【正文】 ..................21參考文獻(xiàn) ...........................................................22致 謝 .............................................................23附錄 1 元器件清單 .................................................24附錄 2 基于 STC89C52 單片機(jī)的智能灌溉控制系統(tǒng) PCB 圖 ................25附錄 3 DHT11 模塊代碼 ..............................................26附錄 4 液晶顯示模塊代碼 ...........................................2811 緒論 課題研究背景水資源是人類(lèi)生產(chǎn)生活最關(guān)鍵的自然資本，亦是貫穿社會(huì)發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的最首要的基礎(chǔ)資源。雖然我國(guó)水資源的總量居全球第六位，可人均占有量卻只有 2500 立方米，僅僅只達(dá)到了世界人均水量的四分之一，是全世界人均水資源最貧乏的國(guó)家之一。就全中國(guó)而言，我們對(duì)水資源的利用率僅為 45%，而那些水資源利用率高的國(guó)家已經(jīng)達(dá)到了 70%80%，因此，提高水資源的利用率，對(duì)于解決我國(guó)的農(nóng)業(yè)灌溉用水和緩解水資源緊缺非常重要 [1]。隨著我國(guó)水資源供需矛盾的日益加劇，農(nóng)業(yè)用水分配額減少的問(wèn)題勢(shì)必日益突出，同時(shí)為了緩解我國(guó)水資源短缺對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展造成的壓力，如何快速發(fā)展我國(guó)的節(jié)水智能控制灌溉技術(shù)及其配套設(shè)施，從而緩解我國(guó)農(nóng)業(yè)用水壓力已經(jīng)成為一個(gè)不容忽視的問(wèn)題 [1]。一個(gè)是水資源的問(wèn)題、另一個(gè)是科技發(fā)展方面的問(wèn)題。為了提高灌溉水的利用率，為了保證全中國(guó)人口的糧食安全，使單位立方水生產(chǎn)糧食的能力得到提高，依靠傳統(tǒng)的灌溉方式是很難達(dá)到的，必須從高新技術(shù)入手，在管理上下功夫，從過(guò)去的“澆地” 思想觀念轉(zhuǎn)變?yōu)椤皾仓参铩钡乃枷胗^念。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，只有發(fā)展先進(jìn)的灌溉系統(tǒng)，使灌溉過(guò)程達(dá)到自動(dòng)控制才有可能。2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)一直以來(lái)都非常重視灌溉設(shè)備的研制，但由于自主開(kāi)發(fā)程度低，且有影響的成果較少，所以我國(guó)的灌溉設(shè)備大多數(shù)都是通過(guò)引進(jìn)國(guó)外的成果，可以說(shuō)我國(guó)對(duì)于智能灌溉控制技術(shù)的研制真正開(kāi)始于“ 九五” 期間。 節(jié)水農(nóng)業(yè)的核心就是節(jié)約用水和提高農(nóng)業(yè)用水率，是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)涵，其核心是在有限水資源的條件下，通過(guò)采用先進(jìn)的工程技術(shù)、適宜的農(nóng)業(yè)技術(shù)和用水管理等綜合技術(shù)措施，充分提高農(nóng)業(yè)用水利用率和水的生產(chǎn)效率及效益，保證農(nóng)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。 要發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)最基本的工作就是要有先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，適當(dāng)?shù)募夹g(shù)是節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展的前提條件，研究和開(kāi)發(fā)節(jié)水灌溉技術(shù)，對(duì)提高節(jié)水農(nóng)業(yè)的效益有很大的幫助。 結(jié)合我國(guó)各地區(qū)特點(diǎn)，認(rèn)為適宜各地區(qū)推廣應(yīng)用的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)主要有，渠道防滲技術(shù)、低壓管道輸水技術(shù)、地面灌水技術(shù)、雨水利用技術(shù)、農(nóng)業(yè)節(jié)水配套技術(shù)、劣質(zhì)水利用技術(shù)及農(nóng)業(yè)節(jié)水管理等技術(shù) [5]。這些國(guó)家從最早的水力控制、機(jī)械控制，到后來(lái)的機(jī)械電子混合協(xié)調(diào)模式控制，到當(dāng)前應(yīng)用廣泛的計(jì)算機(jī)控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，控制精度和智能化程度越來(lái)越高，可靠性越來(lái)越好，操作也越來(lái)越簡(jiǎn)單 [5]。 加拿大、澳大利亞和韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)都有發(fā)開(kāi)成功并形成系列的灌溉控3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(gè)系列幾十種型號(hào)的產(chǎn)品 [5]。本論文的內(nèi)容安排如下：第一章，主要介紹了智能灌溉控制系統(tǒng)的研究背景、目的與意義以及國(guó)內(nèi)外智能灌溉系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀。　　　第二章，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)做了一個(gè)規(guī)劃。第四章，對(duì)系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能以及各元件的特性，設(shè)計(jì)出一個(gè)總的程序流程圖，然后再編寫(xiě)出能夠?qū)崿F(xiàn)此功能的源程序和主要功能模塊的程序。第六章，介紹程序的調(diào)試過(guò)程以及將編寫(xiě)好的程序錄入到單片機(jī)中的過(guò)程。