ABSTRACT摘要ABSTRACTChinaisabigagriculturalcountry,andChineseagriculturetookplaceintheNeolithicAge.Duetothelargepopulationandrelativelysmallarableland,foodproductionisparticularlydominant.Irrigationisabigprobleminagriculture.Asoneofthe13countriesintheworldthatlackwaterresources,Chinawantstodoeverythingpossibletosavewater.Changingthewayagricultureisirrigatedisthemostimportantwaytosaveagriculturalwater.Agriculturalagricultureisstillrelativelybackwardcomparedwithindustriesandtransportationindustries,andagriculturalirrigationtechnologyisparticularlybackward.Thedesignoftheautomaticirrigationsystemofthesingle-chipmicrocomputerisbasedonSTC90C52RCsingle-chipmicrocomputer,andusesseveralhardwaremodulessuchasclockcircuit,resetcircuit,A/Dconversioncircuit,datastoragecircuit,LCDdisplaycircuit,alarmcircuitandsoilmoisturedetectioncircuit.Themaindesignideaisthatthesoilmoisturedetectionmoduleperformssoilmoisturedetectionbasedonthesoilmoisturedetectionsensor,andthecollecteddataisconvertedbydigital-analog.TheA/DconversioncircuitreliesonADC0809torealizedigital-to-analog/analogconversion,andtheconverteddigitalsignal.ThedatainputMCUSTC90C52RCiscomparedwiththesetstandardvalue.Ifthehumidityvalueislowerthanthesetstandardvalue,thepumpstartstoabsorbwaterforautomaticirrigation.Whenthestandardvalueisreached,theirrigationstops.TheLCDscreenshowsthecurrentsoilmoisture.Thebuzzerremindsthedeviceifitisworkingproperly.KeyWords:STC90C52RC,SoilMoistureTesting,ADC0809,AutomaticIrrigatio目錄目錄第1章 引言 11.1選題背景 11.2研究意義 11.3發(fā)展趨勢 21.4研究內(nèi)容 2第2章 方案設(shè)計(jì) 42.1總系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 42.2系統(tǒng)模塊組成部分 5第3章 硬件設(shè)計(jì) 73.1最小系統(tǒng)模塊 73.1.1最小系統(tǒng)原理圖 73.1.2最小系統(tǒng)的引腳使用說明 83.2土壤濕度檢測模塊 93.2.1傳感器探頭 103.2.2比較器 103.3數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 113.3.1ADC0809原理圖 113.3.2ADC0809的輸入信號極性 133.3.3ADC0809的引腳結(jié)構(gòu) 133.4LCD顯示模塊 143.4.1LCD1602原理圖 153.4.2LCD1602引腳結(jié)構(gòu) 163.5蜂鳴器模塊 163.6時(shí)鐘模塊 173.6.1DS1302原理圖 173.7灌溉模塊 183.7.1繼電器 193.7.2水泵 19第4章 軟件設(shè)計(jì) 214.1開發(fā)工具 214.2主程序設(shè)計(jì) 21第5章 系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 245.1仿真設(shè)計(jì) 245.2硬件調(diào)試 24第6章 總結(jié) 286.1總結(jié) 286.2不足之處 286.3發(fā)現(xiàn)的問題 296.4如何改進(jìn) 29參考文獻(xiàn) 31致謝 33附錄一：硬件清單以及實(shí)物圖 34電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)論文第1章引言引言選題背景二十世紀(jì)是一個(gè)歷史偉大的時(shí)代，也是一個(gè)科技飛速發(fā)展的時(shí)代。二十世紀(jì)最偉大的發(fā)明是電腦，通常是指個(gè)人計(jì)算機(jī)，簡稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，越來越多的人從不怎么熟悉到學(xué)習(xí)了解之后逐漸熟悉起來。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)，亦稱微控制器。這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡單運(yùn)算和控制。