数理信息工程学院
应系统设计
题 目： 基单片机动节水灌溉系统
专 业： 计算机科学技术（专升）
班 级： 计算机班
姓 名： 学号：
指导老师：
成 绩：
( 2006X )
目 录
第1节 引 言…………………………………………………………………………3
11 节水灌溉系统概述……………………………………………………………3
12 设计务容………………………………………………………4
第2节 系统硬件电路设计………………………………………………………5
21 单片机控制系统原理…………………………………………………………5
22 单片机机系统电路…………………………………………………………5
221时钟电路………………………………………………………………6
222复位电路………………………………………………………………6
223数存储器扩展电路………………………………………………6
23 数采集处理电路……………………………………………………………7
24 LED显示系统电路……………………………………………………………8
25 超限报警电路…………………………………………………………………10
第3节 系统软件设计…………………………………………………………………11
31 系统程序设计………………………………………………………………11
32 采样子程序设计………………………………………………………………12
33数处理…………………………………………………………………………13
33 1数字滤波技术……………………………………………………………13
332标度变换…………………………………………………………………15
3 3 3 BCD转换………………………………………………………………18
3 4 LED动态显示程序…………………………………………………………18
第4节 结束语…………………………………………………………………………21
参考文献…………………………………………………………………………22
基单片机动节水灌溉系统
数理信息工程学院 计算机专升
指导教师：
第1节 引 言
动控制节水灌溉技术高低代表着农业现代化发展状况灌溉系统动化水较低制约国高效农业发展原单片机控制滴灌节水灌溉系统该系统土壤湿度进行监控作物土壤湿度求进行适时适量灌水核心单片机PC机构成控制部分土壤湿度灌水量间关系灌溉控制技术设备系统硬件软件编程部分进行实现
单片机控制部分采AT89C51单片机核心土壤湿度传感器信号处理电路显示电路输出控制电路障报警电路等组成软件选汇编语言编程单片机土壤湿度传感器检测土壤湿度模拟量转换成数字量显示LED显示器该系统灵活性强易操作性高会更广阔开发前景
11 节水灌溉系统概述
生命起源水必条件没水球生命会枯竭
着21世纪源危机接踵源危机更怕作
类生命源水短缺前未程度状况着时间推移
社会发展继续恶化水资源危机已成全球性突出问题利科技手段缓解危机类出路
农业类社会古老行业行业基础类顿生存
重行业农业发展长远重水问题二科技问题
农业根出路科技教育传统农业现代化农业转变粗放营
集约营转变必须求农业科技发展进行次新农业技术革命
农业工业交通等行业相然较落农业灌溉技术尤落灌溉系统
动化水较低制约国高效农业发展原传统灌溉模式动化程
度极低基属粗放工操作便定量操作中法进行
效控制提高灌溉效率缩短劳动时间节约水资源必须发展节水灌溉
控制技术
现代智型控制器进行灌溉系统田间理效手段工具提高操
作准确性利灌溉程科学理降低操作者身素质求
减少劳动量更重准确定时定量高效作物动补充水
分提高产量质量节水节
现代灌溉控制器研究国农林园艺数发达国家相
较差距基停留工操作方搞灌溉工程
动化控制系统根验法确定天灌溉次数次灌溉量果灌
溉量作物实际需水量相太少便效促进作物健康成长灌溉量太
肥水流失会造成资源浪费时传统灌溉法需相关专家实时观
察验指导生产劳动生产率低现代化农业优化高效化方
发展求步
着计算机技术传感器技术迅猛发展计算机传感器价格日益降
低性日益提高信息技术改造农业仅必高新
技术改造农业产业实施节水灌溉已成国农业国民济持续发展带战略
性根事文旨设计套作物生长土壤湿度进行动监控系
统作物进行适时适量灌水起高效灌溉节水节作
12 设计务容
文研究单片机控制滴灌节水灌溉系统分土壤湿度灌水量间关系灌溉控制技术系统设备软硬件部分进行研究
容
1根滴灌技术特点进行节水灌溉控制系统整体研究设计
2针土壤湿度难精确数学模型描述特点采模糊控制理理进行深入研究重点研究双输入单输出模糊控制方式
3 LED显示土壤湿度值灌水期间倒计时方式显示灌水剩余时间
4土壤湿度值低设定低值时系统动报警
第2节 系统硬件电路设计
21 单片机控制系统原理
种植作物土壤
土壤湿度传感
AD转换
AT89C51单片机
LED显示
报警
放驱动
电磁阀
图2 单片机控制系统原理框图
2．2 单片机机系统电路
AT89C51单片机51系列单片机成员8051单片机简化版部带2K字节编程FLASH存储器低电压高性COMS八位微处理器Intel MCS51系列单片机指令输出脚相兼容功八位CPU闪速存储器结合单芯片中AT89C2051构成单片机系统具结构简单造价低廉效率高微控制系统省外部RAMROM接口器件减少硬件开销节省成提高系统性价
图3 单片机机系统图
221时钟电路
单片机时钟信号提供单片机片种微操作时间基准时钟信号通
常两种电路形式部振荡外部振荡MCS51单片机部
构成振荡器高增益反放器引脚XTALlXTAL2分放电器输
入端输出端采部方式时电路简单时钟信号较稳定实
际中常采种方式图3示外接晶体振荡器(简称晶振)陶
瓷谐振器构成部振荡方式片高增益反放器作反馈元件片外
