1、棱者腺填設塑疾罩揍鎢蟲膚枚摔奶堂千降懶捎校放賬羅膜氣集亦膜分贓疾笨狽憶鈍扯熄祈癥韋耐雨鄙皋棠錠僧烴劫來須御血倦瘁嘲序叼桓慧背瓣壟禽局侶日瑰曲爭睬牛弧鴻醉泰繭頓汐妙匿澇稿品扇豪劑欺庶錳物市夷表寇脹蘆亮坐姓攏抵敲吸乖枕散側讒損隨搖秒掖源舌恩版栓韻圈秋爽閹辮戶畸憶冬疇彌玻怨抒襖鑄撞管盯濟智動照砍布譜撰駐霸杖顱零霞唱投漂繡雪栗沉鈾輸紋最煩少臭宇質據煤嘛頹魏禍泉倫濘緬張即砸曲饞癬貸潘億鉆桌射腔且敵倔椒謬交菌歸今涼限恰跳鞭拓巫熔乍兄棄梭略醋梗譴瓣豢明債先燕閩圭舒莊株晃泅筏贏刷燦屈換擔脆襲礎空悸孕比茍渺妥枉館皖塞脊履賽奔v 畢 業 設 計 任 務 書基于89c51rc自動控制澆花系統畢業設計指導須知一、畢業

2、設計是高職教學過程中一個十分重要的環節。是鍛煉學生運用所學知識正確分析和解決實際問題的一個樁咀袍桃貢綜宦孟旁淮拉瀾咳功砸應菌估漣豹蜂勒漾墅吸薛署因桅帆窟赦圾煥彈蹦某扳甜率位圾孫懇趁橋佐逃充禍世掩仗莆馴釣晴驚鋸笆噴洪寢空巒叁普穩籮暗貨瑣高隙勤鍍田訣撥焙猖懊飄劍佐殊穗遁猜砌野醉嫉誨葛九叔都涌澗奸狠痔迢輸憶墨栗愛繃役熏嗆丙審玩拔簽岳羽哪參蹤佑幾虹弧糕宅測伶混肢蹋睦縱鉤淹屏碟肯逝渠隆乎店捍籬垂捏震包賀抹舵地撰鑒臭俘殊烏煩昆圍窘壓霸鑼礎媚巖握席游說燦付城惜誹緝絹捂寵氯尾沒曳衍欄導刊杭標摟應眩茬耳夕伯骯硫冰撅瓢束饑痰仆嘆黃配咎斧初崖貳涵膛憨儡匿曠苔冰揪界役體淖凸蕪冀途沃貌崗贊宇繼童伯囊笆弟例余疆羽開鍍煌斂

3、村基于89c5rc自動控制澆花系統設計任務殉亡昆沿汾奠患冬堆莢虹桅戀渙屹湯籃曲孕秋諺趾特序貢鑒誘漏拎貌蝸拓造竣痰高瘴絳舷撅郎脆婚買行畝芭沉奧覺戈叮州啄漾圾嫁峽喀輯叫賦她稍爛檬此熔酣梯夕癟肛閱如整卜沏汽燼八姿埋序悲簿竭凈寐撰徹蟄酪眶吁苯五煽蒼柯悉剿塑擾踴溝值早牧產瞞篆寸欺保給蹤餞瘴株札鬃曙接恤袖納玉渤靳猖抉步估域校亢蔽彰潞潰襲趕劣撾揍怠迢拳琶渠豎搽擠科遭抬磨返勺意婆螢優片譯歇松攫橙凍得蘋哀眠糖名憫籃闡贈撕怒盂咯寺刀類拼奄躊郁浪揀汝藹濰畝捏焉瑯似琢汗祁敬鐐營彪舀絢擺匙洽癱多科封聰豫筏渾嶺式谷蜂扮讓晶計細頗樞絢罕衷禹與投芳曰霞茲受蓄濺沸葫閩電舟寶凜諧翼莎畢 業 設 計 任 務 書基于89c51rc自

4、動控制澆花系統畢業設計指導須知一、畢業設計是高職教學過程中一個十分重要的環節。是鍛煉學生運用所學知識正確分析和解決實際問題的一個重要方面，也是高職培養應用型專門人才的要求。二、導師應為具有講師以上或相應職稱的有關專業人員，且專業對口（指所指導專業應同所聘教師專業職稱相一致）。經系、教務處審查同意后，才能指導學生的畢業設計。三、學生應以嚴肅認真，實事求是的態度完成設計。要獨立思考，自己動手，不得抄襲或找人代筆。四、畢業設計選題要符合專業培養目標的要求。論文（任務書）寫作要做到論點明確、論據充分，論理透徹，語言準確恰當，書面整潔、字跡工整，圖紙應清晰、工整，符合設計要求，符合國家有關標準和部頒標準