單片機(jī)于20世紀(jì)70年代末被發(fā)明，是集合了運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，輸入輸出設(shè)備的嵌入式微控制器，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)。從單片機(jī)誕生開始，由于其體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，至今仍廣泛地被使用于各個(gè)行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域。單片機(jī)在很多方面比許多專用處理器更適合應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)。在世界上使用數(shù)量最多的處理器就是單片機(jī)，各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效。研究意義衣食住行問題是人類從古至今都需要解決的基本問題，其中最重要的是糧食問題，古人說的有理：“民以食為天”。隨著人口增長和打獵方式的改變，我們智慧的祖先開始思考如何能持續(xù)地填飽肚子，因此早在新石器時(shí)代，生活在這片土地上的我國祖先就創(chuàng)立了農(nóng)業(yè)。時(shí)代在發(fā)展，農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)模式也在飛速發(fā)展，曾經(jīng)人們只用手工進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)，但隨著科技的進(jìn)步，許多科技產(chǎn)品也可以運(yùn)用到農(nóng)業(yè)中幫助生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)也需要科技思想促進(jìn)產(chǎn)量的提升，科技與農(nóng)業(yè)息息相關(guān)，緊密結(jié)合。作為國家的經(jīng)濟(jì)命脈和用水大戶的農(nóng)業(yè)，包括日益活躍的園藝行業(yè)，長期以來，由于人們資金、技術(shù)、思想意識均落后等方面的原因，農(nóng)業(yè)一直沿用傳統(tǒng)落后的大水漫灌。但隨著水資源短缺與需水量逐年增加之間的矛盾日益加劇，大水漫灌正逐漸被注重精確灌水的現(xiàn)代節(jié)水灌溉模式所取代。隨著下水開采過量、地殼下沉的嚴(yán)峻局面產(chǎn)生，現(xiàn)代科學(xué)灌溉技術(shù)橫空出世，該技術(shù)不僅可以有效利用有限的水資源，同樣重要的是，能夠通過與精確施肥的有機(jī)結(jié)合，改善農(nóng)作物、果樹等的生長條件，提高單產(chǎn)和果實(shí)品質(zhì)，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)代科學(xué)灌溉技術(shù)包括微灌和滴灌兩種方式。目前運(yùn)用的比較多的是滴灌方式。\t"/item/%E5%86%9C%E4%B8%9A%E7%81%8C%E6%BA%89/_blank"滴灌是通過安裝在毛管上的滴箭、滴頭、滴灌帶或其他孔口式灌水器將水一滴一滴地、均勻而又緩慢地滴入作物根區(qū)附近土壤中的灌水形式。由于滴水流量小，緩慢入滲，主要借助毛管張力作用擴(kuò)散，是最為節(jié)水和有效的種灌溉方式之一。發(fā)展趨勢將科技融入農(nóng)業(yè)，也是中國近代農(nóng)業(yè)發(fā)展中明智且重要的一步。黨的十九大報(bào)告明確提出，要不斷加強(qiáng)科研創(chuàng)新，搭建我國自主知識產(chǎn)權(quán)的科研平臺(tái)，同時(shí)做好成果轉(zhuǎn)化工作，讓農(nóng)民和企業(yè)從技術(shù)推廣上受益，才能加快建設(shè)創(chuàng)新型國家。對比國外在農(nóng)業(yè)上的科技發(fā)展，我國在基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究等不同領(lǐng)域都有一定差距，但差距既是潛力，也是動(dòng)力。我們將根據(jù)十九大報(bào)告的精神，重點(diǎn)對于短板領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)研究，做到進(jìn)一步加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)創(chuàng)新和原始創(chuàng)新。力爭為我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展提供強(qiáng)有力的科技支撐。用高新技術(shù)改造農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，實(shí)施節(jié)水灌溉已成為我國農(nóng)業(yè)乃至國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展帶戰(zhàn)略性的根本大事。隨著我國計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)和傳感器的產(chǎn)量大大提升，同時(shí)帶來的是計(jì)算機(jī)和傳感器的價(jià)格日益降低，可靠性日益提高。目前我國自己的現(xiàn)代灌溉控制器的研制和使用雖然尚處于起步階段，但是大家對于用科技發(fā)展農(nóng)業(yè)的意識正在逐漸增強(qiáng)。因此，作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，中國研究開發(fā)自已的先進(jìn)的低成本的、使用維護(hù)方便、系統(tǒng)功能強(qiáng)且擴(kuò)展容易的國產(chǎn)化數(shù)字式節(jié)水灌溉器是一項(xiàng)極有意義的工作。