【正文】 2 工作電壓 V 4455DC 工作電流 mA 5070 穩(wěn)定時(shí)間 s 10 響應(yīng)時(shí)間 s 1 電纜長(zhǎng)度 m 5 遙測(cè)距離 m 1000 測(cè)量區(qū)域 cm D 3L 6 TDR3土壤水分傳感器具有 4 個(gè)接口它們分別為紅線 連接電源正極黑線連接電源地藍(lán)線輸出信號(hào)高電平 VH及綠線輸出信號(hào)低電平 VL可以采用三種供電方式一種是外接電源供電方式 GND接地?cái)?shù)據(jù)線與 ADC0809的輸入通道相連一種是寄生電源供電方式此時(shí) VDD和 GND接地?cái)?shù)據(jù)線接 ADC0809的輸入通道第三種是采用太陽(yáng)能電池供電方式 TDR3 引腳原理圖如圖所示 圖 41 TDR3 引腳圖 41 2 表格轉(zhuǎn)換法 通過(guò)查下表可方便快速地得到土壤容積含水量的轉(zhuǎn)換結(jié)果 表 42 TDR3 土壤水分傳感器表格轉(zhuǎn)換法 △ Vv θ v m3 m3 △ Vv θ v m3 m3 △ Vv θ v m3 m3 000 00 085 156 17 380 005 06 090 167 175 397 010 16 095 177 180 416 015 25 100 188 185 435 020 35 105 199 190 455 025 44 110 210 195 475 030 53 115 222 200 497 035 62 120 234 205 040 72 125 246 210 045 81 130 259 215 050 90 135 272 220 055 99 140 286 225 060 108 145 300 230 065 118 150 315 235 070 127 155 330 240 075 137 160 346 245 080 147 165 363 250 100 從以上兩種方法來(lái)看都需要求出△ V 這里可以通過(guò)兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)方法一因?yàn)橐蟆?V 故在設(shè)計(jì)電路時(shí)就需要采用減法電路來(lái)實(shí)現(xiàn)△ V VHVL 本設(shè)計(jì)采用運(yùn)算放大器 UA741 來(lái)實(shí)現(xiàn)減法 電路其中 VH WATERHVL WATERL△ V WATER 電路如圖 42 所示注意在采集數(shù)據(jù)之前對(duì)于運(yùn)算放大器 UA741一定要調(diào)零后過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)誤差非常大幾乎不可用方法二把綠線 輸出信號(hào)低電平VL 端直接接電源的地這樣通過(guò)藍(lán)線 輸出信號(hào)高電平 VH 端輸出來(lái)的就是土壤水分電壓信號(hào) CHTWVO2 溫濕度變送器是廣州西博臣科技有限公司生產(chǎn)的用來(lái)測(cè)量溫度濕度的傳感器該變送器是采用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口高分子濕敏電容作為濕度測(cè)量部件溫度集成電路作為溫度敏感元件配以穩(wěn)定可靠信號(hào)處理電路將環(huán)境中的溫度與濕度轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)具有體積 小重量輕測(cè)量精度高響應(yīng)速度快長(zhǎng)期穩(wěn)定性好等特點(diǎn) 圖 43 CHTWVO2 引腳圖 如上圖 43所示該溫濕度變送器具有 4個(gè)接口分別是濕度輸出電源地溫度輸出同 TDR3 土壤水分傳感器一樣可以采用三種供電方式本設(shè)計(jì)中采用太陽(yáng)能電池供電方式其技術(shù)參數(shù)如表 43 所示 CHTWVO2 溫濕度變送器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法為表格轉(zhuǎn)換法如表 44為濕度與電壓的關(guān)系表 45為溫度與電壓的關(guān)系在后一章將會(huì)運(yùn)用軟件把相應(yīng)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為濕度或溫度的信號(hào)通過(guò) 4個(gè) 7段共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示出來(lái) 表 43 CHTWVO2 溫濕度變送器技術(shù)參 數(shù) 技術(shù)參數(shù) 單位 性能指標(biāo) 工作電壓 V 12DC 濕度范圍 RH 0100 濕度精度 RH 177。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 無(wú)線遙控節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 無(wú)線遙控節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué) 院 電氣與電子工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué)生姓名 杜含笑 學(xué) 號(hào) 0712201701 指導(dǎo)教師 王金麗 2021 年 6 月 摘 要 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(wú)線節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的控制原理并重點(diǎn)論述了無(wú)線節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)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并以模塊化的設(shè)計(jì)思路將儀器硬件分成幾個(gè)模塊進(jìn)行分別的設(shè)計(jì)各個(gè)模塊調(diào)試成功后再合成一個(gè)完整的系統(tǒng)從而保證了硬件的質(zhì)量和便于維修調(diào)試在軟件設(shè)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(wú)線發(fā)射接收以及 