【導(dǎo)讀】主要問題，因此發(fā)展高效節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)是我國農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的首要條件。實時、準(zhǔn)確的監(jiān)測作物生長的水分狀況是以作物本身為指標(biāo)的灌溉系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以對作物生長缺水信息的檢測系統(tǒng)的研究具有重要意義。了作物和大氣之間的能量交換,作物冠層溫度與其能量的吸收和釋放過程有關(guān)。之一,可快速測定較大范圍的植物水分狀況。該作物缺水檢測儀首先通過非接觸式紅外測溫方法測

　　

【正文】 本科生 畢業(yè)設(shè)計 20 紅 外 測 溫 元 件HJSENSORVDCGA 圖 42 紅外測溫傳感器引腳圖 如圖所示： V為電源引腳 VCC， VCC一般為 3V到 5V之間的電壓，一般取 ； D為數(shù)據(jù)接收引腳，沒有數(shù)據(jù)接收時 D為高電平； C為 2KHz Clock輸出引腳； G為接地引腳； A為測溫啟動信號引腳，低電平有效。 (2)紅外測溫模塊的時序： 紅外測溫模塊的時序圖如圖 43，在 CLOCK的下降沿時接收數(shù)據(jù)。 (例：如果一次溫度測量需接收 5個字節(jié)的數(shù)據(jù)，這 5個字節(jié)中： Item為 0x4c表示測量目標(biāo)溫度，為 0x6c表示測量環(huán)境溫度； MSB為接 收溫度的高八位數(shù)據(jù)； LSB為接收溫度的低八位數(shù)據(jù)； Sum為驗證碼，接收正確時 Sum=Item+MSB+LSB； CR為結(jié)束標(biāo)志，當(dāng) CR為 0xodH時表示完成一次溫度數(shù)據(jù)接收。 ) 圖 43 紅外測溫時序圖 (3)紅外測溫模塊溫度值的計算： 以上面的例子：無論測量環(huán)境溫度還是目標(biāo)溫度，只要檢測到 Item為 0x4cH或者天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 21 0x66H同時檢測到 CR為 0x0dH，他們的溫度的計算方法都相同。 計算公式： 目標(biāo)溫度 /環(huán)境溫度 =Temp/ 其中 Temp為十進(jìn)制，當(dāng)把它轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制的高八位為 MSB，低八 位為 LSB；比如MSB為 0x14H， LSB為 0x2Ah，則 Temp十六進(jìn)制時為 0x142aH，十進(jìn)制時為 5162，則測得的溫度值為 5162/=℃。 本紅外線測溫儀的紅外測溫傳感器模塊電路原理圖如圖 44所示： 圖 44 紅外測溫傳感器模塊電路原理圖 溫濕度測溫模塊 SHT71溫濕度傳感器是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片，它將溫度感測、濕度感測、信號轉(zhuǎn)換、 A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上，輸出直接為數(shù)字信號。SHT71抗干擾能力強，具有極高的性價比，極低的功耗 ，且所有的技術(shù)指標(biāo)都與本設(shè)計的要求吻合。 本 SHT71傳感器模塊電路原理圖如圖 45所示： 圖 45 SHT71傳感器模塊電路原理圖 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 22 Nokia5110模塊 在信號采集模塊對環(huán)境信號進(jìn)行采集，并通過單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，要對環(huán)境的實時狀態(tài)進(jìn)行顯示， 數(shù)碼管和液晶屏都可滿足我們的要求，但數(shù)碼管只能顯示數(shù)據(jù)，不便于區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)類型，同時由于顯示的位數(shù)較多，會占用大量的 I/O 口，給控制器帶來負(fù)擔(dān)。采用液晶顯示器，雖然成本相對較高一些，但它的優(yōu)越性非常高，適合顯示多個變量，還能給人以直觀的印象，所以我們選用 功耗、成本極低 的 Nokia5110 液晶屏 。 硬件電路連接如圖 46所示 ： 圖 46 Nokia5110液晶屏顯示模塊電路原理圖 電源模塊 由于 Nokia5110 液晶屏 的工作電壓為 ，所以電源電路采用了電源集成穩(wěn)壓芯片 AMS1117，將供電電壓穩(wěn)壓成 ，電源模塊原理圖如圖 47所示： 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 23 圖 47 電源模塊電路原理圖 本章小結(jié) 本章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件電路的工作原理和實施方案。 分別介紹了主控電路、紅外測溫模塊、溫濕度測量模塊、液晶顯示模塊以及電源等模塊電路。 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 24 5 系統(tǒng) 軟件設(shè)計 作物缺水檢測 系統(tǒng)的功能是在程序控制下實現(xiàn)的。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計方法與硬件設(shè)計相對應(yīng)，同樣采用模塊化的設(shè)計思想，按整體功能分成多個不同的程序模塊，分別進(jìn)行設(shè)計、編程和調(diào)試，最后通過主程序和中斷處理程序?qū)⒏鞒绦蚰K連 接起來。這樣有利于程序修改和調(diào)試，增強了程序的可移植性。 主程序 設(shè)計 主 系統(tǒng)主程序主要完成系統(tǒng)的初始化，通過各功能程序?qū)€傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過串行通信的方式控制液晶顯示， 能夠顯示各個傳感器采集的數(shù)據(jù)以及CWSI 的值。 主 程序 流程框圖如圖 51 所示。 開 始系 統(tǒng) 初 始 化N o k i a 5 1 1 0 初 始 化S P I 初 始 化溫 濕 度 測 量紅 外 測 溫數(shù) 據(jù) 處 理 及 顯 示完 畢 圖 51 主 程序流程框圖 冠層溫度采集 程序設(shè)計 紅外測溫傳感器與微控制器的接口為 SPI 接口，串行數(shù)據(jù)輸出，利用 Atmega16L天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 25 的 SPI 接口可以方便的讀出傳感器的溫度值。通過將單片機的 SPI 選擇引腳拉低，可以啟動一次紅外測溫。