【正文】 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。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。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。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，對應的數(shù)據(jù)將在顯示屏上顯示出來。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，能及時響應用戶請求。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。邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文）5 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。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)。故在按鍵數(shù)量不多時，常采用這種按鍵結(jié)構(gòu)。上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O 口線上有確定的高電平。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。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。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。 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邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文）7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。 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。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。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。由于以上缺陷的存在極大地限制了該方法的推廣應用。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。利用該方法測量濕度的應用很多,多為探針式。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。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,而且響應速度也較快,可應用于在線監(jiān)測實現(xiàn)自動化。從應用領(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）。主要由微處理器（CPU）、存儲器、 I/O 接口三大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]。本系統(tǒng)采用AT89C51單片機作為中央處理器，其主要任務是讀取自動灌溉控制器的模式，并在相應模式下進行相應的控制。在自動模式下，單片機檢測外部有無灌溉信號。在本系統(tǒng)中，AT89C51單片機的P0口用于單片機與LCD之間的數(shù)據(jù)傳送，~ ， 用于LCD顯示的位驅(qū) ，寫控制信號， 用于控制對 LCD的指令是屬于寫數(shù)據(jù)還是寫指令。若有鍵按下， 有中斷信號送入單片機。AT89C51 是一種低功耗/低電壓、高性能的八位 CMOS 單片機，片內(nèi)有一個4KB 的 FLASH 可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash ProgrammAble and Erasable Read Only Memory），它采用了 CMOS 工藝和 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲器技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MSC—51 兼容。因此，AT89C51 是一種功能強、靈活性高且價格合理的單片機，可方便的應用于各種控制領(lǐng)域 [8]。 另外，AT89C51 是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計的，其工作頻率可下降到零并提供兩種軟件的省電方式空閑方式和掉電方式。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi)RAM 中的內(nèi)容，直到下次硬件復位為止。GND（20）：接地。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高 [9]。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 端口（ ）：P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文）11由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P3 端口（ ）：P3 口管腳是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位的雙向 I/O 端口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。作為輸入端時，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL ） 。P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文）12圖 AT89C51 引腳圖 AT89C51 最小系統(tǒng) XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文）13圖 AT89C51 最小系統(tǒng)圖 濕度采集電路 濕度傳感器的原理利用土壤含水量的介電特性來測量土壤含水量是一種行之有效、簡便、快速的方法。由于水的介電常數(shù)比一般物料的介電常數(shù)要大得多,所以當土壤中的水分增加時,其介電常數(shù)相應增大,測量時水分傳感器測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的對應關(guān)系可測出土壤的水分。假設(shè)電極的電容為 C,加在電極之間的交變電壓將產(chǎn)生一個交變電量 ,從而引起一個交變電流 ,則交變電壓 可以()ut ()qt ()cit ()ut寫為 （）()ut?1()citd?探針導納為 （）YGjwC?邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文）14其中,G 為等效導納的電導。??22YGwC??根據(jù)高頻電子線路理論可知 。 表示0Ck???0?真空中的介電常數(shù),等于 。??個電流 i 時,在電容兩端產(chǎn)生一個幅值為 ,相角為 的電壓 ,則探針導納u?jue?可表示為 。圖 土壤介電測量模型的等效電路根據(jù)矢量電壓表測得的電壓和相角以及信號源電流值,可以計算出導納,進而求得等效電容 C 和等效電導 G。 SHT10 數(shù)字溫濕度傳感器由瑞士 Sensirion 推出的 SHTxx 系列數(shù)字溫濕度傳感器，基于領(lǐng)先世界的CMOSens 174。全量程標定，兩線數(shù)字接口，可與單片機直接相連，大大縮短研發(fā)時間、簡化外圍電路并降低費用。（1）產(chǎn)品特點：①SHT10 系列為貼片型溫濕度傳感器芯片②全量程標定，兩線數(shù)字輸出；③濕度測量范圍：0～100%RH；④溫度測量范圍：40～+℃；邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文）15⑤濕度測量精度：177?！