【正文】 傳送時(shí)首先送出口地址并以而作選通信號，當(dāng) /RD 信號有效時(shí)， /OE 信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接收。即對于一種 A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間是已知的和固定的， ADC0809 的轉(zhuǎn)換時(shí)間為 128us，可根據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序。 A/D 轉(zhuǎn)換后得到的是數(shù)字量的模擬量，這些數(shù)據(jù)只有確認(rèn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，才能進(jìn)行傳送。當(dāng) P2. 0= 0 ,/WR=0 時(shí)，啟動 0809； 當(dāng) P2. 0=0,/RD=0 時(shí)，讀轉(zhuǎn)換的結(jié)果，這些信號狀態(tài)由指令時(shí)序形成。 8 路模擬通道共用一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器， 8 路模擬信號分時(shí)轉(zhuǎn)換，每個(gè)瞬間只能轉(zhuǎn)換 1 路，各路之間的切換由軟件變換通道地址實(shí)現(xiàn)。圖中 ADC0809 的數(shù)據(jù)線 D0~D7 接于 AT89C51 的數(shù)據(jù)總線 ~ 端， A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信號由 P0 口送入 CPU。 OE 為數(shù)據(jù)輸出允許控制端，當(dāng)給 OE 端輸入高電平時(shí)，控制三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器向外部輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)。 電源電壓 Vcc 由 Vcc 和 GND 引入，參考電壓 Vr，由外部參考電壓源提供 (典型值為 5V)。 OE 為輸出允許端， START 為啟動信號輸入端，CLK 為時(shí)鐘信號輸入端。 ADC0809 的引腳及模擬通道的地址碼如圖 所示 ： 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 22— 圖 ADC0809引腳圖 ① INO~IN7 是 8 路模擬信號輸入端 ； ② D0~D7 是 8 位數(shù)字量輸出端 ； ③ A B C 和 ALE 控制 8 路模擬通道的切換， A, B, C 分別與三根數(shù)據(jù)線相連，三者編碼對應(yīng) 8 個(gè)通道地址口。如 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器采集到OV 電壓則變成 00H 數(shù)字信號，采集到 5V 電壓則變換成 FFH 數(shù)字信號，其他在 0~5V之間的模擬量都可轉(zhuǎn)換成 00H~FFH 之間的數(shù)字量。為了實(shí)現(xiàn) 8 路模擬信號的分時(shí)采集，片內(nèi)設(shè)置了 8 路模擬選通開關(guān)以及相應(yīng)的通道地址鎖存及譯碼電路，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間約為 100ms。經(jīng)過分析比較，這里 選擇常用的中速、低廉的逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 芯片。雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格低，但轉(zhuǎn)換速度較慢 ； 并行式轉(zhuǎn)換器速度快，但價(jià)格高 ； 逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換精度較高、速度快，大約在幾微秒到幾百微秒之間，但抗干擾能力弱。在同樣模擬輸沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 21— 入電壓下， A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越高，標(biāo)志著它的量化精度越 高，但這會帶來轉(zhuǎn)換速度減慢和轉(zhuǎn)換器價(jià)格上升的問題。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換電路是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心電路，它對采樣獲得的連續(xù)電壓 (被測量信號從時(shí)間上離散化 )轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 (數(shù)值上離散化 )。 數(shù)據(jù)采集處理電路 本電路主要用于傳感器信號的處理，由前面己知土壤水分的測定采用 LW02 型 水分傳感器，測量時(shí)需給其加 +，傳感器的白、藍(lán)、黃接線分別為接地線、輸入電壓線、輸出電壓線。雖然高 128字節(jié)區(qū)與專用寄存器 (SFR)區(qū)的地址是重合的 (80H~FFH)，但實(shí)際上它們是分開的，究竟訪問哪一區(qū)是通過不同的尋址方式加以區(qū)分的。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的地址是 8 位的，低 128KB 的分配是 ： 最低 32 個(gè)單 (00H~1FH)是四個(gè)通用工作寄存器組，每個(gè)寄存器組含有 8 個(gè) 8 位寄存器，編號為 R0~R7。如果一個(gè)中斷服務(wù)子程序足夠短的話，則可全部存放在這 8 個(gè)單元中。另外，每個(gè)中斷在程序存儲器中都分配有一個(gè)固定的入口地址，中斷響應(yīng)后 CPU 便跳到該單元，在這里開始執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。 AT89C51 的 4KB 片內(nèi) Flash 的地址為 0000H~0FFFH，當(dāng)把 EA 引腳連到 Vcc， 當(dāng)?shù)刂窞?0000H ~0FFFH 時(shí)，即訪問內(nèi)部 Flash 存儲器 ； 當(dāng)?shù)刂窞?1000H~FFFFH 時(shí)，訪問外部程序存儲器。 