石英晶体陶瓷谐振器起构成激振荡器产生振荡时钟脉
图3中外接晶体电容C2C1构成联谐振电路起稳定振荡频
率快速起振作值均30P左右晶振频率选6MHz o
RESET
222复位电路
初始化单片机部某特殊功寄存器必须采复位方式复位
CPU系统部件处确定初始状态初始状态开始正常工作
单片机复位外电路实现正常运行情况RST引脚出现两
机器周期时间高电引起系统复位果RST引脚持续
高电单片机处循环复位状态复位系统输入输出(10)端口寄存
器置FFH堆栈指针SP置07H SBUF置定值余寄存器全部
清0部RAM状态受复位影响系统电时RAM容定复
位操作两种情况电复位手动(开关)复位系统采电复位方式
图3中R9Cl组成电复位电路值R取1KQ C取1pF
223数存储器扩展电路
AT89C51单片机外接数RAM时P2口输出存储器址高8位PO口
分时输出址低8位传送指令字节数PO口先输出低8位址信号
ALE效时锁存外部址锁存器中然PO口作数总线
处址锁存器选74LS373实际电路图连接图4示
图4数存储器扩展电路
23数采集处理电路
ADC0809种8位逐次逼式AD转换器部具锁存控制8路模
拟开关外接8路模拟输入端时8路05V输入模拟电压信号分时进
行采集转换系统INOINl两路输入通道ADC0809转换器分辨
率8位调误差士1LSB采单+5V供电功耗15mW
必进行零点满度调整ADC0809转换器输出数寄存器具控
三态输出功输出具TTL三态锁存缓器8位数输出引脚直接
数总线相连AD转换器需外部控制启动转换信号方进行转换启动
转换信号CPU提供型号AD转换器启动转换信号求
分脉启动电启动两种ADC0809采脉启动转换需AD转
换器启动控制转换输入引脚((START)加入正脉信号启动AD
转换器进行转换转换开始转换结束信号输出端(EOC)信号变低转换结
束时EOC返回高电通知机读取转换结果数字量信号作
AD转换器状态信号供查询作中断请求信号
图5数采集处理电路
系统中ADC0809AT89C51单片机接口图5示采等延时方式ADC0809时钟频率范围求101280kHz AT89C51单片机ALE脚频率单片机时钟频率16单片机时钟频率采6MHzADC0809输入时钟频率CLK1MHz发生启动脉需延时100Us读取AD转换数
图5连接方式ADC08098位数输出引脚直接数总线相连址译码引脚A B C分74LS373A B C相连选通INO IN7中通道AT89C51p 26作片选信号启动AM转换时单片机写信号WRp2控制ADC址锁存转换启动ALESTART连起ADC0809锁存通道址时启动转换读取转换结果时单片机读信号RDp2引脚级非门产生正脉作OE信号开三态输出锁存器
2．4 LED显示系统电路
微机化测控系统中常测量数显示器发光二极显示器(简称LED数码)液晶显示器(简称LCD)两种显示器具线路简单耗电少成低寿命长等优点系统输出结果选4LED显示数码阴阳分系统采8段阴型LED原理图图6示位数码部8发光二极公端8发光二极阴极接成正常显示时公端接低电(GND)发光二极否点亮取决adp引脚否高电
LED数码外形结构图6外部10引脚中3 8脚公端称位选端余8引脚称段选端某位数码显示某数字((09中)必须数码段选端加数字显示数字应8位段选码(称字形码)位选端加低电
系统显示容较简单显示量选数码方便济LED阴极阳极两种图6示
二极阴极连接起通常公阴极接阳极发光二极阳极连接起接入+5V电压位显示器8发光二极组成中7发光二极构成字型8笔划（段）a～g数点dp发光二极某段发光二极施加定正电压时该段笔划亮加电压暗保护段LED损坏需外加限流电阻
图6 LED数码结构原理图：
符号引脚 阴极 阳极
数码显示器两种工作方式静态显示方式动态扫描显示方式节省端口降低功耗系统采动态扫描显示方式动态扫描显示方式需解决位LED数码段控位控问题电路通P1口实现：位公端LED数码位控P3口控制种连接方式位字段线连起想显示容必然采取轮流显示方式某瞬间中某位字位线处选通状态位字位线处断开状态时字段线输出位相应显示字符字段码瞬时位显示位暗系统中字位线选通否通PNP三极导通截止控制三极处开头状态
AT89C51单片机IO口资源限必须Il0口进行扩展满足实现系统功图7示8155扩展10口48位LED动态显示器显示扫描程控实现中PA口输出字型码PC口输出位选信号扫描信号图中片选线CEAT89C51P27口相连IO M选通输入线P24口相连该系统中P270P24 1时选中8155芯片三IO口相应端口址分配表41
表41 8155端口址分配
图7 显示电路
25超限报警电路
某紧急状态反常状态操作员致忽视便时处理需某种更引起注意提起警觉报警信号产生种报警信号通常三种类型闪光报警鸣音报警语音报警系统采简单易行声光报警电路
图8示报警电路报警设备选压电式蜂鸣器约需10mA驱动电流需两条引线加315V直流电压产生3KHz左右蜂鸣声音图中蜂鸣器端接高电+SV端接Pl0初态Pl0始终输出高电1需报警时程序端口清零声音长短延时程序控制实现图中接入发光二极LED超高线报警器P11端输出低电0时二极导通灯亮发出报警信号
图8报警电路
第3节 系统软件设计
系统软件程序设计包括程序设计采样子程序设计数处理程序显示子程序串口通信程序等芯片址编码
RAM6116 OFOOOHOF7FFH 815510口7FF8H 7FFDH
ADC0809 OBFF8HOBFFFH
3．1 系统程序设计
ADTURNO EQU 21H INO通道AD转换数存放首址
ADTURN1 EQU 2CH IN1通道AD转换数存放首址
LINEADRO EQU 37H 1N0采集数滤波处理数存
放址