研究內(nèi)容本系統(tǒng)設(shè)計(jì)將綜合考慮目前我國的單片機(jī)發(fā)展歷史以及農(nóng)業(yè)發(fā)展前景著重研究以下幾個(gè)要點(diǎn)：系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)；系統(tǒng)硬件原件的選擇；系統(tǒng)軟件程序的撰寫；系統(tǒng)整體聯(lián)調(diào)的成果；系統(tǒng)能夠應(yīng)用的環(huán)境。第2章方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)總系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的自動(dòng)澆灌系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物根系處土壤濕度的自動(dòng)控制，系統(tǒng)主要由最小系統(tǒng)模塊、土壤濕度檢測模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、LCD顯示模塊、蜂鳴器模塊以及灌溉模塊組成。整個(gè)系統(tǒng)以STC90C52RC單片機(jī)為控制核心，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先土壤濕度檢測模塊依據(jù)土壤濕度傳感器，將采集到的數(shù)據(jù)通過與土壤檢測傳感器相連的比較器后傳入ADC0809這個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器件中，實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換之后將數(shù)字信號數(shù)據(jù)傳入STC90C52RC中，并將采集到的土壤濕度數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，傳入數(shù)據(jù)與設(shè)定好的數(shù)據(jù)相比較，若與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)土壤濕度有差異，按照差異情況水泵做出澆灌或者停止?jié)补嗟膭?dòng)作。若水泵出現(xiàn)問題，蜂鳴器會(huì)開始工作提醒設(shè)備異常。圖2-1總系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案圖系統(tǒng)模塊組成部分圖2-2系統(tǒng)模塊組成圖本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊制，各個(gè)模塊相輔相成，互不干擾，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完成依靠每個(gè)模塊所用的器件，大致分為以下幾個(gè)模塊：土壤濕度檢測模塊：檢測土壤濕度，是整體系統(tǒng)的一個(gè)先頭部隊(duì)，具體作用是采集土壤的濕度情況，為之后的灌溉提供先決數(shù)據(jù)，是控制系統(tǒng)是否進(jìn)行澆灌的決定性模塊。數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊：將土壤濕度檢測模塊檢測到的數(shù)值通過數(shù)模轉(zhuǎn)換原件轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以進(jìn)行處理的數(shù)字信號，為單片機(jī)得出澆灌與否命令的關(guān)鍵模塊。最小系統(tǒng)模塊：最小系統(tǒng)模塊是該系統(tǒng)最為核心的一個(gè)模塊，借助單片機(jī)自帶的強(qiáng)大功能，將前兩個(gè)功能的手機(jī)轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)系統(tǒng)中，通過單片機(jī)內(nèi)部功能判斷是否需要進(jìn)行灌溉。蜂鳴器模塊：在本設(shè)計(jì)中，蜂鳴器模塊起到一個(gè)警示的作用。LCD顯示模塊：該LCD顯示模塊是系統(tǒng)完成交互的一個(gè)重要組成部分，在這個(gè)模塊中主要借助LCD液晶顯示屏，可以借助數(shù)據(jù)顯示得到目前土壤濕度以及電壓的數(shù)值。灌溉模塊：該模塊是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆灌的最終操作部分，是完成整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最后但是重要的模塊，通過該模塊能最終實(shí)現(xiàn)本自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的目的—澆灌。第3章硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)模塊最小系統(tǒng)原理圖本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案使用的是芯片科技公司宏晶科技推出的新一代單片機(jī)：STC90C52RC單片機(jī)，是他的特點(diǎn)是：高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾。STC90C52RC的主要特點(diǎn)性質(zhì)介紹如下：增強(qiáng)型9052單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)9052；工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V～2.0V（3V單片機(jī)）；工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz；用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)；片上集成512字節(jié)RAM；通用I/O口（32個(gè)），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻；ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒可完成；共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器T0、T1、T2；外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。