【導(dǎo)讀】畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書--無線遙控節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)的。SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥ。ＣＨＮＯＬＯＧＹ。學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院。專業(yè)電子信息工程。本文在充分調(diào)研了國(guó)內(nèi)外節(jié)水灌溉狀況的基礎(chǔ)上研究和分析無線節(jié)水灌溉。計(jì)在硬件設(shè)計(jì)方面本文根據(jù)儀器的精度實(shí)時(shí)性和成本要求選擇了合適的元器件。計(jì)方面按照儀器預(yù)定完成的功能根據(jù)硬件電路的設(shè)計(jì)以模塊化的設(shè)計(jì)方法完成。單片機(jī)的初始化模擬信號(hào)采樣信號(hào)處理實(shí)時(shí)顯示驅(qū)動(dòng)無線發(fā)射接收以及PC機(jī)端。式主站下達(dá)采集數(shù)據(jù)指令子站對(duì)主站發(fā)出的地址信息進(jìn)行處理若與本機(jī)地址相。符則執(zhí)行命令采集端將TDR-3土壤水分傳感器CHT-W02溫濕度傳感器等采集的作。物生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)土壤水分空氣濕度和溫度等經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送。濕度和溫度等發(fā)送到主站主站的接收天線接收載波信號(hào)經(jīng)濾波電路消噪后通過。無線射頻收發(fā)芯片PTR8000解調(diào)再由主站單片機(jī)解碼解碼后的信號(hào)經(jīng)PC機(jī)存入。AT89S51的主要性能及管腳介紹17. 43AD轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)36

　　

【正文】 1P37 與 ADC0809 的 OE 相連寫入一個(gè)由高到低跳變的電平使能轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出 INT1 與 EOC 相連使 ADC0808 停止模數(shù)轉(zhuǎn)換并將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)總線上 器74LS138 的輸入端相連分別控制四個(gè)數(shù)碼管工作 P12P15 與 74LS47 的輸入端相連分別驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的七段工作與否 P23P30P31 分別與 PTR8000 的 TRX_CETXEN 和PWR 連接控制其的工作模式 P25P28 分別與 PTR8000 的 SCKMISOMOSI和 CSN 連接組成 SPI 接口 P32PTR8000 的 AMDRCD 連接組成狀態(tài)輸出接口 P10 外接電磁閥控制電磁閥工作 圖 44 AT89S51 的電路圖 43 AD 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 41 ADC0808 簡(jiǎn)介 ADC0808 管腳 ADC0808 芯片有 28 個(gè)引腳采用雙列直插式封裝 表 46 模擬通道的選通 1 根據(jù)表 46 單片機(jī)向 ADC0808 的 ABC 端寫入模擬通道選通信號(hào) 2 單片機(jī)向 ALE 端寫入一個(gè)由低向高跳變的電平使某一通道選通 3 向 START 端寫入一個(gè)由高向低跳變的電平以開始 AD 轉(zhuǎn)換 4檢查 EOC端看轉(zhuǎn)換是否完成如果 EOC出現(xiàn)一個(gè)由高向低跳變的電平說明轉(zhuǎn)換完成也可以使用中斷的方法如圖中 EOC 端與單片機(jī)的 INT1 相連如果轉(zhuǎn)換完成向單片機(jī)提請(qǐng)中斷服務(wù) 5 最后向 OE 端寫入一個(gè)由高向低跳變的電平時(shí)能轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的輸出 通過以上步驟只是輸出了某一模擬通道的 AD 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)接著改變ABC 的選通地址可以選通其他通道重復(fù)以上過程即可將所有的通道的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集完成這樣就可以實(shí)現(xiàn)多通道的數(shù)據(jù)采集 ADC0808 的工作流程 1 輸入 3 位地址并使 ALE 1 將地址存入地址鎖存器中經(jīng)地址譯碼器譯碼從 8路模擬通道中選通一路模擬量送到比較 器 2 送 START 一高脈沖 START 的上升沿使逐次逼近寄存器復(fù)位下降沿啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換并使 EOC 信號(hào)為低電平 3當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)換的結(jié)果送入到輸出三態(tài)鎖存器并使 