【正文】 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容l 4K字節(jié)可重復(fù)擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器l 1000次擦寫周期l 全靜態(tài)操作：0Hz24MHzl 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器l 128*8字節(jié)內(nèi)部RAMl 32個(gè)可編程I/O口線l 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器l 6個(gè)中斷源l 可編程串行UART通道l 低功耗空閑和掉電模式 功能特性概述： AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個(gè) I／O 口線，兩個(gè) 16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。內(nèi)部自帶2K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能COMS八位微處理器，與Intel MCS51系列單片機(jī)的指令和輸出管腳相兼容。遠(yuǎn)傳距離 1 200 m。具有RS2485 通訊接口。濕度顯示0 100 %RH 177。采用數(shù)字通訊的方式,將溫濕度遠(yuǎn)傳到集中控制室的計(jì)算機(jī)中。(6) 硬件接口:這里給出SHT11 與單片機(jī)接口構(gòu)成的溫濕度測(cè)量電路,如圖5 。(5) 低電壓檢測(cè)SH T11 的工作極限功能可以檢測(cè)V DD 電壓是否低于2. 45 V ,準(zhǔn)確度為177。(4) 加熱控制將傳感器芯片中的加熱開(kāi)關(guān)接通,傳感器溫度大約增加5 ℃,加熱用途如下:其一,通過(guò)對(duì)啟動(dòng)加熱器前后的溫、濕度進(jìn)行比較,可以正確地區(qū)別傳感器的功能。需要注意的是,為使SHT11 溫升高低于0. 1℃,則此時(shí)工作頻率不能大于15 %(如:12 位精確度時(shí),每秒最多進(jìn)行3 次測(cè)量) 。為表明測(cè)量完成,SHT11 會(huì)使DA TA 為低電平,此時(shí)控制器必須重新啟動(dòng)SCK,然后SHT11 傳送兩字節(jié)測(cè)量數(shù)據(jù)與1 字節(jié)CRC 校驗(yàn)和到控制器,控制器必須通過(guò)使DA TA 為低來(lái)確認(rèn)每一字節(jié),通訊在確認(rèn)CRC數(shù)據(jù)位后停止。(3) 溫濕度測(cè)量時(shí)序當(dāng)發(fā)出了溫(濕) 度測(cè)量命令后,控制器就要等到測(cè)量完成后才開(kāi)始動(dòng)作。(2) 連接復(fù)位順序如果與SHT11 傳感器的通訊中斷,下列信號(hào)順序會(huì)使串口復(fù)位:當(dāng)使DA TA 線處于高電平時(shí)。(1) 傳輸開(kāi)始:初始化傳輸時(shí),應(yīng)發(fā)出“傳輸開(kāi)始”命令,具體為SCK是高電平時(shí),DA TA 由高電平變?yōu)榈碗娖?并在下一個(gè)SCK為高時(shí)將DA TA 升高。內(nèi)部命令與接口時(shí)序SHT11 傳感器共有5 條用戶命令,具體命令格式見(jiàn)表3。[RH]true = ( T 25) ( t1 + t2 SORH ) + [RH]linear (7)當(dāng)SORH為12 位時(shí), t1 = 0. 01 , t2 = 0. 00008 。當(dāng)0 ≤SO ≤107 時(shí), a = 143 , b = 512 , 當(dāng)108 ≤SO ≤255 時(shí), a = 143 , b = 512 。②2 線性　當(dāng)系統(tǒng)對(duì)濕度測(cè)量精度要求較高時(shí),可采用以下的2 線性計(jì)算公式,即用最小的計(jì)算復(fù)雜性來(lái)提高精確度。①線性　當(dāng)系統(tǒng)對(duì)濕度測(cè)量精度要求不高時(shí),可采用以下的線性計(jì)算公式。lg[ EW] (0. 66077 + 7. 5 T/ 237. 3 + T) +(lg [RH] 2) (3)DP = [ (0. 66077 lg[ EW] 237. 3) ]/(lg[ EW] 8. 16077) (4)式中,[ EW] —飽和水蒸氣壓強(qiáng)(mmHg) 。當(dāng)電源電壓為5V、溫度傳感器的分辨率為14 位時(shí), d1 = 40 , d2 =0. 01 當(dāng)溫度傳感器的分辨率為12 位時(shí), d1 = 40 ,d2 = 0. 04 。