STC90C52RC的最小系統(tǒng)包括單片機(jī)、供電電路、晶振電路、復(fù)位電路這四個(gè)電路。其中供電電路是為最小系統(tǒng)提供能源保障其正常運(yùn)行的電路。晶振電路為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號。而復(fù)位電路，是對單片機(jī)進(jìn)行清理緩存重新加載，外部復(fù)位需要對單片機(jī)的復(fù)位引腳提供一定寬度的復(fù)位脈沖，為保證單片機(jī)正常復(fù)位，將電容與電阻串聯(lián)起來，利用電容電壓不會(huì)突變的特性，提供外部復(fù)位的電平條件。本灌溉系統(tǒng)采用的最小系統(tǒng)的原理圖如3-1所示。圖3-1最小系統(tǒng)原理圖最小系統(tǒng)的引腳使用說明通過我和隊(duì)友查詢資料以及翻閱相關(guān)書籍，我們得到了以下STC90C52RC最小系統(tǒng)的引腳使用說明，通過說明的詳細(xì)介紹，我們借鑒其連接方式，將最小系統(tǒng)與其他各個(gè)模塊完美地連接在一起，逐步實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。圖3-2引腳使用說明土壤濕度檢測模塊本灌溉系統(tǒng)的土壤濕度檢測模塊主要依據(jù)土壤濕度傳感器來完成，土壤濕度傳感器是一種能探測土壤濕度數(shù)值的儀器。土壤濕度傳感器的組成部分為傳感器探頭a、b以及比較器。土壤濕度傳感器主要適用于各種需要探測土壤濕度情況從而進(jìn)行灌溉的農(nóng)業(yè)基地，例如溫室大棚、花卉蔬菜、草地牧場、土壤速測、植物培養(yǎng)、科學(xué)試驗(yàn)等場領(lǐng)域。圖3-3土壤濕度檢測器實(shí)物圖傳感器探頭傳感器探頭a、b由長160mm、直徑為5mm的兩根不銹鋼棒制成，相間55mm。實(shí)際上探頭就是兩個(gè)金屬電極，制作成板狀是為了增大與土壤的接觸面積，以便能與土壤有良好的接觸，這樣才能更好地檢測土壤的濕度。比較器比較器是用于土壤濕度的閥值調(diào)節(jié)，在本設(shè)計(jì)中主要通過比較器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，當(dāng)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊損壞時(shí)，用戶可以通過另外接線使系統(tǒng)快速工作，避免維修影響正常的使用，還可以用來快速檢測元器件的好壞。如果采用順時(shí)針進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制的濕度會(huì)越大，采用逆時(shí)針調(diào)節(jié)，控制的濕度越??；小板模擬量輸出AO(0~1023)可以和AD模塊相連，通過AD模數(shù)轉(zhuǎn)換，可以獲得土壤濕度更精確的數(shù)值；工作容納電壓為3.3V-5V。3V時(shí)，在空氣中AO讀取的值最大為695，浸泡在水里的最小值245；5V時(shí)，在空氣中AO讀取的值最大為1023，浸泡在水里的最小值245。圖3-4比較器結(jié)構(gòu)圖數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC0809原理圖本系統(tǒng)采用ADC0809實(shí)現(xiàn)數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換。ADC0809數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成，可以直接與STC90C52RC單片機(jī)相連。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。圖3-5ADC0809原理圖圖3-6ADC0809實(shí)物圖ADC0809的輸入信號極性ADC0809對輸入模擬量要求是信號需要是單極性的，工作電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須通過放大器進(jìn)行放大；在轉(zhuǎn)換過程中輸入的模擬量應(yīng)該保持不變，在輸入前增加采樣保持電路可以解決如若模擬量變化太快的問題。ADC0809的引腳結(jié)構(gòu)ADC0809功能介紹如下：初始化時(shí)，使ST和OE信號全為低電平；送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上；在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號；是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷；當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。圖3-7ADC0809引腳結(jié)構(gòu)圖ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。表3-1通道選擇表IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7A01010111B00110011C00001101CLK為時(shí)鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。