LINEADR1 EQU 38H INl采集数滤波处理数
存放址
LINEADR EQU 39H 均值存放址
HUMID EQU 3BH 标度变换湿度值存放址
BCDADR EQU 3CH BCD转换湿度值存放址
HUMADR EQU 3DH 位机传湿度值存放址
TIMEADR EQU 3EH 位机传时间值存放址
T100US EQU 25650 延时参
Cl00US EQU 3FH
SHOWADR EQU 40H 显示区数存放首址
ORG OOOOH
SJMP START
ORG OOOBH 定时器0中断服务程序入口
Limp TOINT
ORG 0023H 串行IO中断服务程序入口
Limp SERVE
ORG 0050H
START MOV SP #50H 设置堆栈
MOV HUMADR #OFFH
SETB OD3H 选中寄存器3
SETS OD4H
MOV R0 #HUMADR
CLR OD3H 选中寄存器0
CLR OD4H
Mov TMOD #22H程序初始化
Mov TH1 #OF3H
Mov TLl #OF3H
Mov SCON #50H
Mov PCON #80H
mov DPTR #7FF8H
mov A #4DH
MOVX @DPTR A
SETB TR1
SETB EA
SETB ES
RUN LCALL AD调AD转换子程序
LCALL MAOPAO调滤波子程序
LCALL TURN调湿度转换子程序
Mov A HUMID湿度值送位机
Mov SBUF A
LCALL TWOSEC延时等两妙钟
LCALL BCDTURN调BCD转换子程序
LCALL SHOW调显示子程序
Mov A HUMID
CJNE A HUMADR COMP 检测湿度值位机送
湿度值时循环采样否报
警灌溉
DONE CLR P11
LCALL ALARM调报警延时子程序进行灌溉动作
LCALL TIME
ORL P1 #02H
LCALL TENMIN灌水结束等10分钟
Limp RUN回程序
COMPJC DONE
LJMP RUN
END
3．2 采样子程序设计
根电路图5EOC未接入单片机采延时等方法读取AD转换结果ADC0809INOINl两址分OBFF8H OBFF9H INO通道采集11数放入ADTURNO(片21H)首址片数区IN1通道采集11数放入ADTURN1(片2CH)首址片数区
程序清单
AD MOV R0 #ADTURNO
MOV R6 #OBH
ADLOOP MOV DPTR #OBFF8H 启动INO通道AD转换
GOON MOVX @DPTR A
MOV R7 #OAOH 延时等转换结束
DLAY NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
DJNZ R7 DLAY
MOVX A @DPTR
MOV @R0 A转换数送入
ADTURNO首址片
RAM
INC RO
DJNZ R6 ADLOOP
SJMP AD
RET
33 数处理
331数字滤波技术
单片机进行数采集时输入信号总难免受样样机干扰
测信号源传感器外界干扰等AD送入单片机数中存误
差种机千扰引入误差机误差特点相条件测量
量时符号作规变化法预测测量次数足够时总体服
统计规律数机误差服正态分布克服机干扰引起误差硬
件采滤波技术软件统计规律采数字滤波方法抑制效信号
中干扰成分消误差系统采数字滤波法
数字滤波需硬件软件算法实现适改变软件滤波程序
运行参数方便改变滤波特性实时性强常数字滤波算法
限幅滤波法中位值滤波法算术均滤波法极值均滤波法移动均滤
波法加权均滤波法低通滤波法复合滤波法等
中位值滤波法效克服偶然素引起波动采样器稳定引起误
码等脉干扰变化较缓慢测参数采法收良滤波效果
系统测参数土壤湿度缓慢变化参数采中位值滤波算法
中位值滤波算法实际种排序方法具体思路测参数连续采
样N次(般N奇数)然N次采样值排列取中间值次采
样值
程序次土壤湿度连续采样11次ADTURNO片RAM21H
址单元采样值放入存首址滤波结果放入片RAM37H址单元
LINEADRO址
程序清单
MAOPAO MOV Rl #ADTURNO
MOV R5 #OAH
CLR OOH
FILTER MOV 3CH @R1
INC Rl
MOV A @R1
CLR C
SUBB A 3CH
JNC NEXT
MOV A @Rl
MOV @R1 3CH
DEC R1
MOV @Rl A
INC Rl
SETB OOH
NEXT DJNZ R5 FILTER
JB OOH MAOPAO
MOV LINEADRO 26H
RET
图9 数字滤波程序流程图
332标度变换
微机化测控系统中AD转换器接口送入微机数测量进行
测量原始数原始数送入微机通常先进行定处理然
输出作显示器显示数例测温度1000 C热电偶转换成热
电势放AD转换数字10AD转换结果10然100
0C温度应数字相等作温度值显示
印必须AD转换结果10变换成供显示印温度值100变换
数字显示标度变换
该系统中湿度传感器AD相连川D转换器单片机相连中包
括非线性数字化测量通道测量值NAD转换结果D存
图10示线性关系
图10线性关系
该系统中土壤湿度测量范围0100应输出电压范围05VADC08098位AD转换器转换输出数码0255根面公式DL0lD H 255NL0 NH100
TURN SETB OD3H
CLR OD4H选第组寄存器
CLR C
MOV A LINEADR
MOV B #20
MUL AB
CLR OD2H
MOV R7 B
MOV R6 A
MOV R5 #00H
MOV R4 #33H
LOOP1 MOV A R7