EOC信號(hào)回到高電平通知 CPU 已轉(zhuǎn)換結(jié)束 4 當(dāng) CPU 執(zhí)行讀數(shù)據(jù)指令 OE 為高電平則從輸出端 D0D 讀出數(shù)據(jù) 圖 45 ADC0808 的工作流程 42 基于 ADC0808 的 AD 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) TLA31 是德州儀器公司 TI 生產(chǎn)的一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源它的輸出電壓通過兩個(gè)電阻 Rl和 R2就可以把 Vref設(shè)置為 25V到 36V范圍內(nèi)的任 何值該器件共有 3 個(gè)引腳它們分別為陰極 CATHODE 陽(yáng)極 ANODE 和參考端 REF ADC0808 沒有內(nèi)部時(shí)鐘 圖 4ADC0808 與單片機(jī)的接口電路 4 LED 顯示電路的設(shè)計(jì) 為了方便實(shí)時(shí)觀察系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)和結(jié)果本系統(tǒng)用四個(gè)七段 LED 來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)由于發(fā)光二極管通常需要十幾毫安到幾十毫安的驅(qū)動(dòng)電流才能正常發(fā)光因此由微型機(jī)發(fā)出的顯示控制信號(hào)必須經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路才能使其正常工作因此選用 74LS47 驅(qū)動(dòng) LED 七段發(fā)光由 74LS138 選擇哪個(gè) LED 顯示 74LS47 是一個(gè) 7 段碼數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)芯片它是 低電壓有效驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極的數(shù)碼管通過它譯碼可以直接把數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字從而簡(jiǎn)化了程序節(jié)約了單片機(jī)的 IO 口其引腳功能如下 1LT 試燈輸入 LT 0 時(shí)各段全亮顯示 8 則該數(shù)碼管正常發(fā)光平時(shí)應(yīng)置 LT 為高電平 2RBI 滅零輸入設(shè)置此型號(hào)目的是為了能把不希望顯示的零熄滅例如有一個(gè)8 位數(shù)碼顯示電路整數(shù)部分為 5 位小數(shù)部分為 3 位在顯示 137 時(shí) 呈現(xiàn)為00013700 字樣如果將前后多余的零熄滅則顯示結(jié)果將更加醒目 3BIRBO 做輸入時(shí)為滅燈輸入 BI 0 時(shí)各段全滅作為輸出端使用時(shí)為動(dòng)態(tài)滅燈輸出 4A0A1A2A3A3 為最高位 輸入二進(jìn)制代碼 5BIRBI 作為輸出端使用時(shí)為動(dòng)態(tài)滅燈輸出動(dòng)態(tài)滅燈輸入 RBI 0 且 A0A1A2A3 0000BIRBI 0 使所有筆劃全滅 6abcdefg 為各段筆劃控制端低電平有效 74LS47 芯片的輸入輸出功能如表 47 所示 Function Inputs Outputs IT RB1 A3 A2 A1 A0 B1 RB0 a b c d e f g 0 H H L L L L H L L L L L L H 1 H L L L H H H L L H H H H 2 H L L H L H L L H L L H L 3 H L L H H H L L L L H H L 4 H L H L L H H L L H H L L 5 H H L L H H L H L L H L L 6 H L H H L H H H L L L L L 7 H L H H H H L L L H H H H 8 H H L L L H L L L L L L L 9 H H L L H H L L L H H L L 圖 4 顯示驅(qū)動(dòng)電路 圖 4 74LS138 芯片的引腳圖 根據(jù) 74LS47器件的特性設(shè)計(jì)其電路如圖 4所示 74LS138芯片的引腳連接圖如圖 4所示 74LS138 芯片的輸入輸出功能如表 48 所示 根據(jù) 74LS138 的特性設(shè)計(jì)其電路如圖 49 所示因?yàn)?74LS138 輸出的是低電平所以需接 74LS04 取非轉(zhuǎn)換成高電平其中 74LS04 是六非門組成的反相器 圖 49 74LS138 和 74LS04 硬件連接圖 在圖 410 中四個(gè)晶體管的作用是使得共陽(yáng)極的 LED 正常工作在 LED 每個(gè)光二極管前加了一個(gè)限流電阻是避免LED 發(fā)光二極管因電流太大而燒壞或壽命減少 圖 41 LED 顯示管的連接 45 電磁閥控制電路的設(shè)計(jì) 由于單片機(jī)的輸出電流比較小不能驅(qū)動(dòng)電磁閥的工作所以需接一晶體管進(jìn)行電流放大從而驅(qū)動(dòng)電磁閥的工作在繼電器兩端反并一個(gè)二極管的作用是防止繼電器因過大的電流燒壞或壽命減少電磁閥控制電路如圖 41 所示 圖 41 電磁閥控制電路 