姊唔憫獣r間：8s(tau63%)；⑧低功耗 80μW(12 位測量，1 次/s)；⑨可完全浸沒。 暖通空調(diào)、電力、計量測試、醫(yī)藥業(yè)。高頻信號加到傳感器探頭上,通過整流濾波電路獲取電壓信號,經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD574 送入單片機AT89C51濕度傳感器 A / D 轉(zhuǎn)化A T 8 9 C 5 1圖 濕度采集模塊組成和單片機的連接圖計算得到含水量值,該值與通過鍵盤設(shè)定的門限值比較,以決定是否實現(xiàn)自動灌溉 [11]。 矩陣鍵盤電路設(shè)計矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復雜一些，識別也要復雜一些，圖 中，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機的 I/O 口作為輸出端，而列線所接的 I/O 口則作為輸入。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下介紹一種“行掃描法” 。判斷鍵盤中有無鍵按下將全部行線 H0H3 置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下 [12]。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵?？偣矘?gòu)成 16 個鍵。剩下的一個鍵是空閑鍵，留作擴展功能用。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。模塊有如下基本特性:（1）低電源電壓（VDD: + ~ +）（2）顯示分辨率:12864 點（3）內(nèi)置漢字字庫，提供 8192 個 1616 點陣漢字(簡繁體可選)（4）內(nèi)置 128 個 168 點陣字符（5）2MHZ 時鐘頻率（6）顯示方式：STN、半透、正顯（7）驅(qū)動方式：1/32DUTY，1/5BIAS（8）視角方向：6 點（9）背光方式：側(cè)部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/5—1/10（10）通訊方式：串行、并口可選 模塊接口說明（此處用的是并行接口）液晶顯示屏 LCD12864 有 20 個引腳，引腳可分類為：①電源引腳（包括 VSS、VCC）②亮度調(diào)節(jié)引腳 V0③數(shù)據(jù)和指令選擇引腳 RS④使能信號 E⑥數(shù)據(jù)傳輸引腳 DB0~ DB7⑦并口串口選擇引腳 PSB邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文）18表 管腳號 管腳名稱 電平 管腳功能描述1 VSS 0V 電源地2 VCC +5V 電源正3 V0 — 對比度（亮度）調(diào)整RS=“H”,表示 DB7——DB0 為顯示數(shù)據(jù)4RS(CS） H/LRS=“L”,表示 DB7——DB0 為顯示指令數(shù)據(jù)R/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到 DB7——DB05 R/W(SID) H/L R/W=“L”,E=“H→L”, DB7——DB0 的數(shù)據(jù)被寫到 IR 或 DR[13]6 E(SCLK) H/L 使能信號7 DB0 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線8 DB1 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線9 DB2 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線10 DB3 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線11 DB4 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線12 DB5 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線13 DB6 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線14 DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線15 PSB H/L H：8 位或 4 位并口方式，L：串口方式（見注釋 1）16 /RESET H/L 復位端，低電平有效17 VOUT — LCD 驅(qū)動電壓輸出端18 A VDD 背光源正端（+5V）19 K VSS 背光源負端 模塊主要硬件構(gòu)成說明控制器接口信號說明：（1） RS，R/W 的配合選擇決定控制界面的 4 種模式：邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文）19表 RS R/W 功能說明L L MPU 寫指令到指令暫存器（IR）L H 讀出忙標志（BF）及地址記數(shù)器（ AC）的狀態(tài)H L MPU 寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（DR）H H MPU 從數(shù)據(jù)暫存器（DR ）中讀出數(shù)據(jù)（2） E 信號表 E 狀態(tài) 執(zhí)行動作 結(jié)果高—低 I/O 緩沖 —DR 配合/W 進行寫數(shù)據(jù)或指令高 DR—I/O 緩沖 配合 R 進行讀數(shù)據(jù)或指令低/低—高 無 無（3）忙標志 BF：BF 標志提供內(nèi)部工作情況。BF=0 時,模塊為準備狀態(tài),隨時可接受外部指令和數(shù)據(jù)。（4）字型產(chǎn)生 ROM（CGROM ）：字型產(chǎn)生 ROM（CGROM）提供 8192 個此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關(guān)的控制。 DFF 的狀態(tài)是指令 DISPLAY ON/OFF 和 RST 信號控制的。（6）字型產(chǎn)生 RAM(CGRAM)：字型產(chǎn)生 RAM 提供圖象定義(造字)功能, 可以邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文）20提供四組 1616 點的自定義圖象空間，使用者可以將內(nèi)部字型沒有提供的圖象字型自行定義到 CGRAM 中，便可和 CGROM 中的定義一樣地通過 DDRAM 顯示在屏幕中。 步進電機驅(qū)動電路 步進電機簡介和原理步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。感應子式步進電機以相數(shù)可分為：二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。而方向由導電順序決定 [14]。開始時，開關(guān) SB 接通電源，SA、SC、SD 斷開，B 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、3 號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的 4 號齒就和C、D 相 繞組磁極產(chǎn)生錯齒，5 號齒就和 D、A 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。而 0、3 號齒和 A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，5 號齒就和 A、D 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。 ULN2803 驅(qū)動芯片（1）ULN2803 引腳說明 [15]：18 號引腳：輸入端1118 號引腳：輸出端9 號引腳：地端10 號引腳：電源+（2）達林頓驅(qū)動的典型應用：①用于大功率開關(guān)電路,電機調(diào)速,逆變電路。②驅(qū)動 LCD 智能顯示屏