JNZ LOOP2
MOV A R6
JNZ LOOP2
MOV R7 #0
MOV R6 #0
SJMP
LOOP2 CLR A
MOV R2 A
MOV R3 A
MOV Rl #16
ADIN CLR C
MOV A R6
RLC A
MOV R6 A
MOV A R7
RLC A
MOV R7 A
MOV A R2
RLC A
MOV R2 A
MOV A R3
RLC A
LOOP3DJNZ R1ADIN
MOV AR3
JB ACC7 LOOP4
MOV A R2
RLC A
MOV R2A
MOV A R3
RLC A
SUBB AR5
JC DONE1
JNZ LOOP4
MOV AR2
SUBB AR4
JC DONE1
LOOP4MOV AR6
ADD A#1
MOV R6A
MOV AR7
ADDC A#0
MOV R7A
DONE1 MOV HUMIDR6
CLR 0D3H
RET
333 BCD转换
计算机识处理二进制数进行标度变换结果二进
制数进行计算存储输入输出系统中惯均采十进制
数较直观计算机中十进制数常采BCD码(四位二进制数代表
单片机控制节水灌溉系统研究
位十进制数)表示样采样数十进制形式输出显示
系统二进制数转换成BCD数方法10次幂相应位数
余数位数程序
BCDTURN MOV SHOWADR+3 #00H湿度值100千位数0
MOV B #100
MOV A HUMID
DIV AB
MOV SHOWADR+2A百位数送SHOWADR+2显示址
MOV A #10
XCH A B
DIV AB
MOV SHOWADR+1A十位数送SHOWADR+1显示址
MOV SHOWADR B位数送SHOWADR显示址
RET
34 LED动态显示程序
根LED动态显示系统电路图48 8155控制口址7FF8H POA口
址7FF9H PC口址7FFBH片显示缓区
SHOWADRSHOWADR+3 (40H43H)4单元应4数码程序中先
取SHOWADRI3中数应选中左边数码余类推LED
阴极接法反相驱动字型表TAB中效字型码
LED显示段码
字型
阳极段
阴极段
字型
阳极段
阴极段
0
C0H
3FH
9
90H
6FH
1
F9H
06H
A
88H
77H
2
A4H
5BH
B
83H
7CH
3
B0H
4FH
C
C6H
39H
4
99H
66H
D
A1H
5EH
5
92H
6DH
E
86H
79H
6
82H
7DH
F
84H
71H
7
F8H
07H
空白
FFH
00H
8
80H
7FH
P
8CH
73H
程序清单
MOV DPTR #7FF8H指8155控制口
MOV A #4DH设置8155工作方式字
MOVX @DPTR A设A口C口均输出
SHOW CLR OD3H
SETB OD4H 选中寄存器2组
MOV R4 #OFFH
SHOWSTART MOV R0 SHOWADR+3 指缓区末单元
MOV R1 #4显示4位LED
SHOWLED
MOV R6 #20H
MOV R7 #00H
DIR 1MOV A #00H
MOV DPTR #7FFBH
MOVX @DPTR A
MOV A@R0
MOV DPTR #TAB
MOV A @A+DPTR
MOV DPTR #7FF9H
MOVX @DPTRA
MOV AR6
MOV DPTR# 7FFBH
MOVX @DPTRA
HEREDJNZ R7HERE
DEC RO
CLR C
MOV AR6
RRC A
MOV R6A
JNZ DIR1
DJNZ R1SHOWLED
DJNZ R4SHOWSTART
CLR 0D4H
TABDB OCOH OF9H OA4H OBOH
DB 99H 92H 82H OF8H
DB 80H 90H 88H 83H
DB OC6H OA1H 86H 8EH
RET
结 束 语
首先通次应系统设计程度提高独立思考力单片机专业知识深刻解写篇应系统步骤格式样次训练相信接日子会会做更
写系统根目前节水灌溉技术发展趋势国实际应特点求采动化结构形式实现土壤湿度动检测控制
系统单片机AT89C51核心部件单片机系统完成土壤湿度信号采集处理显示等功Protel软件绘制电路原理图PCB电路印刷板图电路板厂制作控制板利MCS51汇编语言编制运行程序该系统特点
1)适性强户需界面参数进行设置启动系统正常运行便满足作物土壤湿度求实现土壤湿度实时监控位机脱离位机单独工作
2)作物进行适时适量灌水仅利作物生长发育避免水资源浪费起高产节水作
3)模糊智控制技术引入土壤湿度分析处理中模糊控制决策需建立控象数学模型系统鲁棒性强适合非线性时变滞系统控制灌溉系统采模糊控制非常适合具体 采双输入单输出模糊控制方法控制系统更具科学性
4)系统成低廉操作非常简单扩展性强稍加改变增加功
系统现代化农业发展具十分重意义：
1)系统灌溉中水素实行监控未涉肥问题应水 肥结合起进行灌溉作物生长效果会更
2)应时考虑土壤湿度作物需水量两素判断否作物进
行灌溉需灌水量少
3)测土壤湿度进行两点测试果进行点检测会检测湿度值精度更高
4)系统模拟检测中运行较采样太稳定等进步完善提高参考文献
[1]景东升单片机动灌溉控制系统研究设计应〔学位文]北京农业工程学1994
[2」武庆生仇梅单片机原理应电子科技学出版199812
[3]朱定华单片机原理接口技术电子工业出版社20014
[4]刘瑞新单片机原理应教程机械工业出版社20037
[5」吴普特牛文全郝宏科现代化高效节水灌溉设施化学工业出版社2002b5
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应系统设计