從中可以看出,SHT11 的輸出特性呈一定的非線性,為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù),可按下式修正濕度值:[ RH]linear = c1 + c2 S ORH + c3 S O2RH(1)式中,SORH —傳感器相對(duì)濕度測(cè)量值。SH T11 的相對(duì)濕度絕對(duì)精度、溫度精度、25 ℃露點(diǎn)精度如圖2 所示,其性能參數(shù)如表1 所示。 ⑧ 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)I2 C 總線接口。 ⑥卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 ④無(wú)需外圍元件。 ②溫度值分辨率為14 位,濕度值分辨率為12 位,可編程降至12 位和8 位。芯片內(nèi)包括經(jīng)校準(zhǔn)的相對(duì)濕度和溫度傳感器,它們與一個(gè)14 位的A/ D 轉(zhuǎn)換器相連,每一個(gè)傳感器都是在精確的溫室中進(jìn)行校準(zhǔn)的,校準(zhǔn)系數(shù)預(yù)先存在OTP 內(nèi)存中,在測(cè)量校準(zhǔn)的全過(guò)程都要用到這些系數(shù),二線串行I2 C 總線接口支持簡(jiǎn)單、快速的系統(tǒng)集成。第三、傳感器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是具有I2 C 二線串行總線接口,這可使傳感器方便的與任何類型的微處理器、微控制器接口相連,為溫濕度的微機(jī)化測(cè)試帶來(lái)極大的方便,這不僅能減少溫濕度測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間,還可節(jié)約數(shù)字化接口的軟硬件成本。同時(shí),模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換也在一個(gè)芯片內(nèi)同時(shí)完成,這可使信號(hào)對(duì)噪聲不敏感,尤其重要的是,在傳感器芯片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)裝載的針對(duì)每一只傳感器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只傳感器都有相同的功能,可以實(shí)現(xiàn)100 %的互換。其次,將傳感器元件、信號(hào)放大器、模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器、OTP 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I2 C 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串行總線等電路功能部件全部采用CMOS 技術(shù)與溫濕度傳感器一起放置在一個(gè)芯片內(nèi)。首先,由具有不同保護(hù)的“微型結(jié)構(gòu)”檢測(cè)電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層組成了傳感器芯片的電容,這樣除保持了電容式濕敏器件的原有特性外還可抵御來(lái)自其它方面的影響。瑞士Sensirion 公司推出的新一代基于CMOSensTM 技術(shù)的數(shù)字式溫濕度傳感器則很好地解決了溫濕度傳感器存在的上述問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換功能。 硬件選型及介紹 土壤濕度傳感器　 溫濕度的測(cè)量在農(nóng)業(yè)大棚管理,倉(cāng)儲(chǔ)管理、生產(chǎn)制造、氣象觀測(cè)、恒溫恒濕的空調(diào)房、科學(xué)研究及日常生活中被廣泛應(yīng)用。第三章 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件介紹本系統(tǒng)中主要有單片機(jī)部分、采集部分、控制部分、顯示部分組成。（2）硬件電路以AT89C51單片機(jī)為核心，系統(tǒng)輸入由采集土壤濕度傳感器、及傳感器信號(hào)處理電路組成，輸出控制由繼電器、執(zhí)行器構(gòu)成。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)AT89C51單片機(jī)LED顯示鍵盤輸入控制部分時(shí)鐘電路濕度傳感器A/D轉(zhuǎn)換報(bào)警電路（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)。（4）執(zhí)行元件:直接對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行操作的元件。（2）放大元件:對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行放大和功率放大的元件，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件去控制被控對(duì)象。