連接引腳時(shí)，首先，將待輸入的模擬信號用杜邦線與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入引腳相連，由于START初始引腳的工作時(shí)序與ALE輸入地址選擇引腳的工作時(shí)序類似，為節(jié)約IO資源，所以我們在硬件上將START引腳與ALE引腳相連，當(dāng)START引腳為高電平時(shí)，ADC0809的所有內(nèi)部寄存器清零，ALE引腳也為高電平，此時(shí)跳線帽選擇的輸入引腳被導(dǎo)通，被寫入地址寄存器中進(jìn)行鎖存，然后將START引腳拉低，模數(shù)轉(zhuǎn)換開始，在轉(zhuǎn)換的過程當(dāng)中，EOC一直處于高電平狀態(tài)，當(dāng)EOC由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)代表模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時(shí)需要將OE引腳拉高允許內(nèi)部寄存器將數(shù)據(jù)輸出給單片機(jī)，數(shù)據(jù)全部傳輸給單片機(jī)后將OE拉低以等待下一次數(shù)據(jù)傳輸。LCD顯示模塊自動(dòng)灌溉系統(tǒng)采用LCD1602組成LCD顯示模塊，進(jìn)行土壤濕度的顯示。LCD1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。其中“1602”的意思是可以一行16個(gè)字符的兩行內(nèi)容，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。圖3-8LCD液晶顯示屏實(shí)物圖LCD1602原理圖LCD1602作為能夠同時(shí)顯示32個(gè)字符（16*02）的工業(yè)字符型液晶，微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧都是其顯著的優(yōu)點(diǎn)。LCD1602的結(jié)構(gòu)簡單明顯，通過描繪元件的PCB圖從中了解了元件的特性。具體內(nèi)部的LCD1602原理圖如下所示：圖3-9LCD顯示屏原理圖LCD1602引腳結(jié)構(gòu)LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，由于引腳眾多，所以在繪制LCD1602液晶顯示模塊的外圍電路時(shí)，我們需要對其數(shù)據(jù)手冊進(jìn)行仔細(xì)閱讀，來了解每一個(gè)引腳的作用，然后才能進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，其引腳關(guān)系圖如下所示。如圖所得LCD1602一共有8個(gè)數(shù)據(jù)傳輸引腳，3個(gè)控制引腳，這11個(gè)引腳可以直接與單片機(jī)相連接，剩下的5個(gè)引腳有4個(gè)引腳可以直接與電源相連接，最后一個(gè)引腳可以接一個(gè)滑動(dòng)變阻器來控制顯示屏的亮度。表3-2LCD引腳關(guān)系表LCD1602引腳關(guān)系表編號符號備注1GND電源負(fù)極2VDD電源正極3V0液晶顯示偏壓信號4RS數(shù)據(jù)/命令控制5RW讀/寫控制6E使能控制7D0數(shù)據(jù)引腳8D1數(shù)據(jù)引腳9D2數(shù)據(jù)引腳10D3數(shù)據(jù)引腳11D4數(shù)據(jù)引腳12D5數(shù)據(jù)引腳13D6數(shù)據(jù)引腳14D7數(shù)據(jù)引腳15BLA背光源正極16BLK背光源負(fù)極蜂鳴器模塊本系統(tǒng)采用蜂鳴器進(jìn)行一個(gè)水泵設(shè)備是否正常運(yùn)作的提醒作用。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電。目前市面上主要有壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩大類型。本次采用的蜂鳴器為壓電式蜂鳴器。圖3-10蜂鳴器實(shí)物圖壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通1.5~15V直流工作電壓電源后，多諧振蕩器起振，輸出1.5~2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。時(shí)鐘模塊DS1302原理圖本次設(shè)計(jì)加入了時(shí)鐘模塊DS1302，目的在于為了方便用戶確定澆灌時(shí)間等等。DS1302是一款常用高精度的時(shí)鐘芯片，并且可對秒、分、時(shí)、日、周、月以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)，內(nèi)置RAM，占用單片機(jī)資源較少，且接口簡單，消耗IO引腳少，是一款高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示芯片，原理圖如3-11所示。圖3-10DS1302原理圖DS1302內(nèi)部有紐扣電池組成，其是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉特有的充電功能。圖3-12時(shí)鐘模塊DS1032實(shí)物圖灌溉模塊本系統(tǒng)的灌溉模塊是實(shí)施澆灌的最后實(shí)現(xiàn)者，由兩部分組成：繼電器以及水泵，由于水泵開啟功率過大，為防止直接連接損壞單片機(jī)，我們通過繼電器小電壓控制大電壓的的能力，在本次實(shí)驗(yàn)中使用5V繼電器來控制小水泵。繼電器是支持水泵進(jìn)行抽水工作的，從而完成自動(dòng)灌溉的目標(biāo)。繼電器繼電器是一個(gè)電控制器件，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”。通過繼電器內(nèi)部的電磁鐵來實(shí)現(xiàn)電路的斷開與連接。