题 目： 基单片机动节水灌溉系统
专 业： 计算机科学技术（专升）
班 级： 计算机班
姓 名： 学号：
指导老师：
成 绩：
( 2006X )
目 录
第1节 引 言…………………………………………………………………………3
11 节水灌溉系统概述……………………………………………………………3
12 设计务容………………………………………………………4
第2节 系统硬件电路设计………………………………………………………5
21 单片机控制系统原理…………………………………………………………5
22 单片机机系统电路…………………………………………………………5
221时钟电路………………………………………………………………6
222复位电路………………………………………………………………6
223数存储器扩展电路………………………………………………6
23 数采集处理电路……………………………………………………………7
24 LED显示系统电路……………………………………………………………8
25 超限报警电路…………………………………………………………………10
第3节 系统软件设计…………………………………………………………………11
31 系统程序设计………………………………………………………………11
32 采样子程序设计………………………………………………………………12
33数处理…………………………………………………………………………13
33 1数字滤波技术……………………………………………………………13
332标度变换…………………………………………………………………15
3 3 3 BCD转换………………………………………………………………18
3 4 LED动态显示程序…………………………………………………………18
第4节 结束语…………………………………………………………………………21
参考文献…………………………………………………………………………22
基单片机动节水灌溉系统
数理信息工程学院 计算机专升
指导教师：
第1节 引 言
动控制节水灌溉技术高低代表着农业现代化发展状况灌溉系统动化水较低制约国高效农业发展原单片机控制滴灌节水灌溉系统该系统土壤湿度进行监控作物土壤湿度求进行适时适量灌水核心单片机PC机构成控制部分土壤湿度灌水量间关系灌溉控制技术设备系统硬件软件编程部分进行实现
单片机控制部分采AT89C51单片机核心土壤湿度传感器信号处理电路显示电路输出控制电路障报警电路等组成软件选汇编语言编程单片机土壤湿度传感器检测土壤湿度模拟量转换成数字量显示LED显示器该系统灵活性强易操作性高会更广阔开发前景
11 节水灌溉系统概述
生命起源水必条件没水球生命会枯竭
着21世纪源危机接踵源危机更怕作
类生命源水短缺前未程度状况着时间推移
社会发展继续恶化水资源危机已成全球性突出问题利科技手段缓解危机类出路
农业类社会古老行业行业基础类顿生存
重行业农业发展长远重水问题二科技问题
农业根出路科技教育传统农业现代化农业转变粗放营
集约营转变必须求农业科技发展进行次新农业技术革命
农业工业交通等行业相然较落农业灌溉技术尤落灌溉系统
动化水较低制约国高效农业发展原传统灌溉模式动化程
度极低基属粗放工操作便定量操作中法进行
效控制提高灌溉效率缩短劳动时间节约水资源必须发展节水灌溉
控制技术
现代智型控制器进行灌溉系统田间理效手段工具提高操
作准确性利灌溉程科学理降低操作者身素质求
减少劳动量更重准确定时定量高效作物动补充水
分提高产量质量节水节
现代灌溉控制器研究国农林园艺数发达国家相
较差距基停留工操作方搞灌溉工程
动化控制系统根验法确定天灌溉次数次灌溉量果灌
溉量作物实际需水量相太少便效促进作物健康成长灌溉量太
肥水流失会造成资源浪费时传统灌溉法需相关专家实时观
察验指导生产劳动生产率低现代化农业优化高效化方
发展求步
着计算机技术传感器技术迅猛发展计算机传感器价格日益降
低性日益提高信息技术改造农业仅必高新
技术改造农业产业实施节水灌溉已成国农业国民济持续发展带战略
性根事文旨设计套作物生长土壤湿度进行动监控系
统作物进行适时适量灌水起高效灌溉节水节作
12 设计务容
文研究单片机控制滴灌节水灌溉系统分土壤湿度灌水量间关系灌溉控制技术系统设备软硬件部分进行研究
容
1根滴灌技术特点进行节水灌溉控制系统整体研究设计
2针土壤湿度难精确数学模型描述特点采模糊控制理理进行深入研究重点研究双输入单输出模糊控制方式
3 LED显示土壤湿度值灌水期间倒计时方式显示灌水剩余时间
4土壤湿度值低设定低值时系统动报警
第2节 系统硬件电路设计
21 单片机控制系统原理
种植作物土壤
土壤湿度传感
AD转换
AT89C51单片机
LED显示
报警
放驱动
电磁阀
图2 单片机控制系统原理框图
2．2 单片机机系统电路
AT89C51单片机51系列单片机成员8051单片机简化版部带2K字节编程FLASH存储器低电压高性COMS八位微处理器Intel MCS51系列单片机指令输出脚相兼容功八位CPU闪速存储器结合单芯片中AT89C2051构成单片机系统具结构简单造价低廉效率高微控制系统省外部RAMROM接口器件减少硬件开销节省成提高系统性价
图3 单片机机系统图
221时钟电路
单片机时钟信号提供单片机片种微操作时间基准时钟信号通
常两种电路形式部振荡外部振荡MCS51单片机部
构成振荡器高增益反放器引脚XTALlXTAL2分放电器输
入端输出端采部方式时电路简单时钟信号较稳定实
际中常采种方式图3示外接晶体振荡器(简称晶振)陶
瓷谐振器构成部振荡方式片高增益反放器作反馈元件片外