（1）比較元件:用來(lái)比較輸入信號(hào)和反饋信號(hào)之間的偏差。給定量是智能控制器從監(jiān)控中心接收到的目標(biāo)設(shè)定值，當(dāng)實(shí)際測(cè)量值與目標(biāo)設(shè)定值不一致時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)(閘門驅(qū)動(dòng)裝置)自動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)，提升或下降閘門。如圖21所示就是一個(gè)典型的反饋控制系統(tǒng)，由圖可以看出，作為一個(gè)典型的反饋控制系統(tǒng)應(yīng)該包括反饋元件、給定元件、比較元件、執(zhí)行元件等。這種控制方式也稱按偏差調(diào)節(jié)。所謂“檢測(cè)偏差用以糾正偏差”的原理是:需要控制的是受控對(duì)象的被控量，而測(cè)量的則是被控量和給定值，并計(jì)算兩者的偏差，該偏差信號(hào)經(jīng)放大后送到執(zhí)行元件，去操縱受控對(duì)象，使被控量按預(yù)定的規(guī)律變化，力圖消除偏差。根據(jù)這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以來(lái)判斷上述擬采用的研究方案是可行的。設(shè)計(jì)一個(gè)節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)能否做到因地制宜主要用三條標(biāo)準(zhǔn)加以衡量。中央控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)之間通過(guò)無(wú)線通信方式進(jìn)行通信。在田間分布各種傳感器檢測(cè)點(diǎn)，如土壤水分、溫度、濕度、光照、作物蒸騰量等，檢測(cè)結(jié)果送至微機(jī)，微機(jī)對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理，然后通過(guò)通訊技術(shù)，將處理結(jié)果發(fā)送至上位機(jī)，即實(shí)驗(yàn)室或家里的計(jì)算機(jī)中，操作者就可以在家里或?qū)嶒?yàn)室里觀察到作物生長(zhǎng)狀況和土壤墑情，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷作物是否缺水及所需灌溉量與灌溉時(shí)間，然后發(fā)出灌溉命令給微機(jī)，微機(jī)就可以根據(jù)命令控制灌溉量與灌溉時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)水灌溉。目前在國(guó)外，特別是以色列，大部分田地都是采用的這種節(jié)水灌溉控制方式。 微機(jī)測(cè)控技術(shù)另一種節(jié)水灌溉自動(dòng)控制技術(shù)是微機(jī)測(cè)控技術(shù)。同時(shí)，當(dāng)需要對(duì)多種作物進(jìn)行監(jiān)測(cè)實(shí)施節(jié)水灌溉時(shí)，就需要多個(gè)專家系統(tǒng)，這就需要投入很大的資金，也限制了專家系統(tǒng)的推廣。（4）開(kāi)發(fā)受限制，單一性強(qiáng)，投入過(guò)高。它雖然能代替農(nóng)業(yè)專家，卻并不能擺脫完全憑經(jīng)驗(yàn)灌溉的種植模式。 但是，在目前情況下專家系統(tǒng)還不能在我國(guó)進(jìn)行推廣，它除了具有上述的優(yōu)點(diǎn)外，還存在著下述缺點(diǎn)：（1）專家系統(tǒng)模型大，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，在我國(guó)目前科技水平較低情況下投入大量人力、物力及資金去開(kāi)發(fā)不太可能。由此可見(jiàn)，專家系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)作物種植灌溉的完全智能化，能夠代替為數(shù)極少的專家群體，走向地頭，進(jìn)入農(nóng)家，在各地具體地指導(dǎo)農(nóng)民科學(xué)種田，節(jié)省大量人力、物力，能實(shí)現(xiàn)高效節(jié)水，優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。當(dāng)進(jìn)行控制時(shí)，就將己獲得的作物生長(zhǎng)狀態(tài)、氣候條件等輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)計(jì)算推理，把它劃分歸屬于某一細(xì)則，再按這一細(xì)則的要求，如灌溉量和灌溉時(shí)間，進(jìn)行灌溉。