46 蜂鳴器電路的設(shè)計(jì) 在單片機(jī)應(yīng)用的設(shè)計(jì)上很多方案都 會(huì)用到蜂鳴器大部分都是使用蜂鳴器來做提示或報(bào)警由于蜂鳴器的工作電流一般比較大以致于單片機(jī)的 IO 口是無法直接驅(qū)動(dòng)的所以要利用放大電路來驅(qū)動(dòng)一般使用三極管來放大電流就可以了 當(dāng)單片機(jī)的 11腳為低電平時(shí)三極管 Q1飽和導(dǎo)通蜂鳴器通電鳴響若單片機(jī)的11腳為高電平時(shí)三極管 Q1截止蜂鳴器沒有電流就不鳴響電阻是限流電阻限制流入片機(jī)的電流如圖 41 所示 圖 41 蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電路 圖 41 系統(tǒng)子站 良好的軟件設(shè)計(jì)方案不僅可以減輕軟件設(shè)計(jì)的工作量而且還可以提高軟件的通用性擴(kuò)展性和可讀性本系統(tǒng)中不僅涉及到單片機(jī)程序設(shè)計(jì)還有 PC 機(jī)程序設(shè)計(jì)其中單片機(jī)程序設(shè)計(jì)又分主站單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和子站單片機(jī)程序設(shè)計(jì)雖然它們程序的編制和實(shí)現(xiàn)途徑不盡相同但其基本方法和步驟卻都一樣如下所述 1 按照系統(tǒng)要完成的功能要求逐級(jí)劃分模塊 2 明確各模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系便于軟件編制 3 將各模塊有機(jī)的結(jié)合起來形成一個(gè)完善的系統(tǒng) 51 系統(tǒng)主站軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 在本系統(tǒng)中單片機(jī)部分程序主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集初步處理 LED 實(shí)時(shí)顯示電磁閥的控制主站與子站之間的數(shù)據(jù)發(fā)射接收上傳 PC 機(jī)單片機(jī)主程序是單片機(jī)程序的入口需要合理地設(shè)置單片機(jī)的特殊功能寄存器合 理地初始化外圍芯片以實(shí)現(xiàn)正確的數(shù)據(jù)傳輸需要設(shè)置固定的波特率以實(shí)現(xiàn)與 PC 機(jī)的串口通信同時(shí)由于主站單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)的功能比較少所以程序處理部分相對(duì)簡(jiǎn)單單片機(jī)完成的功能為數(shù)據(jù)的發(fā)射接收以及數(shù)據(jù)的串口發(fā)送 單片機(jī)復(fù)位后必須進(jìn)入初始化操作在初始化程序中必須考慮對(duì)于瞬時(shí)斷電軟件復(fù)位 RST指令 看門狗 WDT以及外部按鈕強(qiáng)迫復(fù)位等原因引起的復(fù)位動(dòng)作的處理單片機(jī)初始化流程圖如圖 51 所示 圖 51 單片機(jī)初始化流程圖 單片機(jī)主程序流程圖如圖 52 所示 圖 52 單片機(jī)主程序流程圖 51 PTR8000 軟件設(shè)計(jì) PTR8000 為無線收發(fā)模塊功能是接收數(shù)據(jù)并發(fā)送數(shù)據(jù)其流程圖如圖 53 和54 圖 5 發(fā)送子站數(shù)據(jù)流程圖 51 PC 機(jī)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)中 PC機(jī)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收集保存和處理因此 PC機(jī)程序核心部分是通過串口采集數(shù)據(jù)模塊以及隨后的數(shù)據(jù)處理模塊 PC 機(jī)端程序的基本實(shí)現(xiàn)流程圖如圖 5所示 圖 5 PC 機(jī)端程序?qū)崿F(xiàn)流程圖 52 系統(tǒng)子站軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 56 所示 圖 56 單片機(jī)主程序流程圖 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì) AD 轉(zhuǎn)換后送到單片機(jī)再通過單片機(jī)的軟件處理為此電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的濕度溫度和土壤水分信號(hào) 數(shù)據(jù)采集流程圖如圖 57 所示 圖 57 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集子程序流程圖 數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)處理主要是將從 AD 采集來的數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的軟件算法處理后得到與實(shí)際情況最相符的數(shù)據(jù)即誤差最小 數(shù)據(jù)顯示程序設(shè)計(jì) 為了節(jié)約 AT89S51 有限的 IO 資源顯示數(shù)據(jù)經(jīng)過譯碼器 