石英晶体陶瓷谐振器起构成激振荡器产生振荡时钟脉
图3中外接晶体电容C2C1构成联谐振电路起稳定振荡频
率快速起振作值均30P左右晶振频率选6MHz o
RESET
222复位电路
初始化单片机部某特殊功寄存器必须采复位方式复位
CPU系统部件处确定初始状态初始状态开始正常工作
单片机复位外电路实现正常运行情况RST引脚出现两
机器周期时间高电引起系统复位果RST引脚持续
高电单片机处循环复位状态复位系统输入输出(10)端口寄存
器置FFH堆栈指针SP置07H SBUF置定值余寄存器全部
清0部RAM状态受复位影响系统电时RAM容定复
位操作两种情况电复位手动(开关)复位系统采电复位方式
图3中R9Cl组成电复位电路值R取1KQ C取1pF
223数存储器扩展电路
AT89C51单片机外接数RAM时P2口输出存储器址高8位PO口
分时输出址低8位传送指令字节数PO口先输出低8位址信号
ALE效时锁存外部址锁存器中然PO口作数总线
处址锁存器选74LS373实际电路图连接图4示
图4数存储器扩展电路
23数采集处理电路
ADC0809种8位逐次逼式AD转换器部具锁存控制8路模
拟开关外接8路模拟输入端时8路05V输入模拟电压信号分时进
行采集转换系统INOINl两路输入通道ADC0809转换器分辨
率8位调误差士1LSB采单+5V供电功耗15mW
必进行零点满度调整ADC0809转换器输出数寄存器具控
三态输出功输出具TTL三态锁存缓器8位数输出引脚直接
数总线相连AD转换器需外部控制启动转换信号方进行转换启动
转换信号CPU提供型号AD转换器启动转换信号求
分脉启动电启动两种ADC0809采脉启动转换需AD转
换器启动控制转换输入引脚((START)加入正脉信号启动AD
转换器进行转换转换开始转换结束信号输出端(EOC)信号变低转换结
束时EOC返回高电通知机读取转换结果数字量信号作
AD转换器状态信号供查询作中断请求信号
图5数采集处理电路
系统中ADC0809AT89C51单片机接口图5示采等延时方式ADC0809时钟频率范围求101280kHz AT89C51单片机ALE脚频率单片机时钟频率16单片机时钟频率采6MHzADC0809输入时钟频率CLK1MHz发生启动脉需延时100Us读取AD转换数
图5连接方式ADC08098位数输出引脚直接数总线相连址译码引脚A B C分74LS373A B C相连选通INO IN7中通道AT89C51p 26作片选信号启动AM转换时单片机写信号WRp2控制ADC址锁存转换启动ALESTART连起ADC0809锁存通道址时启动转换读取转换结果时单片机读信号RDp2引脚级非门产生正脉作OE信号开三态输出锁存器
2．4 LED显示系统电路
微机化测控系统中常测量数显示器发光二极显示器(简称LED数码)液晶显示器(简称LCD)两种显示器具线路简单耗电少成低寿命长等优点系统输出结果选4LED显示数码阴阳分系统采8段阴型LED原理图图6示位数码部8发光二极公端8发光二极阴极接成正常显示时公端接低电(GND)发光二极否点亮取决adp引脚否高电
LED数码外形结构图6外部10引脚中3 8脚公端称位选端余8引脚称段选端某位数码显示某数字((09中)必须数码段选端加数字显示数字应8位段选码(称字形码)位选端加低电
系统显示容较简单显示量选数码方便济LED阴极阳极两种图6示
二极阴极连接起通常公阴极接阳极发光二极阳极连接起接入+5V电压位显示器8发光二极组成中7发光二极构成字型8笔划（段）a～g数点dp发光二极某段发光二极施加定正电压时该段笔划亮加电压暗保护段LED损坏需外加限流电阻
图6 LED数码结构原理图：
符号引脚 阴极 阳极
数码显示器两种工作方式静态显示方式动态扫描显示方式节省端口降低功耗系统采动态扫描显示方式动态扫描显示方式需解决位LED数码段控位控问题电路通P1口实现：位公端LED数码位控P3口控制种连接方式位字段线连起想显示容必然采取轮流显示方式某瞬间中某位字位线处选通状态位字位线处断开状态时字段线输出位相应显示字符字段码瞬时位显示位暗系统中字位线选通否通PNP三极导通截止控制三极处开头状态
AT89C51单片机IO口资源限必须Il0口进行扩展满足实现系统功图7示8155扩展10口48位LED动态显示器显示扫描程控实现中PA口输出字型码PC口输出位选信号扫描信号图中片选线CEAT89C51P27口相连IO M选通输入线P24口相连该系统中P270P24 1时选中8155芯片三IO口相应端口址分配表41
表41 8155端口址分配
图7 显示电路
25超限报警电路
某紧急状态反常状态操作员致忽视便时处理需某种更引起注意提起警觉报警信号产生种报警信号通常三种类型闪光报警鸣音报警语音报警系统采简单易行声光报警电路
图8示报警电路报警设备选压电式蜂鸣器约需10mA驱动电流需两条引线加315V直流电压产生3KHz左右蜂鸣声音图中蜂鸣器端接高电+SV端接Pl0初态Pl0始终输出高电1需报警时程序端口清零声音长短延时程序控制实现图中接入发光二极LED超高线报警器P11端输出低电0时二极导通灯亮发出报警信号
图8报警电路
第3节 系统软件设计
系统软件程序设计包括程序设计采样子程序设计数处理程序显示子程序串口通信程序等芯片址编码
RAM6116 OFOOOHOF7FFH 815510口7FF8H 7FFDH
ADC0809 OBFF8HOBFFFH
3．1 系统程序设计
ADTURNO EQU 21H INO通道AD转换数存放首址
ADTURN1 EQU 2CH IN1通道AD转换数存放首址
LINEADRO EQU 37H 1N0采集数滤波处理数存
放址