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。繼電器的運(yùn)用廣泛，許多電器中都有使用它。本系統(tǒng)中使用的繼電器是作為驅(qū)動(dòng)水泵的一部分。當(dāng)電流從VCC處的三極管Q2經(jīng)過繼電器線圈時(shí)，該線圈會(huì)產(chǎn)生磁力吸引銜鐵從而導(dǎo)致回路閉合，促使水泵開始抽水；當(dāng)電流在Q2處截止時(shí)，電流通過線圈，銜鐵在彈簧的物理作用下保持回路斷開，水泵停止抽水工作。繼電器一共擁有6個(gè)引腳，在其中一端的三個(gè)引腳，一個(gè)是公共引腳，一般接電源的正極，一個(gè)是常開端，當(dāng)繼電器沒有工作時(shí)，此引腳與公共端引腳開路，一個(gè)是常閉端，當(dāng)單機(jī)正常工作時(shí)，此引腳與公共端引腳相接。在另一端的三個(gè)引腳，其中兩個(gè)是繼電器的供電引腳，一個(gè)是繼電器的控制引腳，通過接收單片機(jī)的信號，高電平或低電平打開或關(guān)閉繼電器。圖3-13繼電器實(shí)物圖水泵水泵是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械。主要用來輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等。圖3-14水泵實(shí)物圖它將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加，在本灌溉系統(tǒng)中，水泵通過繼電器的供應(yīng)，輸送水到土壤中，從而完成土壤濕度達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值的目的。第4章軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)工具本系統(tǒng)采用的軟件設(shè)計(jì)開發(fā)工具為Keil5。Keil是一個(gè)公司的名字。是由德國慕尼黑的KeilElektronikGmbH和美國德克薩斯的KeilSoftware組成。Keil軟件是目前最流行開發(fā)51系列單片機(jī)的軟件。支持C語言，匯編語言。KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。對于Keil系列軟件其實(shí)我們是非常熟悉的，Keil4與Keil5都是我們之前有接觸過，并用來寫過程序的軟件，對于其強(qiáng)大的仿真功能我們也是深有體會(huì)。在Keil5軟件中能夠很好的利用編程軟件，在C語言編程的過程中遇到很多的不清楚的地方，通過查閱資料和學(xué)習(xí)單片機(jī)的C語言程序我們有效的解決了這類問題。主程序設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)中，主程序主要負(fù)責(zé)比較ADC0809傳進(jìn)來的數(shù)字信號數(shù)據(jù)與設(shè)定值數(shù)據(jù)的大小，從而控制是否灌溉；以及顯示當(dāng)前土壤濕度值這兩個(gè)功能，執(zhí)行各個(gè)子程序，完成相應(yīng)功能。主程序流程是開始運(yùn)行程序，首先初始化系統(tǒng)，人為設(shè)定一個(gè)土壤濕度標(biāo)準(zhǔn)值，通過土壤濕度傳感器搜集到的數(shù)值通過模數(shù)轉(zhuǎn)換經(jīng)過ADC0809，再將得到的數(shù)字信號值傳入，LCD1602顯示土壤濕度，通過比較搜集到的數(shù)值與設(shè)定的閾值，判斷水泵是否開始工作，低于標(biāo)準(zhǔn)值，發(fā)出灌溉指令，蜂鳴器開始報(bào)警，水泵開啟，進(jìn)行灌溉，直到數(shù)值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，灌溉停止；高于標(biāo)準(zhǔn)值，水泵關(guān)閉。圖4-1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)圖系統(tǒng)具體的操作流程圖如4-1所示。將主程序設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)好后，著重考慮系統(tǒng)比較重要的是數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊以及LCD液晶顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)部分。根據(jù)自己手上的參考資料用戶手冊等輔助資料，了解數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC0809的采樣時(shí)鐘，設(shè)計(jì)對應(yīng)的工作時(shí)序，將其軟件代碼部分與系統(tǒng)總程序代碼連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。LCD顯示模塊也是根據(jù)用戶手冊等其他輔助資料，了解LCD1602顯示模塊的字符地址，之后便可通過常用的指令后，通過代碼的呈現(xiàn)實(shí)現(xiàn)顯示功能，再與主程序進(jìn)行合并，最終形成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件代碼部分。第5章系統(tǒng)聯(lián)調(diào)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)仿真設(shè)計(jì)我們通過仿真功能來測試系統(tǒng)硬件是否能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能?？梢栽诜抡嬷性O(shè)定土壤標(biāo)準(zhǔn)值，也可以將土壤濕度顯示在液晶屏上?？刂仆寥罎穸鹊闹?