單片機外接數(shù)據(jù) RAM 時， P2 口輸出存儲器地址的高 8 位， PO 口分時 輸出地址的低 8 位和傳送指令字節(jié)或數(shù)據(jù)。 PO 口先輸出低 8 位地址信號，在ALE 有效時將它鎖存到外部地址鎖存器中，然后 PO 口作為數(shù)據(jù)總線使用，此處地址鎖存器選用 74LS373，實際電路圖連接如圖 4 所示。 圖 數(shù)據(jù)存儲器的擴展電路 。 數(shù)據(jù)采集處理電路 ADC0809 是一種 8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部具有鎖存控制的 8 路模擬開關(guān)，外接 8 路模擬輸入端，可同時對 8 路 05V的輸入模擬電壓信號分時進行采集轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)只用到 INO 和 INl 兩路輸入通道。 ADC0809 轉(zhuǎn)換器的分辨率為 8位，最大不可調(diào)誤差小于士 1LSB，采用單一 +5V供電，功耗為 15mW,不必進行零點和滿度調(diào)整。由于 ADC0809轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)寄存器具有可控的三態(tài)輸出功能，輸出具有 TTL 三態(tài)鎖存緩沖器，故其 8 位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。A/D 轉(zhuǎn)換器需外部控制啟動轉(zhuǎn)換信號方能進行轉(zhuǎn)換，這一啟動轉(zhuǎn)換信號可由 CPU提供，不同型號的 A/D 轉(zhuǎn)換器，對啟動轉(zhuǎn)換信號的要求也不同，分脈沖啟動和電平啟動兩種， ADC0809 采用脈沖啟動轉(zhuǎn)換，只需給 A/D 轉(zhuǎn)換器的啟動控制轉(zhuǎn)換的輸入引腳 ((START)上，加入正脈沖信號，即啟動 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換開始后，轉(zhuǎn) 換結(jié)束信號輸出端 (EOC)信號變低，轉(zhuǎn)換結(jié)束時， EOC 返回高電平，以通知主機讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量，這個信號可以作為 A/D 轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)信號供查詢，也可以用作中斷請求信號。 電子科技大學中山學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 錯誤 !文檔中沒有指定樣式的文字。 13 圖 數(shù)據(jù)采集處理電路 本系統(tǒng)中 ADC0809 與 AT89C51 單片機的接口如圖 5 所示，采用等待延時方式。 ADC0809 的時鐘頻率范圍要求在 10~1280kHz， AT89C51 單片機的 ALE 腳的頻率是單片機時鐘頻率的 1/6，因此當單片機的時鐘頻率采用 6MHz， ADC0809 輸入時鐘頻率即為 CLK=1MHz，發(fā)生啟動脈沖后需要延時 100us 才可以讀取 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 如圖 5 連接方式， ADC0809 的 8 位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連，地址譯碼引腳 A, B, C 分別與 74LS373 的 A, B, C 相連，以選通 INO IN7 中的一個通道。 AT89C51 的 p 作為片選信號，在啟動 AM 轉(zhuǎn)換時，由單片機的寫信號 WR和 p2.。控制 ADC 的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動。由