LINEADR1 EQU 38H INl采集数滤波处理数
存放址
LINEADR EQU 39H 均值存放址
HUMID EQU 3BH 标度变换湿度值存放址
BCDADR EQU 3CH BCD转换湿度值存放址
HUMADR EQU 3DH 位机传湿度值存放址
TIMEADR EQU 3EH 位机传时间值存放址
T100US EQU 25650 延时参
Cl00US EQU 3FH
SHOWADR EQU 40H 显示区数存放首址
ORG OOOOH
SJMP START
ORG OOOBH 定时器0中断服务程序入口
Limp TOINT
ORG 0023H 串行IO中断服务程序入口
Limp SERVE
ORG 0050H
START MOV SP #50H 设置堆栈
MOV HUMADR #OFFH
SETB OD3H 选中寄存器3
SETS OD4H
MOV R0 #HUMADR
CLR OD3H 选中寄存器0
CLR OD4H
Mov TMOD #22H程序初始化
Mov TH1 #OF3H
Mov TLl #OF3H
Mov SCON #50H
Mov PCON #80H
mov DPTR #7FF8H
mov A #4DH
MOVX @DPTR A
SETB TR1
SETB EA
SETB ES
RUN LCALL AD调AD转换子程序
LCALL MAOPAO调滤波子程序
LCALL TURN调湿度转换子程序
Mov A HUMID湿度值送位机
Mov SBUF A
LCALL TWOSEC延时等两妙钟
LCALL BCDTURN调BCD转换子程序
LCALL SHOW调显示子程序
Mov A HUMID
CJNE A HUMADR COMP 检测湿度值位机送
湿度值时循环采样否报
警灌溉
DONE CLR P11
LCALL ALARM调报警延时子程序进行灌溉动作
LCALL TIME
ORL P1 #02H
LCALL TENMIN灌水结束等10分钟
Limp RUN回程序
COMPJC DONE
LJMP RUN
END
3．2 采样子程序设计
根电路图5EOC未接入单片机采延时等方法读取AD转换结果ADC0809INOINl两址分OBFF8H OBFF9H INO通道采集11数放入ADTURNO(片21H)首址片数区IN1通道采集11数放入ADTURN1(片2CH)首址片数区
程序清单
AD MOV R0 #ADTURNO
MOV R6 #OBH
ADLOOP MOV DPTR #OBFF8H 启动INO通道AD转换
GOON MOVX @DPTR A
MOV R7 #OAOH 延时等转换结束
DLAY NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
DJNZ R7 DLAY
MOVX A @DPTR
MOV @R0 A转换数送入
ADTURNO首址片
RAM
INC RO
DJNZ R6 ADLOOP
SJMP AD
RET
33 数处理
331数字滤波技术
单片机进行数采集时输入信号总难免受样样机干扰
测信号源传感器外界干扰等AD送入单片机数中存误
差种机千扰引入误差机误差特点相条件测量
量时符号作规变化法预测测量次数足够时总体服
统计规律数机误差服正态分布克服机干扰引起误差硬
件采滤波技术软件统计规律采数字滤波方法抑制效信号
中干扰成分消误差系统采数字滤波法
数字滤波需硬件软件算法实现适改变软件滤波程序
运行参数方便改变滤波特性实时性强常数字滤波算法
限幅滤波法中位值滤波法算术均滤波法极值均滤波法移动均滤
波法加权均滤波法低通滤波法复合滤波法等
中位值滤波法效克服偶然素引起波动采样器稳定引起误
码等脉干扰变化较缓慢测参数采法收良滤波效果
系统测参数土壤湿度缓慢变化参数采中位值滤波算法
中位值滤波算法实际种排序方法具体思路测参数连续采
样N次(般N奇数)然N次采样值排列取中间值次采
样值
程序次土壤湿度连续采样11次ADTURNO片RAM21H
址单元采样值放入存首址滤波结果放入片RAM37H址单元
LINEADRO址
程序清单
MAOPAO MOV Rl #ADTURNO
MOV R5 #OAH
CLR OOH
FILTER MOV 3CH @R1
INC Rl
MOV A @R1
CLR C
SUBB A 3CH
JNC NEXT
MOV A @Rl
MOV @R1 3CH
DEC R1
MOV @Rl A
INC Rl
SETB OOH
NEXT DJNZ R5 FILTER
JB OOH MAOPAO
MOV LINEADRO 26H
RET
图9 数字滤波程序流程图
332标度变换
微机化测控系统中AD转换器接口送入微机数测量进行
测量原始数原始数送入微机通常先进行定处理然
输出作显示器显示数例测温度1000 C热电偶转换成热
电势放AD转换数字10AD转换结果10然100
0C温度应数字相等作温度值显示
印必须AD转换结果10变换成供显示印温度值100变换
数字显示标度变换
该系统中湿度传感器AD相连川D转换器单片机相连中包
括非线性数字化测量通道测量值NAD转换结果D存
图10示线性关系
图10线性关系
该系统中土壤湿度测量范围0100应输出电压范围05VADC08098位AD转换器转换输出数码0255根面公式DL0lD H 255NL0 NH100
TURN SETB OD3H
CLR OD4H选第组寄存器
CLR C
MOV A LINEADR
MOV B #20
MUL AB
CLR OD2H
MOV R7 B
MOV R6 A
MOV R5 #00H
MOV R4 #33H
LOOP1 MOV A R7