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)以農(nóng)業(yè)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為系統(tǒng)的核心，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，克服時(shí)空限制，在較短的時(shí)間內(nèi)得以廣泛地應(yīng)用，使專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)變?yōu)樯a(chǎn)力。其特點(diǎn)在于把人(專家)在解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題過(guò)程中所使用的啟發(fā)性知識(shí)、判斷性知識(shí)分成事實(shí)和規(guī)則，以一定的知識(shí)表示形式存入計(jì)算機(jī)，建立知識(shí)庫(kù)，并采用合適的產(chǎn)生式系統(tǒng)(Production System)，按輸入的原始數(shù)據(jù)，選擇合適的規(guī)則，進(jìn)行推理、演繹，作出專家級(jí)的智能判斷與決策。，以便通過(guò)無(wú)線管理多個(gè)區(qū)域。其中的讓傳感器采集土壤水分信息送入到單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析處理控制電磁閥動(dòng)作。 課題研究?jī)?nèi)容本論文主要研究單片機(jī)控制的節(jié)水灌溉系統(tǒng)，分別對(duì)土壤濕度與灌水量之間的關(guān)系、灌溉控制技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)備的軟、硬件各個(gè)部分進(jìn)行了深入的研究。用高新技術(shù)改造農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，實(shí)施節(jié)水灌溉已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展帶戰(zhàn)略性的根本大事。我國(guó)自己的現(xiàn)代灌溉控制器的研制和使用尚處于起步階段，因此，作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，中國(guó)硪究開(kāi)發(fā)自己的先進(jìn)的低成本、使用維護(hù)方便、系統(tǒng)功能強(qiáng)且擴(kuò)展容易的國(guó)產(chǎn)化數(shù)字式節(jié)水灌溉器是一項(xiàng)極有意義的工作?，F(xiàn)代灌溉控制器的研究使用在我國(guó)農(nóng)：林、及園藝為數(shù)不多，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，有較大的差距，還基本停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉工程的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，也是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法來(lái)確定每天灌溉次數(shù)和每次灌溉量，如果灌溉量與作物實(shí)際需水量相比太少，便不能有效的促進(jìn)作物健康成長(zhǎng)；而灌溉量太多，肥水流失，又會(huì)造成資源浪費(fèi)，同時(shí)傳統(tǒng)的灌溉法還需要相關(guān)專家的實(shí)時(shí)觀察并經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)生產(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，這也不能與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)向優(yōu)化、高效化方向發(fā)展要求同步。現(xiàn)代智能型控制器是進(jìn)行灌溉系統(tǒng)田間管理的有效手段和工具，它可提高操作準(zhǔn)確性，有利于灌溉過(guò)程的科學(xué)管理，降低對(duì)操作者本身素質(zhì)的要求。灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化東平較低是制約我國(guó)離效農(nóng)業(yè)發(fā)展豹主要原因。由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，由粗放經(jīng)營(yíng)向集約經(jīng)營(yíng)轉(zhuǎn)變，必須要求農(nóng)業(yè)科技有一個(gè)大的發(fā)展，進(jìn)行一次耨的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命。