，可以判斷是否進(jìn)行灌溉，當(dāng)測定的土壤濕度過低，開始灌溉，直到達(dá)到設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，灌溉停止。硬件調(diào)試通過設(shè)計(jì)好PCB原理圖，我們著手開始焊接實(shí)物圖。在焊接的過程中，我們小心翼翼，為了精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)每個(gè)模塊的功能，也避免了浪費(fèi)元器件，提高成本的情況發(fā)生。之后通過開發(fā)板和相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件將程序燒錄單片機(jī)STC90C52RC中。燒錄步驟具體如下：芯片型號的選擇。根據(jù)型號選擇與實(shí)物設(shè)計(jì)相對應(yīng)的型號，本次方案設(shè)計(jì)所使用的芯片是STC90C52RC；圖5-1芯片選擇根據(jù)自己所連接的串口選擇；圖5-2串口選擇打開所需要的下載到單片機(jī)的hex文件；圖5-3下載文件根據(jù)需要選擇波特率，然后點(diǎn)擊下載。圖5-4程序下載燒錄結(jié)束后為了測試系統(tǒng)能否完成相應(yīng)功能，我們實(shí)際在室外采集看部分泥土，在室內(nèi)準(zhǔn)備了一個(gè)小型水缸，然后根據(jù)步驟測試系統(tǒng)功能能否進(jìn)行完整實(shí)現(xiàn)。將土壤濕度檢測，模塊放入采集到的泥土中，將水泵放入小型水缸，設(shè)定好濕度標(biāo)準(zhǔn)值，等待實(shí)驗(yàn)結(jié)果；再分別改變土壤濕度以及設(shè)定的濕度標(biāo)準(zhǔn)值，查看水泵能否進(jìn)行正常工作，蜂鳴器能否及時(shí)提醒，LCD液晶顯示屏能否正常顯示土壤濕度值。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)的功能能夠進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)工作正常，可以實(shí)現(xiàn)在無人操作的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，及時(shí)為農(nóng)作物提供灌溉，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)智能化，為之后我國的科技農(nóng)業(yè)發(fā)展實(shí)現(xiàn)了初步前進(jìn)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)能更好的幫助植物生長，而且對于節(jié)約用水，改善農(nóng)作物養(yǎng)殖陋習(xí)有著非常好的作用與幫助?？梢赃\(yùn)用到實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，例如大棚種植、植物灌溉、花藝園林以及普通的農(nóng)田灌溉也可以逐漸用機(jī)器智能化取代普通的人力灌溉。該設(shè)計(jì)為逐步實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)科技智能化提出了新的思路以及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。第6章總結(jié)總結(jié)總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們完成了一個(gè)低成本、便于維護(hù)、模塊化、低難度、低功耗，能實(shí)際運(yùn)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，該自動(dòng)灌溉系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測溫室作物根系處土壤濕度，系統(tǒng)后期應(yīng)用證明其具有良好的實(shí)用性。該設(shè)備的研制和使用可能會(huì)為之后建立無線智能灌溉系統(tǒng)提供技術(shù)支持和經(jīng)驗(yàn)。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，大學(xué)四年所學(xué)到的知識技能都運(yùn)用上了，鞏固了我的知識技能，也讓我的技能得到了進(jìn)一步的提升。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了如何更好的學(xué)習(xí)，如何更好的查資料，如何更好的找信息。在這次完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，我和隊(duì)友也曾因?yàn)榧?xì)節(jié)問題失敗過，因?yàn)橄到y(tǒng)是由單元搭建成的，有時(shí)候一個(gè)單元的問題可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰，因此在以后的學(xué)習(xí)生活中我們會(huì)更加應(yīng)該注意細(xì)節(jié)問題。不足之處雖然本系統(tǒng)完成了檢測土壤濕度，判斷濕度是否達(dá)標(biāo)從而是否需要灌溉等等多個(gè)功能，但本次設(shè)計(jì)仍然有許多不足的地方，有外部原因也有內(nèi)部原因，比如：由于成本問題沒能使用更高級的單片機(jī)以及液晶屏；沒有進(jìn)行多次的測試；很多想法由于一些客觀原因最終沒有能體現(xiàn)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。希望能在未來，擴(kuò)展思想，將能想到的不足之處都改進(jìn)，使得自己的設(shè)計(jì)變得更完美，更智能化，為農(nóng)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力。