只有對于片內(nèi)部無 ROM 的單片機(jī)或者程序較長，內(nèi)部 ROM 不夠用時(shí)，才需擴(kuò)展外部程序存儲器芯片 ； 當(dāng)數(shù)據(jù)量大內(nèi)部 RAM 不夠用時(shí)，需擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器芯片。 AT89 系列單片機(jī)可尋址的外部程序總空間為 64KB， 引腳接高電平時(shí)，執(zhí)行內(nèi)部 ROM 中的命令， EA 引腳接低電平時(shí)，單片機(jī)就從外部程序存儲器中取指令。若系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則在程序計(jì)數(shù)器 PC 中將得不到一個(gè)合適的初值， CPU可能會從一個(gè)未被定義的位置開始執(zhí)行程序 [9]。在復(fù)位期間端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后 系統(tǒng)將端口置為全 ”1”態(tài)，除了端口寄存器的復(fù)位值為 FFH，堆棧指針 SP 為 07H， SBUF 內(nèi)為不定值外，其余的寄存器全部清 0。上電復(fù)位的過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加給 RST 端一個(gè)短暫的高電平信號，此高電平信號隨著 Vcc 對電容的充電過程而逐漸回落。 AT89C51 的上電復(fù)位電路如圖 所示。外接石英晶體時(shí)， Cl和 C2 一般取 (30pF士 10pF)，外接陶瓷諧振器時(shí)， C1 和 C2 一般取 (40pF 土 10pF)，在此 選用的是石英晶體，C1， C2 均為 30pF。如表 1 所示 [6]： 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 18— 表 1 P3各端口引腳與兼用功能 端口引腳 兼用功能 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（定時(shí) 0 的外部輸入） T1（定時(shí) 1 的外部輸入） /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） 振蕩器 電路 及 復(fù)位電路 設(shè)計(jì) T89C51 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成片內(nèi)蕩振器的高增益反相放大器 ，引腳 XTAL 1 和XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端，這個(gè)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(gè)自激振蕩器，振蕩電路的連接方法如圖 所示 ： 圖 振蕩電路 圖中外接石英晶體 (或陶瓷諧振器 )以及電容 C1 或 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。在對 Flash編程和程序驗(yàn)證期間， P2 也接收高位地址和一些控制信號。 P1端口 (~)是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙 向 I/0 端口，它的位地址是90H與 97H. PI 的輸出緩沖器可驅(qū)動 4 個(gè) TTL 輸入，對端口寫 1時(shí)可用作輸入口，此時(shí)那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個(gè)電流。 ④輸入 /輸出引腳 ~， ~， P2. 0~， ~ P0 端口 (~P0. 7}是一個(gè) 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口，它的地址是 80H 至 87作為輸出口用時(shí)，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動 8個(gè) TTL 輸入，對端口寫 1 時(shí)，可作為高阻抗輸入端用，在編程時(shí) P0 端口接收指令字節(jié)。 EA/VPP 外部訪問允許端，要使 CPU 訪問外部程序存儲器 (地址為 0000H~FFFFH)，則右端必須保持低電平 (接 GND 端 )。在對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖 (FROG)。 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 17— ③控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST， /ALE/ PROG ， PSEN 和 EA /VPP RST 復(fù)位輸入端，當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)用外部振蕩器時(shí)該引腳接收振蕩器的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的 輸入端。 引腳功能 圖 是 AT89C51 的引腳結(jié)構(gòu)圖，這個(gè)是 40 線雙列直插封裝 (DIP)方式，下面分別敘述這些引腳的功能。因此 AT89C51 是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，它可方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域。 根據(jù)本課題的特點(diǎn)， 這里選 ATMEL 公司 89 系列的標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī) AT89C51[18] 89C51 單片機(jī)性能與應(yīng)用 AT89C51 是一種低功耗、高性能的 8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè) 4K字節(jié)的 Flash 可編程可擦除只讀存儲器 (EPROM)，它采用了 CMOS 工藝和 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲器 (NURAM)技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS51 兼容。 