一次溫度測量需要接收 5 個字節(jié)的數(shù)據(jù)，這五個字節(jié)中： Item為 0x4c 表示測量目標(biāo)溫度； MSB 為接收溫度的高八位數(shù)據(jù)； LSB 為接收溫度的低八位數(shù)據(jù)； Sum 為驗證碼，接收正確時 Sum=Item+MSB+LSB； CR 為結(jié)束標(biāo)志，當(dāng) CR為 0x0dH 時 表示完成一次溫度數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)接收之后要進(jìn)行標(biāo)度變換才能得到正確的溫度值，變化公式為：溫度 = Temp/16 – ，其中 Temp 為十進(jìn)制， 而測量結(jié)果為 16 進(jìn)制，把它直接轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制即可。 冠層溫度采集 程序流程圖如圖 52 所示： 冠 層 溫 度 采 集 程 序啟 動 紅 外 測 溫接 收 紅 外 測 溫 數(shù) 據(jù)拉 低 P B 0對 接 收 的 數(shù) 據(jù) 求 和 校 驗計 算 實 際 冠 層 溫 度數(shù) 據(jù) 存 儲校 驗 是 否 正 確返 回 主 程 序 入 口 處NY 圖 52 冠層溫度采集 程序流程圖 本章小結(jié) 本章介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計， 分兩部分分別介紹了 程序設(shè)計，給出了程序流程圖與相應(yīng)的程序說明。天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 26 6 總 結(jié) 本設(shè)計以 ATmega16 單片機為控制核心，利用其強 大的處理能力和較豐富的外圍接口， 合理選擇紅外線測溫傳感器芯片 ，較好地完成 了 作物冠層溫度的采集、顯示等模塊的設(shè)計， 從而 較好地 完成了 作物缺水檢測儀的設(shè)計 。 通過這次畢業(yè)設(shè)計，我對自己的專業(yè)知識有了更深刻的認(rèn)識。在設(shè)計電路的過程中，只有不斷思考，把自己學(xué)過的東西應(yīng)用在要設(shè)計的電路上，還要不斷研究才能設(shè)計出滿足要求的電路；而在畫電路的同時，又是對以前學(xué)過的 Protel、 DXP 軟件的溫習(xí)過程?？梢哉f，找出設(shè)計方案中存在的一個問題，就是對自己的一次考驗；每解決一個問題就是自己能力的一次提升。 準(zhǔn)備工作 ： 前期的準(zhǔn)備工作 是查找了相關(guān)的傳感技術(shù)，主要途徑有：去圖書館借閱相關(guān)的書籍；上網(wǎng)查找資料。然后是查找本設(shè)計中使用的芯片資料，包括管腳圖，管腳功能，工作參數(shù)等等。在硬件制作方面，由于本設(shè)計電路比較簡單，而且為了調(diào)試方便，因此采用了萬能板來焊接 ， 在這里，先用 Protel 畫圖再轉(zhuǎn)為 PCB 圖，這樣就能用軟件進(jìn)行布線，得到合適的線路走向再用萬能板焊接，效果是十分明顯的。 電路調(diào)試 ： 電路焊接后了就是調(diào)試過程了。要對 紅外線測溫 傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 ，根據(jù) 時序圖利用單片機完成溫度的采集 ，然后通過 串口 一步步的對系統(tǒng)進(jìn)行各個傳感器的調(diào)試，最終能 夠在液晶屏上顯示 作物的缺水信息。 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 27 參考文獻(xiàn) [1]吳普特 ,馮浩 .中國用水結(jié)構(gòu)發(fā)展態(tài)勢與節(jié)水對策分析 [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 ,20xx,19(1):1～ 5. 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[16]袁濤 .單片機 C 高級語言程序設(shè)計及應(yīng)用 [M].北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,20xx. 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 28 附錄一 原理圖 作物缺水檢測儀系統(tǒng) 原理圖 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 29 附錄二 源程序 主要源 程序 include include include include include include /************************************************************** * 宏定義 * **************************************************************/ define uchar unsigned char define uint unsigned int define PIN_SCK() PINBamp。(17) define PIN_MOSI() PINBamp。(15) unsigned char i_udr=0,k=0。 unsigned char Canopy_temperature[6]={39。039。,39。039。,39。039。,39。.39。,39。039。,39。\039。}。 unsigned char data_temp[5]。 unsigned char TEMP[]={39。039。,39。039。,39。039。,39。039。,39。\039。}。 float CANOPY_DATA=0。 float T=0,T1=0,T2=0。 float Ea=0,Eb=0,Ec=0。 float CWSI=0。 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 30 //SPI 讀冠層溫度 void SPI_Canopy (void) { uchar sum0。 unsigned int canopy_t。 unsigned long delay_data=0。 static uchar ip=0。 DDRB |= 0X01。 //PB0 輸出 PORTB |= 0X01。 //PB0=1。 PORTB amp。= ~0X01。 //PB0=0。 ip=0。 while(1) { delay_data=0。 while(!(SPSR amp。 BIT(SPIF))) { delay_data++。 if(delay_data 100000) { //trasmit_char(39。y39。)。 break。 } } data_temp[ip]=SPDR。 //trasmit_char(data_temp[ip]+39。039。)。 if(data_temp[0] == 0x4c) ip++。 else //如果第 0個數(shù)據(jù)不是 0X4c 則跳出循環(huán)，不要這次的測量結(jié)果 break。 if(ip == 5) 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 31 break。 } if(data_temp[4] == 0x0d) {