JNZ LOOP2
MOV A R6
JNZ LOOP2
MOV R7 #0
MOV R6 #0
SJMP
LOOP2 CLR A
MOV R2 A
MOV R3 A
MOV Rl #16
ADIN CLR C
MOV A R6
RLC A
MOV R6 A
MOV A R7
RLC A
MOV R7 A
MOV A R2
RLC A
MOV R2 A
MOV A R3
RLC A
LOOP3DJNZ R1ADIN
MOV AR3
JB ACC7 LOOP4
MOV A R2
RLC A
MOV R2A
MOV A R3
RLC A
SUBB AR5
JC DONE1
JNZ LOOP4
MOV AR2
SUBB AR4
JC DONE1
LOOP4MOV AR6
ADD A#1
MOV R6A
MOV AR7
ADDC A#0
MOV R7A
DONE1 MOV HUMIDR6
CLR 0D3H
RET
333 BCD转换
计算机识处理二进制数进行标度变换结果二进
制数进行计算存储输入输出系统中惯均采十进制
数较直观计算机中十进制数常采BCD码(四位二进制数代表
单片机控制节水灌溉系统研究
位十进制数)表示样采样数十进制形式输出显示
系统二进制数转换成BCD数方法10次幂相应位数
余数位数程序
BCDTURN MOV SHOWADR+3 #00H湿度值100千位数0
MOV B #100
MOV A HUMID
DIV AB
MOV SHOWADR+2A百位数送SHOWADR+2显示址
MOV A #10
XCH A B
DIV AB
MOV SHOWADR+1A十位数送SHOWADR+1显示址
MOV SHOWADR B位数送SHOWADR显示址
RET
34 LED动态显示程序
根LED动态显示系统电路图48 8155控制口址7FF8H POA口
址7FF9H PC口址7FFBH片显示缓区
SHOWADRSHOWADR+3 (40H43H)4单元应4数码程序中先
取SHOWADRI3中数应选中左边数码余类推LED
阴极接法反相驱动字型表TAB中效字型码
LED显示段码
字型
阳极段
阴极段
字型
阳极段
阴极段
0
C0H
3FH
9
90H
6FH
1
F9H
06H
A
88H
77H
2
A4H
5BH
B
83H
7CH
3
B0H
4FH
C
C6H
39H
4
99H
66H
D
A1H
5EH
5
92H
6DH
E
86H
79H
6
82H
7DH
F
84H
71H
7
F8H
07H
空白
FFH
00H
8
80H
7FH
P
8CH
73H
程序清单
MOV DPTR #7FF8H指8155控制口
MOV A #4DH设置8155工作方式字
MOVX @DPTR A设A口C口均输出
SHOW CLR OD3H
SETB OD4H 选中寄存器2组
MOV R4 #OFFH
SHOWSTART MOV R0 SHOWADR+3 指缓区末单元
MOV R1 #4显示4位LED
SHOWLED
MOV R6 #20H
MOV R7 #00H
DIR 1MOV A #00H
MOV DPTR #7FFBH
MOVX @DPTR A
MOV A@R0
MOV DPTR #TAB
MOV A @A+DPTR
MOV DPTR #7FF9H
MOVX @DPTRA
MOV AR6
MOV DPTR# 7FFBH
MOVX @DPTRA
HEREDJNZ R7HERE
DEC RO
CLR C
MOV AR6
RRC A
MOV R6A
JNZ DIR1
DJNZ R1SHOWLED
DJNZ R4SHOWSTART
CLR 0D4H
TABDB OCOH OF9H OA4H OBOH
DB 99H 92H 82H OF8H
DB 80H 90H 88H 83H
DB OC6H OA1H 86H 8EH
RET
结 束 语
首先通次应系统设计程度提高独立思考力单片机专业知识深刻解写篇应系统步骤格式样次训练相信接日子会会做更
写系统根目前节水灌溉技术发展趋势国实际应特点求采动化结构形式实现土壤湿度动检测控制
系统单片机AT89C51核心部件单片机系统完成土壤湿度信号采集处理显示等功Protel软件绘制电路原理图PCB电路印刷板图电路板厂制作控制板利MCS51汇编语言编制运行程序该系统特点
1)适性强户需界面参数进行设置启动系统正常运行便满足作物土壤湿度求实现土壤湿度实时监控位机脱离位机单独工作
2)作物进行适时适量灌水仅利作物生长发育避免水资源浪费起高产节水作
3)模糊智控制技术引入土壤湿度分析处理中模糊控制决策需建立控象数学模型系统鲁棒性强适合非线性时变滞系统控制灌溉系统采模糊控制非常适合具体 采双输入单输出模糊控制方法控制系统更具科学性
4)系统成低廉操作非常简单扩展性强稍加改变增加功
系统现代化农业发展具十分重意义：
1)系统灌溉中水素实行监控未涉肥问题应水 肥结合起进行灌溉作物生长效果会更
2)应时考虑土壤湿度作物需水量两素判断否作物进
行灌溉需灌水量少
3)测土壤湿度进行两点测试果进行点检测会检测湿度值精度更高
4)系统模拟检测中运行较采样太稳定等进步完善提高参考文献
[1]景东升单片机动灌溉控制系统研究设计应〔学位文]北京农业工程学1994
[2」武庆生仇梅单片机原理应电子科技学出版199812
[3]朱定华单片机原理接口技术电子工业出版社20014
[4]刘瑞新单片机原理应教程机械工业出版社20037
[5」吴普特牛文全郝宏科现代化高效节水灌溉设施化学工业出版社2002b5
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