發(fā)現(xiàn)的問題在本次方案設(shè)計(jì)的調(diào)試測試實(shí)際操作過程當(dāng)中，我和我的隊(duì)友遇到了諸多的問題，通過我倆不懈的探尋和一遍又一遍的測試探索，最終我們逐漸將這些一一解決。我們所遇到的問題大致可以概括為以下兩點(diǎn)：在測試硬件的時(shí)候，我們將硬件連接起來時(shí)，水泵一直在工作，經(jīng)過查閱資料得知，原來土壤濕度傳感器暴露在空氣中，無法檢測到濕度，所以水泵會(huì)一直工作，后來我們將土壤濕度探頭放置在土壤中，使得這一問題得到了解決。在調(diào)試模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC0809的時(shí)候，我們將其數(shù)字信號輸出引腳與單片機(jī)的P1接口相連接，由于在設(shè)計(jì)單片機(jī)的時(shí)候，P1接口連接了8個(gè)LED燈，使用電阻將P1口電平拉高了，在調(diào)試的時(shí)候無論怎樣設(shè)計(jì)修改調(diào)試程序，都無法得到理想的輸出效果，浪費(fèi)了大量的精力與時(shí)間，從程序到硬件設(shè)計(jì)我們逐一排查，始終沒有找到原因，在這期間隊(duì)友工作上調(diào)試其他元器件的時(shí)候一個(gè)小小的工作提示，在無形中給這個(gè)難題找到了答案，隊(duì)友突然想到也許是上拉電阻的原因?qū)е螺敵鲂Ч麤]辦法達(dá)到理想值，后經(jīng)過軟件測試，這個(gè)問題終于得到了解決。如何改進(jìn)在本次自動(dòng)灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在最開始的方案設(shè)計(jì)過程中，我和隊(duì)友從各個(gè)地方汲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈感，但還是有一些思路基于一些客觀原因最終沒有實(shí)現(xiàn)，這些內(nèi)容也是我們以后需要努力的地方，具體改進(jìn)方案如下：對于整個(gè)系統(tǒng)而言，如果采用液晶屏顯示，顯示內(nèi)容會(huì)更加豐富?？梢员M量降低程序的冗雜化，即可以采用集多種功能于一體的最小系統(tǒng)模塊?？紤]一些其他的最小系統(tǒng)作為微處理器模塊，使土壤濕度傳感器可以與單片機(jī)直接相連，減少A/D轉(zhuǎn)換電路，不僅使電路設(shè)計(jì)變得簡單，也可使程序代碼減少了很多，且測量精度高，測量范圍廣。可以增加無線傳輸功能，將數(shù)據(jù)上傳至移動(dòng)端；隨著技術(shù)的發(fā)展，無線通信技術(shù)已經(jīng)十分的成熟，如果距離較近，可以考慮使用無線透傳模塊，數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)短距離傳輸。系統(tǒng)可以采用Zigbee協(xié)議，利用無線通信技術(shù)發(fā)出是否灌溉的指令，降低系統(tǒng)成本的同時(shí)增加系統(tǒng)的可靠性?？梢愿纳葡到y(tǒng)外觀設(shè)計(jì)，使之更加符合人們的操作習(xí)慣，更加人性化?？梢钥紤]增加一些除了灌溉之外的能讓農(nóng)業(yè)產(chǎn)量提升的其他功能，爭取做成一個(gè)集灌溉、除蟲、獲取農(nóng)作物信息等功能為一體的多功能農(nóng)作物保護(hù)機(jī)器，為我國的農(nóng)作物產(chǎn)量增長做出自己的貢獻(xiàn)。可以添加一個(gè)攝像頭功能，將具體的農(nóng)作物生長情況以及灌溉情況都拍攝下來，以供日后機(jī)器排查是否有按照土壤真實(shí)情況進(jìn)行灌溉，以及便利專業(yè)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和記錄。完成本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)之余，希望能在課余時(shí)間根據(jù)上述的改進(jìn)方式，將灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)地更加完善精美，最終得到一個(gè)能實(shí)實(shí)在在運(yùn)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的科技產(chǎn)品。電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)論文參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]孫威.基于單片機(jī)的葡萄節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].江蘇大學(xué),2007[2]潘立民,王燕芳.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).人民郵電出版社,1990[3]陳汝全.實(shí)用微機(jī)與單片機(jī)控制技術(shù).電子科技大學(xué)出版社,1995.7[4]郭英芳.單片機(jī)技術(shù)在農(nóng)田節(jié)水灌溉系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,61(6):93-95[5]邵敏權(quán),劉剛.單片機(jī)原理實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用.吉林科學(xué)技術(shù)出版社,1995.1[6]宮建華,徐志祥,袁虎成,等.基于單片機(jī)技術(shù)的灌溉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2004,17(2):66-67[7]周穎,賈澄軍,俞吉.基于AT89S52單片機(jī)的花卉自動(dòng)澆灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),20