總之，在傳感器埋設(shè)時(shí)，應(yīng)請教有關(guān)專家，了解作物的有效根系活動范圍和土壤土質(zhì)況 ，以便選擇好埋設(shè)傳感器的位置、深度和數(shù)量，保證測量結(jié)果的可信性 [8]。 ④ 傳感器在洞內(nèi)放好后，要加入少量細(xì)土，壓實(shí)，灌入少量水，然后再填一些土。分層埋設(shè)時(shí)，應(yīng)將各傳感器的導(dǎo)線頭引到埋設(shè)處的地表，在導(dǎo)線頭上做好不同埋深的標(biāo)記，以便和傳感器信號處理電路連接。對于淺層根系作物，如大多數(shù)蔬菜作物，可在 10~15cm， 25~40cm 深度之間各埋一個(gè)。 ② 必須埋在根系活動集中層內(nèi)，該處為作物大部分吸水發(fā)生部位，需給予重點(diǎn)關(guān)注。 LWO2 土壤濕度傳感器的整體電路圖如圖 所示。若使用 LBC184，可直接與傳輸線相接而不需要任何外加保護(hù)元件，這提供了一種可靠、低價(jià)和簡單的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)， SN75LBC184的片內(nèi) A， B 引腳接有高能量瞬變干擾保護(hù)裝置，這種結(jié)構(gòu)能承受 400W 的過壓瞬變，從而顯著地提高了器件抗過壓瞬變的可靠性。 單片機(jī)輸出的是 RS232 信號，其傳輸距離比較短，最大為 15 米，極大地限制了信號的傳輸 ： 與之相比， RS485 信號的傳輸距離可達(dá)到 1200 米左右，再加上兩級中繼后，能達(dá)到 3000 米以上。當(dāng) Vcc 降到最小轉(zhuǎn)換點(diǎn)以下時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位。一旦選定，即使在電源周期變化之后，此周期也不改變。當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，在可選的超時(shí)周期之后，看門狗將以 RESET 信號作出響應(yīng)。看門狗電路在現(xiàn)在的電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是非常普遍的， X25045 把三種常用的功能 :看門狗定時(shí)器，電壓監(jiān)控和 E2PROM 組合在單個(gè)封裝之內(nèi)，這種組合降低了系統(tǒng)成本并減少了對電路板空間的要求。利用看門狗來實(shí)時(shí)監(jiān)控，還需要進(jìn)行通訊編程并借助智能數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸與命令傳輸。我們經(jīng)常需要把高頻信號加以分頻得到較低頻率的信號，CC4060 有 10 個(gè)輸出端最小可得到 16 分頻，最大可得到 16348 分頻，這樣大的分頻范圍給了一個(gè)自由選擇的空間。在其他參數(shù)一定的情況下，電容值不同，輸出的波形周期也不同，從而實(shí)現(xiàn)了電容與周期的一一 對 應(yīng)。這樣，整個(gè)電路的調(diào)節(jié)就集中到電阻 RB上了，只要調(diào)節(jié)電阻 RB，就可以來調(diào)節(jié)電路的輸出 ；同時(shí)，振蕩器輸出波形的占空比為 q=RA/ (RA+Ra )，只要 RA 與 RB的比值越大，輸出的SN75LB C184 AT98C 2051 X25045 看門狗 智能數(shù)采 模塊 Cc4060 555 上位機(jī) 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 13— 波形就越接近方波，得到的值就越接近理想值。 通過一個(gè) 555振蕩電路產(chǎn)生一個(gè)近似方波信號。 在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，采用兩極板的方式受土壤松緊度 的影響較大，且不夠穩(wěn)定，影響了傳感器的穩(wěn)定性和可靠性，因此， 采用了絕緣探針的方式，因?yàn)樘结樰^尖，插入土壤比較容易，且對土壤松緊度的影響較小，封閉性較好，能 夠構(gòu)成完整的閉合電容，系統(tǒng)比較穩(wěn)定。土壤水分傳感器的原理框圖如圖 4. 1 所示。 電磁閥公式 ： C=ξ rC0=(1+X)C0 （ 41） 其中 C0 表示無介質(zhì) (即在空氣中 )時(shí)的電容 C 一充入均勻介質(zhì)后的電容 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 12— ξ r 一所充介質(zhì)的相對介電常數(shù) (也稱電容率 ) X 一介質(zhì)的 極化率 由上式可見，充入介質(zhì)后，原空氣中的電容將增至 ξ r倍，介質(zhì)不同則 r 不同， C 也不同，通過 C 間接反映土壤含水量。它適用范圍廣，可用于環(huán)境測控、溫室大棚、糧食倉儲等 [6]。它已通過 HUMREL 的品質(zhì)認(rèn)證，可以很好工作于較惡劣的環(huán)境。但靈敏度稍低，設(shè)備較復(fù)雜，價(jià)格稍貴。由于水的介電常數(shù)比一般物料的介電常數(shù)要大得多，所以當(dāng)土壤中的水分增加時(shí)，其介電常數(shù)相應(yīng)增大，測量時(shí)水分傳感器給出的電容值也隨之上升，根據(jù)傳感器的電容 量與土壤水分之間的對應(yīng)關(guān)系可測出土壤的水分。 由于土壤水分含量測定的特殊 要求以及影響因子的復(fù)雜性，有關(guān)的測定方法都表現(xiàn)出這樣或那樣的不足，比如破壞性、不穩(wěn)定性、測定適用范圍的局限性、對測定人員具有危害性及需要經(jīng)常標(biāo)定、價(jià)格昂貴等等，均對這些方法的適應(yīng)性、測定結(jié)果的可靠性及由于價(jià)格原因的推廣性有極大的影響。 UART 接口信號定義 UART 接口信號定義如表 38 所示 . 表 38 UART 接口信號定義 序號 信號名 描述 特 性 方向 23 UART_DCD0 載波檢測 數(shù)據(jù)鏈路已連接 DCEDTE 17 UART_RI0 振鈴指示 通知 DTE 有遠(yuǎn)程呼叫 DCEDTE 21 UART_RTS0 請求發(fā)送 DTE通知 DC