74LS138 和驅(qū)動(dòng)74LS47 將數(shù)據(jù)送至 LED 顯示數(shù)據(jù)顯示子程序主要完成將待顯示的數(shù)據(jù)移出單片機(jī)送至譯碼器 74LS138 和驅(qū)動(dòng)器 74LS47 顯示數(shù)據(jù)的程序 圖 59 數(shù)據(jù)顯示程序設(shè)計(jì) 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)通過遠(yuǎn)程控制實(shí)施節(jié)水灌溉實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)上傳檢測(cè)數(shù)據(jù)的功能并能根據(jù)采集到的有關(guān)作物生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)及所需水量來控制給水的時(shí)間和流量的功能系統(tǒng)由主控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)兩部分組成先由子站采集信息后通過 PTR80000 無線傳輸主站對(duì)信息進(jìn)行處理再通過無線傳輸將信息送回子站子站接收信息后分析進(jìn)而控制電磁閥的開關(guān)以及流量的大小 ATMEL 公司兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu) 6 通過計(jì)算機(jī)和單片機(jī)的軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì) 器件功能的控制操作簡(jiǎn)單方便且簡(jiǎn)化了外圍電路的設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn) 楊欣王玉鳳劉湘黔 51 單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例詳解清華大學(xué)出版社 20215 大學(xué)出版社 202111 董傳岱李震梅楊雪巖 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)中國(guó)石油大學(xué)出版社 20213 張娟萬(wàn)隆曾實(shí)現(xiàn) Protel 電路設(shè)計(jì)教程清華大學(xué)出版社 20212 余錫存單片機(jī)原理與接術(shù)西安電子科技大學(xué)出版社劉華東單片機(jī)原理與應(yīng)用電子工業(yè)出版社 II 中 文 摘 要 Abstract 目 錄 IV 第一章 緒論 1 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 4 第三章 系統(tǒng)主站 的硬件設(shè)計(jì) 16 第四章 系統(tǒng)子站的硬件設(shè)計(jì) 第五章 控制系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì) 結(jié) 論 參考文獻(xiàn) 致 謝 an 基帶信號(hào)行成器 2ASK 信號(hào) e t s t 相乘器 通帶濾波器 cosω0 t 圖 24 數(shù)字線性調(diào)制的方框圖 S t 二進(jìn)制信號(hào) a S t Sask t f0 0 2ASK c 移相π Spsk t f1 S t 2PSK Sfsk t f1 f2 b 2FSK 圖 31 主站工作流程圖 用戶界面輸入 單片機(jī)將 PTR8000 配置成發(fā)送狀態(tài)再將上位機(jī)傳來的數(shù)據(jù)解釋成子站地址和控制指令并發(fā)送給 PTR8000 PTR8000 發(fā)送數(shù)據(jù) 單片機(jī)將 PTR8000 配置成接收狀態(tài) 單片機(jī)接收 PTR8000 傳回的數(shù)據(jù) 單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳至上位機(jī)上位機(jī)處理并顯示數(shù)據(jù) 返回 AMS117 IN OUT ADJ VOUT VIN R1 R2 VREF IADJ 50uA VOUT VREF 1R2R1 IADJR2 開始 設(shè)置串口工作模式 設(shè)置定時(shí)器 1 工作模 式 開定時(shí)器 1 結(jié)束 開始 串口初始化 PTR8000 初始化 待機(jī)狀態(tài) 是否下達(dá)命令 寫入子站地址與有效數(shù)據(jù)并發(fā)送 設(shè)置成接收狀態(tài) 收到有效數(shù)據(jù)去掉前導(dǎo)碼地址和 CRC 位 DR 置高 延時(shí) 650us 發(fā)現(xiàn)相同載波 CD 置高 YES NO 讀出數(shù)據(jù) AM 和 DR 置低 設(shè)置成接收狀態(tài) 延時(shí) 650us 發(fā)現(xiàn)相同載波 CD 置高 接收到有效地址 AM 置高 接收到有效數(shù)據(jù) PTR8000 去掉前導(dǎo)碼地址和 CRCDR 置高 進(jìn)入待機(jī)狀態(tài) 讀出數(shù)據(jù) AM 和 CD 置低 圖 53 接收子站數(shù)據(jù)圖 進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)