【正文】 功能部分通過總線有機連接而成，在外部通過 I/O接口配置各種外部設(shè)備就構(gòu)成微機的硬件系統(tǒng) [7]。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，單片機主要用于控制，所以又稱微控制器 （ MicroControllerUnit） 或嵌入式控制器（ Embedded Controller）。電容式水分傳感器的特點是精度高、量程寬、可測的物料品種多 ,而且響應(yīng)速度也較快 ,可應(yīng)用于在線監(jiān)測實現(xiàn)自動化。探針用來感測土壤的水分 ,其長度和距離根據(jù)被測對象的靈敏度優(yōu)化確定。利用該方法測量濕度 的應(yīng)用很多 ,多為探針式。對一定幾何結(jié)構(gòu)的電容式水分傳感器 ,其電容量與兩極間被測物料的介電常數(shù)有正比關(guān)系。由于以上缺陷的存在極大地限制了該方法的推廣應(yīng)用 。該方法所測量的是土壤水的吸力 ,需要依據(jù)土壤水分特征曲線來換算成土壤含水量 ,由于土壤水分能量關(guān)系非常復(fù)雜 ,呈非線性 ,且容易受到許多土壤理化特性的影響 ,即使對同一塊田 ,這一關(guān)系也十分復(fù)雜 ,使得用張力推求土壤含水量時極為困難 ,不方便 ,帶來較大誤差。用張 力計來測量土壤含水量有很大的發(fā)展 ,它的優(yōu)點是 :結(jié)構(gòu)及原理都比較簡單 ,可以在線實時測量 ,而且可以確定水在土壤內(nèi)的流動方向和滲透深度 ,但它的缺點也很突出。 張力計式土壤水分傳感器 張力計式土壤水分傳感器是一種廣泛成功地用于某些土壤水分測量的傳感器。 中子衰減法測量土壤含水量 高速運動的快中子與物質(zhì)作用能改變方向和產(chǎn)生能量損失 ,變成慢中子 ,形成衰減 ,由于被測物中含水量不同產(chǎn)生的衰減亦不同 ,主要原因是水中含有氫原子 ,而中子對氫原子作用的損失遠大于對其他原子作用的損失 ,這樣可以通過測定慢中子來測定土壤含水量 ,也就是通過衰減程度的大小來確定被測物質(zhì)中含水量的多少 ,中子土壤水分測 試儀就是根據(jù)這一原理設(shè)計而成。 因為本設(shè)計需要的按鍵數(shù)目較多，為了節(jié)省 I/O 口線資源，選用矩陣式鍵盤，故采取方案二。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。上拉電阻保證了按鍵斷開時， I/O 口線上有確定的高電平。故在按鍵數(shù)量不多時，常采用這種按鍵結(jié)構(gòu)。每個獨立式按鍵單獨占有一根 I/O 口線，每根 I/O 口線上的按鍵的工作狀態(tài)不會影響其他 I/O 口線的工作狀態(tài)。 圖 自動灌溉控制器系統(tǒng)基本模塊原理框圖 鍵盤方案選取 方案一 :獨立式按鍵 。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔，各類功能易于實現(xiàn)， 大大提高了系統(tǒng)的可靠性和實用性。 綜上所述，本系統(tǒng) 不但具有非常友好的人機交互界面，而且具有良好的實時控制功能，能及時響應(yīng)用戶請求。在時間控制方式下，用戶通過鍵盤輸入灌溉的時間和灌溉的周期，對應(yīng)的數(shù)據(jù)將在顯示屏上顯示出來。灌溉進行一定的時間后自動停止，該時間由用戶加載在單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)決定。若收到的數(shù)據(jù)不低于設(shè)定的數(shù)值，則不啟動步進電機進行灌溉。在閉環(huán)控制方式下， 利用濕度采集模塊將 多 處不同地點檢測到的濕度模擬量輪流進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化后對各數(shù)據(jù)進行綜合處理，再傳送給單片機。 其中以 探針式電容濕度傳感器 為核心構(gòu)成濕度采集電路，以 達林頓驅(qū)動芯片ULN2803 為核心構(gòu)成 步進電機控制電路，以 液晶顯示器 12864 為核心構(gòu)成顯示電路，再配合鍵盤電路 實現(xiàn) 對土壤濕度進行多點檢測。模塊化設(shè)計 是綠色設(shè)計 方法之一，它已經(jīng)從理念轉(zhuǎn)變?yōu)檩^成熟的設(shè)計方法 [3]。模塊化是在傳統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的設(shè)計思想，現(xiàn)已成為一種新技術(shù)被廣泛應(yīng)用，尤其是信息時代電子產(chǎn)品不斷推陳出新，模塊化設(shè)計的產(chǎn)品正在不斷涌現(xiàn)。該系統(tǒng)采用分布式布置，可與上位機雙向通信 ，用微機對其進行編程操作和對其子控制器進行控制，并能用微機隨時監(jiān)控灌溉系統(tǒng)的工作狀況。加拿大、澳大利亞和韓國等國家和地區(qū)也都有開發(fā)成功并形成系列的灌溉控制器產(chǎn)品，其中，比較有代表性的如澳大利亞的 HARDIE IRRGATION 公司的灌溉控制器，已形成了MICROMASTER、 RAINJET 等多個系列，幾十種型號的產(chǎn)品。 近年來隨著農(nóng)業(yè)對自動化程度要求的提高，以色列出現(xiàn)灌溉用的可編程邏輯控制器 (PLC)，這種控制器通過把不同的網(wǎng)絡(luò)連接到主機上進行數(shù)據(jù)采集和處理。 國外一些先進國家，如美國、以色列和加拿大等，運用先進的電子技術(shù)、計算機和控制技術(shù)，在節(jié)水灌溉技術(shù)方面起步較早，并日趨 成熟?？刂品绞届`活，手動、半自動、全自動任選且可隨意在計算機上更改，可同時控制多個設(shè)備，受控區(qū)位置及形狀，環(huán)境參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)可同時顯示在中心計算機上。 天津市水利科學研究所研制的溫室滴灌施肥智能化控制系統(tǒng)主要用于現(xiàn)代溫室，日光溫室作物的灌溉營養(yǎng)液施肥，環(huán)境監(jiān)測的智能控制，采用世界先進的可編程序控 制器和觸摸屏控制技術(shù)，性能可靠、功能齊全、人機界面友好、操作簡單、價格低廉，此控制系統(tǒng)的控制流量為 15 3/mh，控制規(guī)模為 1~2 2hm 時，能控制 24 路閥門，系統(tǒng)具有人工干預(yù)灌溉施肥功能，定時、定量灌溉施肥功能，條件控制灌溉施肥功能。該系統(tǒng)是國家“九五”科技攻關(guān)項目中自主研發(fā)的科技產(chǎn)品，該系統(tǒng)結(jié)合我國溫室的環(huán)境和實際使用特點，以積木分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，解決了計算機適時閉環(huán)控制、動態(tài)監(jiān)測、控制顯示中文、施肥泵混合比可調(diào)、電磁閥開度可調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)問題。 國內(nèi)外現(xiàn)狀 國內(nèi)在開發(fā)灌溉自動控制系統(tǒng)方面處于研制、試用階段，能實際投入應(yīng)用，且應(yīng)用較廣的灌溉控制 器還不多見。灌溉時間一到，驅(qū)動電路則停止驅(qū)動步進電機，灌溉停止。在閉環(huán)控制方式下， 利用濕度采集模塊將 多 處不同地點檢測到的濕度模擬量進行模數(shù)轉(zhuǎn)化后傳送給單片機，單片機將采集到的數(shù)據(jù)與警戒值比較；若采集數(shù)據(jù)低于警戒值，則啟動步進電機驅(qū)動模塊進行灌溉；若采集數(shù)據(jù)高于警戒值，則不啟動驅(qū)動模塊進行灌溉。