PC 機(jī)端的界面設(shè)計(jì)串口通信設(shè)計(jì)等無(wú)線節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的工作方式采用命令應(yīng) 答方式主站下達(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 TDR3土壤水分傳感器 CHTW02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)送到子站單片機(jī)子站單片機(jī)對(duì)采集過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行編碼并對(duì)編碼信號(hào)加起始位和校驗(yàn)碼構(gòu)成傳輸?shù)臄?shù)據(jù)禎禎信號(hào)通過(guò)無(wú)線射頻收發(fā)芯片 PTR8000 按照一定的協(xié)議進(jìn)行打包加入字頭和 CRC 循環(huán)冗余校驗(yàn)將作物生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)土壤水分空氣濕度和溫度等發(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(guò)無(wú)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)存入數(shù)據(jù)庫(kù)同時(shí)根據(jù)軟件設(shè)計(jì)的灌溉預(yù)報(bào)模塊和灌溉控制模塊決策出作物需水量情況并經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制電磁閥的開(kāi)閉和電磁閥打開(kāi)的時(shí)間 關(guān)鍵詞無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸節(jié)水灌溉數(shù)據(jù)采集 PTR8000 單片機(jī)Abstract In the respect of hardware design according to the precision time and the cost of the detector we select the appropriate chips and divide the whole hardware system into several modules to design respectively following the theory of module design When each module is adjusted successfully we bine them into a plete entity to ensure the high quality of hardware and makes it easy to test and maintain In the respect of software according to the predicted function of this detector and the design of the hardware circuit the software is specified as follows initialization for MCU and system chips sampling analog signals signal process real time display and serial port munication on MCU and program interface design serial port munication ete The control system works in the way of mand responsethe master station gives the order to collect datathe substation processes the address information from the master and carries the order out if the address fits the local address Environmental parameters of growing planta soil moistureair humidity and temperature are send to PC in substation after changing them to digital signals by AD transformation module The PC encodes the signals and adds start bit as well as check sodes into the coded signals to form transmittal data frames PTR8000 packes Frame signals under specified agreementaddes head word and CRC into signalsthen sents them to master stationAfter eliminating noises carrier signals received by receiving aerial are demodulated by PTR8000 Then the PC decodesthem and put them into database At the same time the the irrigation forecast and control module are designed to determine water requirement of plants to control opening or closing the electromagically operated valve by the drive circuit Key words Wireless transmission Watersaving irrigation