農(nóng)業(yè)的發(fā)展從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看很重要，一是水的闖題，二是科技的闖題。這是一種先進(jìn)的灌溉方法。它沒(méi)有噴水或溝渠流水，只讓水慢慢滴出，并在重力和毛細(xì)管的作用下進(jìn)入士壤?？傊^之傳統(tǒng)灌溉方式采用滴灌后，可大大提高產(chǎn)品產(chǎn)量，提早上市時(shí)間，并減少了水肥、農(nóng)藥的施用量和勞力等的成本投入，因此經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。 　?。ㄋ模└纳破焚|(zhì)、增產(chǎn)增效而滴灌屬微量灌溉，水分緩慢均勻地滲入土壤，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)能起到保持作用，并形成適宜的土壤水、肥、熱環(huán)境。 　?。ㄈ┍３滞寥澜Y(jié)構(gòu)因滴灌屬于局部微灌，大部分土壤表面保持干燥，且滴頭均勻緩慢地向根系土壤層供水，對(duì)地溫的保持、回升，減少水分蒸發(fā)，降低室內(nèi)濕度等均具有明顯的效果。 　?。ǘ┛刂茰囟群蜐穸鹊喂嘞到y(tǒng)僅通過(guò)閥門人工或自動(dòng)控制，又結(jié)合了施肥，故又可明顯節(jié)省勞力投入，降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)，又由于能做到適時(shí)地供應(yīng)作物根區(qū)所需水分，不存在外圍水的損失問(wèn)題，又使水的利用效率大大提高。 　?。ㄒ唬┕?jié)水、節(jié)肥、省工 滴灌技術(shù)較之傳統(tǒng)溝灌和畦灌，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。%，不能太高。使用軟管滴灌可以看軟管的充水程度，以軟管充水后近圓形，水聲不大為宜，如果軟管繃得很緊，水聲很大，說(shuō)明水壓過(guò)大，可用棚外截止閥調(diào)節(jié)。三是使用系統(tǒng)要經(jīng)常檢查是否破損、漏水，保持水源清潔，經(jīng)常清洗過(guò)濾器和打開(kāi)堵頭清洗輸水管道。在使用過(guò)程中要注意六點(diǎn)：一是首次使用時(shí)，要清洗管路510min（分），防止管內(nèi)雜質(zhì)堵塞出水口。棚內(nèi)設(shè)施主要由控制閥、輸水管和微噴頭（帶有微孔的軟膜管）三部分連接組成。緊接著把施肥罐出水口下端的主出水管與過(guò)濾器的進(jìn)水口連接，過(guò)濾器的出水口管送出泵房與棚室內(nèi)的相應(yīng)澆灌設(shè)施連接。施肥罐容積是50L。一般每667M2微噴選用750W單相自吸泵，流量最小達(dá)到3t/h。供水裝置主要包括自吸泵、施肥罐、過(guò)濾器三部分。水庫(kù)水、河流水、井水等均可。① 水源。其原理是把一定壓力的水流輸送到經(jīng)過(guò)特殊處理的帶有微孔的黑色聚乙烯膜管中，以細(xì)小的水流沿著膜管的微孔緩慢下滲到作物根部。滴頭通常放在土壤表面，亦可以淺埋保護(hù)。其作用是將加壓水均勻地輸送到滴頭。其作用是 抽水、施肥、過(guò)濾，以一定的壓力將一定數(shù)量的水送入干管。人工移動(dòng)式滴灌系統(tǒng)是支管和毛管由人工進(jìn)行晝夜移動(dòng)的一種滴灌系統(tǒng)，其投資最少，但不省工。另一種 是類似時(shí)針式噴灌機(jī)，繞中心旋轉(zhuǎn)的支管長(zhǎng)200米，由五個(gè)塔架支承。 　　2．移動(dòng)式滴灌系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，毛管和滴頭在整個(gè)灌水期內(nèi)是不 動(dòng)的。 滴灌系統(tǒng)的分類　　1．固定式滴灌系統(tǒng)。滴人作物根部附近的水，使作物主要根區(qū)的土壤經(jīng)常保持最優(yōu)含水狀況。滴灌技術(shù)是通過(guò)干管、支管和毛管上的滴頭，在低壓下向土壤經(jīng)常緩慢地滴水；是直接向土壤供應(yīng)已過(guò)濾的水分、肥料或其它化學(xué)劑等的一種灌溉系統(tǒng)。因此，我們非常有必要對(duì)現(xiàn)狀節(jié)水灌溉技術(shù)，節(jié)水的水平以及技術(shù)的適應(yīng)性，發(fā)展現(xiàn)狀及存在問(wèn)題做認(rèn)真分析，為真正實(shí)現(xiàn)提高農(nóng)業(yè)用水效率和水的生產(chǎn)效率打好基礎(chǔ)。面對(duì)WTO的挑戰(zhàn)，節(jié)水農(nóng)業(yè)更應(yīng)該賦予其新的內(nèi)涵，其內(nèi)涵應(yīng)擴(kuò)展為節(jié)水、高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)的農(nóng)業(yè)。節(jié)水農(nóng)業(yè)就