介紹了在畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，我所做的準(zhǔn)備工作、碰到的困難、學(xué)到的東西以及自己的感想。42 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)功能要求自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的具體任務(wù)：1）本設(shè)計(jì)采用 STC89C52RC 單片機(jī)為灌溉系統(tǒng)的主控芯片，外接土壤溫濕度傳感器模塊、電源模塊、水泵驅(qū)動(dòng)模塊、LCD1602 液晶顯示模塊和按鍵模塊。3）使用者可以通過(guò)按鍵自行調(diào)節(jié)溫濕度的下限值，當(dāng)傳感器檢測(cè)到的濕度值低于設(shè)定濕度值的 10%時(shí)，啟動(dòng)繼電器，開(kāi)啟水泵，進(jìn)行灌溉，當(dāng)檢測(cè)到的濕度值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，繼續(xù)灌溉直至濕度值高于設(shè)定值 10%再停止灌溉。4）本設(shè)計(jì)用一個(gè)綠色指示燈代表水泵模塊，當(dāng)指示燈亮起時(shí)，表示正在進(jìn)行灌溉，當(dāng)指示燈熄滅時(shí)，表示停止灌溉。設(shè)計(jì)還配有一塊 LCD1602 液晶顯示器，用于顯示土壤溫濕度實(shí)際數(shù)值和設(shè)定用戶(hù)溫濕度值。自動(dòng)灌溉系統(tǒng)方框圖如圖 21 所示。核心控制模塊由 STC89C52RC 芯片、排阻、復(fù)位和晶振電路組成；按鍵輸入模塊由 4 個(gè)獨(dú)立按鍵組成；水泵驅(qū)動(dòng)模塊由二極管和綠色指示燈組成，顯示模塊由 LCD1602 顯示屏完成，溫濕度數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換由 DHT11 芯片完成。STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機(jī)不具備的功能。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié)Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路，3 個(gè) 16 位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器，4 個(gè)外部中斷，一個(gè) 7 向量 4 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)） ，全雙工串行口。空閑模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及信號(hào)引腳1）STC89C52RC 單片機(jī)的特性（如表 所示）表 STC89C52RC 單片機(jī)的特性2）芯片引腳介紹：圖 32 為 STC89C52 單片機(jī)的引腳封裝圖。表 STC8C52 引腳功能說(shuō)明 電源供電模塊8為整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)模塊供電是對(duì)于一個(gè)完整的電路來(lái)講的首要問(wèn)題，為了克服 STC89C51 單片機(jī)在實(shí)際的操作過(guò)程中因容易受到外來(lái)因素的干擾而出現(xiàn)程序跑飛或陷入死循環(huán)等現(xiàn)象，這就需要為 STC89C52RC 單片機(jī)系統(tǒng)配置一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源模塊。圖 33 電源模塊原理圖 單片機(jī)控制模塊 單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)是一個(gè)完整電路系統(tǒng)的核心控制部分，控制著整個(gè)系統(tǒng)是否能成功運(yùn)行并達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)。圖 34 復(fù)位和晶振部分原理圖9（1）復(fù)位電路在系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)候，都需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)初始化，而在單片機(jī)的最小系統(tǒng)中，復(fù)位電路就是為了把電路系統(tǒng)初始化而存在的，復(fù)位電路的原理就是在將單片機(jī)的電阻和電容接在單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 上，實(shí)現(xiàn)一個(gè)上電復(fù)位，只有當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位才有效。（2）晶振電路（時(shí)鐘電路）只要是一個(gè)完整的單片機(jī)系統(tǒng)，就一定會(huì)有晶振，晶振是通過(guò)一種能把機(jī)械能和電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下進(jìn)行工作，從而提供穩(wěn)定而精確的單頻振蕩。 單片機(jī)控制的電路設(shè)計(jì)在整個(gè)系統(tǒng)中，單片機(jī)外接電源供電模塊、溫濕度采集模塊、按鍵輸入模塊、顯示模塊和水泵驅(qū)動(dòng)模塊（此系統(tǒng)用一個(gè)綠色的指示燈來(lái)代替） 。圖 35 是單片機(jī)控制模塊（MCU）原理圖。傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由一個(gè)電阻式感濕原件和一個(gè)NTC 測(cè)溫元件組成，同時(shí)還與一個(gè)高性能的 8 位單片機(jī)相連接。也正是由于 DHT11 傳感器的這些優(yōu)勢(shì)，使它在自動(dòng)控制和家電品領(lǐng)域中擁有較高的應(yīng)用價(jià)值。圖 36 溫濕度模塊系統(tǒng)原理圖2）DHT11 的引腳及硬件電路設(shè)計(jì)DHT11 傳感器采用的是 4 針單排引腳封裝。當(dāng) DHT11 接收到開(kāi)始信號(hào)后觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒(méi)有接收到 mcu 發(fā)送的開(kāi)始信號(hào)，DHT11 不會(huì)主動(dòng)對(duì)溫濕度進(jìn)行采集。3）DHT11 特性（如表 所示）11表 DHT11 特性 液晶顯示模塊 LCD1602 液晶模塊簡(jiǎn)介本系統(tǒng)的顯