Data acquisition 目 錄 中文摘要 I Abstract II 目錄 III 第一章 緒論 1 11 研究背景 1 12 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 13 本課題的 主要研究工作 3 21 研究方案的選擇 4 專家系統(tǒng) 4 微機(jī)測(cè)控技術(shù) 5 22 節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理 6 23 設(shè)計(jì)方案 7 系統(tǒng)框圖 7 設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)與原理 8 24 主要器件的選擇 9 測(cè)量器件的選擇 9 單片機(jī)的選擇 10 AD 轉(zhuǎn)換器的選擇 11 電磁閥的選擇 11 無(wú)線通信模塊的選擇 12 31 單片機(jī)模塊的設(shè)計(jì) 17 AT89S51 的簡(jiǎn)介 17 AT89S51 的主要性能及管腳介紹 17 32 單片 機(jī)與計(jì)算機(jī)通信電路的設(shè)計(jì) 22 單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的電路連接 23 33 無(wú)線射頻收發(fā)電路的設(shè)計(jì) 24 PTR8000 24 基于 PTR8000 的無(wú)線收發(fā)電路的設(shè)計(jì) 28 41 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì) 31 土壤水分檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 31 溫濕度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 34 42 CPU 處理電路的設(shè)計(jì) 35 43 AD 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 36 ADC0808 簡(jiǎn)介 36 43 基于 ADC0808 的 AD 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 39 44 LED 顯示電路的設(shè)計(jì) 40 45 電磁閥 控制電路的設(shè)計(jì) 42 46 蜂鳴器電路的設(shè)計(jì) 43 51 系統(tǒng)主站軟件設(shè)計(jì) 45 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 45 PTR8000 軟件設(shè)計(jì) 47 52 系統(tǒng)子站軟件設(shè)計(jì) 48 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 48 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì) 49 數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì) 50 數(shù)據(jù)顯示程序設(shè)計(jì) 51 電磁閥控制程序設(shè)計(jì) 52 第一章 緒論 11 研究背景 我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)建國(guó) 50 年來(lái)農(nóng)業(yè)得到了很大發(fā)展取得了以占世界 7的耕地養(yǎng)活了世界 22 的人口的舉世矚目的成就但也付出了巨大 代價(jià)地下水位下降河湖干枯季節(jié)性缺水江河污染水土流失和生態(tài)環(huán)境惡化等當(dāng)前制約我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素是水資源嚴(yán)重不足而且隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)生態(tài)環(huán)境建設(shè)步伐的加快人們生活水平的提高對(duì)水的需求量將更大 我國(guó)農(nóng)業(yè)用水面臨資源短缺的同時(shí)農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)現(xiàn)象卻非常嚴(yán)重我國(guó)農(nóng)業(yè)用水量約占總用水量的 80 左右由于農(nóng)田灌溉用水的利用率普遍低下水的利用率僅為 45 而水資源利用率高的國(guó)家為 7080 為解決我國(guó)農(nóng)業(yè)用水短缺問(wèn)題有兩種方法一種方法是開(kāi)發(fā)新的水資源以滿足農(nóng)業(yè)用水需求這種方法在一定程度上可以緩解我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源嚴(yán)重短缺現(xiàn)象但它同時(shí)也存在兩 個(gè)比較大的問(wèn)題一是開(kāi)發(fā)水資源所需的投資非常大而且見(jiàn)效慢受地理?xiàng)l件和資金等限制較大短期內(nèi)不能解決大面積的農(nóng)田灌溉問(wèn)題二是我國(guó)水資源畢竟有限而農(nóng)業(yè)的發(fā)展是長(zhǎng)期的靠開(kāi)發(fā)水資源來(lái)解決農(nóng)業(yè)缺水問(wèn)題是不現(xiàn)實(shí)的另一種解決農(nóng)業(yè)用水短缺問(wèn)題方法是發(fā)展節(jié)水灌溉節(jié)水灌溉是遵循作物不同生長(zhǎng)發(fā)育階段的需求規(guī)律而進(jìn)行的適時(shí)灌溉利用盡可能少的水取得盡可能多的農(nóng)作物產(chǎn)出的一種灌溉模式在灌溉系統(tǒng)合理地推廣自動(dòng)化控制不僅可以提高水資源的利用率緩解水資源日趨緊張的矛盾還可以增加農(nóng)作物的產(chǎn)量降低農(nóng)產(chǎn)品的成本研制與開(kāi)發(fā)無(wú)線遙控節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)是 尋找客觀的節(jié)水的一種方法不但改善