系統(tǒng)還可以實現(xiàn)時間控制方式，隨時灌溉，從而也體現(xiàn)了多用途、人性化的 現(xiàn)代智能化系統(tǒng)設(shè)計要求。但從長遠利益考慮，新的智能化技術(shù)、傳感技術(shù)和農(nóng)業(yè)科技的引入、應(yīng)用和普及，將會有智能化程度更高、功能更強、性能更穩(wěn)定可靠的灌溉控制器出現(xiàn)。 關(guān)鍵詞 ： AT89C51；探針式電容濕度傳感器； ULN2803 達林頓驅(qū)動； LCD12864 目 錄 摘 要 .............................................................................................................. I 第 1 章 緒論 .................................................................................................. 1 引言 ................................................................................................. 1 國內(nèi)外現(xiàn)狀 ..................................................................................... 1 第 2 章 方案設(shè)計與論證 .............................................................................. 4 總體方案論證 ................................................................................. 4 鍵盤方案選取 ................................................................................. 5 土壤濕度傳感器的選取 .................................................................. 6 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 .......................................................................... 9 AT89C51 單片機硬件電路 .............................................................. 9 濕度采集電路 ............................................................................... 12 矩陣鍵盤電路設(shè)計 ........................................................................ 14 LCD 液晶顯示電路 ....................................................................... 15 步進電機驅(qū)動電路 ........................................................................ 19 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ................................................................................ 21 程序設(shè)計 ....................................................................................... 21 主程序設(shè)計 ................................................................................... 22 12864 LCD 顯示子程序設(shè)計 ......................................................... 24 鍵盤子程序設(shè)計 .......................................................................... 28 第 5 章 系統(tǒng)仿真 ........................................................................................ 35 PROTUES 仿真軟件介紹 .............................................................. 35 仿真電路設(shè)計 ............................................................................... 35 系統(tǒng)總體電路仿真 ........................................................................ 36 第 6 章 結(jié)束語 ............................................................................................ 41 參考文獻 ..................................................................................................... 42 致謝 ............................................................................................................. 43 附錄 1 系統(tǒng)整體電路圖 ............................................................................. 44 第 1 章 緒論 引言 隨著中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程的加快、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及我國加入 WTO等因素，農(nóng)業(yè)灌溉自動化技術(shù)的要求越來越高，灌溉控制器在我國有著巨大的市場。在閉環(huán)（自動）模式下，該系統(tǒng)能自動對土壤的濕度進行檢測，當實際濕度低于警戒值時單片機自動啟動步進電機進行灌溉。 本文設(shè)計了一個自動灌溉控制器，該系統(tǒng)以 AT89C51 單片機為控制核心 ， 采用模塊化的設(shè)計方案 ，由 濕度采集模塊、步進電機控制模塊、鍵盤接口模塊和顯示模塊組成。 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 課 題 名 稱 自動灌溉控制器的設(shè)計 學 生 姓 名 學 號 系、年級專業(yè) 指 導(dǎo) 教 師 職 稱 講 師