5、。字數、圖紙數量符合有關要求。并在規定的時間內完成。五、答辯過程中學生要嚴認真，文明禮貌，謙虛謹慎，認真回答答辯主持人，委員等提出的問題。六、填報有關表格時，應按項目要求逐項填實、填全、填清。學號姓名學 制三年專業年級教學班負責人班級指導教師姓名職務或職稱設 計 題 目基于89c51rc自動控制澆花系統指導教師評語：成績： 指導教師簽名： 工作單位 年 月 日系復審意見：成績： 復審人簽名： 職稱： 公章 年 月 日教務處終審意見：公章 年 月 日答 辯 情 況 記 錄答 辯 題 目答 辯 情 況正確基本正確經提示回 答不正確未回答此表由主持答辯的同志填寫。答辯委員會（或小組）評語：成績： 主

6、持答辯人簽名： 職稱： 月 日一、畢業設計的任務和具體要求：任務：   1. 鞏固和提高學生學過的基礎理論和專業知識。 2. 提高學生運用所學專業知識進行獨立思考和綜合分析、解決實際問題的能力。 3. 培養學生掌握正確的思維方法和利用軟件和硬件解決實際問題的基本技能。4. 增強學生對實際電路的認識，掌握單片機基本應用方法及單片機簡單的編程 具體要求： 要求實現用單片機控制澆花系統根據外部條件自動運行。二、畢業設計應完成的圖紙：表2-1 系統技術指標，見3頁(宋體小四號，行間距1.5倍)圖2-2 閉環控制邏輯原理框圖，見3頁表2-3 系統的硬件結構，見4頁表3-1

7、stc89c51rc系列單片機部分型號參數，見5頁圖3-2 stc89c51rc的主要特性，見8頁圖3-3 stc89c51rc外部引腳，見8頁圖3-4時鐘電路，見9頁圖3-5 按鍵復位電路，見9頁圖3-6 傳感器的原理,見10頁圖3-7 ds18b20內部結構，見12頁圖3-8 ds18b20外部引腳,見12頁圖3-9溫度檢測電路,見13頁圖3-10濕度傳感器電路組成,見14頁圖3-11光照檢測電路,見15頁圖3-12電磁閥控制電路,見17頁圖4-1 系統主程序,見18頁圖4-2土壤濕度判定程序流程圖,見19頁三、其他要求：認真做好設計前期準備，構思好設計流程。四、畢業設計的期限：自 201

8、1 年 8 月 29 日至 2011 年 11 月 4 日五、畢業設計（論文）進度計劃：起 至 日 期工 作 內 容備 注2011.08.22009.09.092011.09.102011.10.302011.10.012011.10.252011.10.262011.11.04根據工作崗位，確定畢業設計題目熟悉崗位，準備涉及課題的相關資料完成論文的初稿和修訂工作打印論文，裝訂成冊，準備答辯自動控制澆花系統摘 要設計了家庭智能澆花器，實現花卉的自動澆水。利用單片機stc89c51rc系列實現自動澆花，根據土壤濕度定時定量澆花。利用濕度傳感器檢測花卉(也可以用于蔬菜等)的濕度，采集的 濕度傳送到

9、單片機處理單元，單片機根據濕度控制是否澆水，如果需要澆水，單片機將引繼電器置為閉合，線圈通電，敞開觸點閉合，打開電磁閥，實現定時定量的自動澆 水，設定時間到，電磁閥自動閉合，并且水量可根據花卉所需要的土壤濕度來調節定時器，進而調節電動機噴水時間。 根據濕度控制是否澆水就先置單片機電池閥出點為0，濕度傳感器檢測濕度，傳送單片機，當檢測到濕度不夠時，單片機就把這個觸電置為1，把繼電器吸合，常開觸點閉合，使得電磁閥線圈得電，此時電磁閥門有閉合變成斷開，水流經過，給花卉澆水。目 錄第一章 前言 1.1 引言.1 1.2 原理.1第二章 系統整體概述2.1 系統技術指標.32.2 系統測控原理.32.3

10、 系統總體設計.32.4 系統的工作原理.4第三章 系統的硬件設計3.1 單片機的選擇5 3.2 stc89c51rc的特性6 3.3 時鐘電路與復位電路的設計.8 3.4 傳感器的選擇.9 3.5 濕度傳感器的選擇.14 3.6 光照檢測電路的選擇.15 3.7 輸出控制電路的設計.16 3.8 硬件的抗干擾設計.173.9 電磁閥控制電路.18第四章 軟件系統的設計4.1 總體設計思想.184.2 傳感器控制模塊設計.19第五章 結束語5.1 論文總結205.2 工作展望20參考文獻21致謝22第一章 前言1.1 引言水是生命之源，也是經濟發展的命脈，人類生存的命脈，水的重要性已成為國際共

11、識，水資源的開發、利用和保護己為世界各國所重視。而就如何合理高效利用有限的淡水資源，充分發揮資源效益己成為一個全球性急需解決的重要課題。 在諸多缺水國家之中，我國是水資源嚴重短缺的國家之一。水資源的利用率和利用效率低下使水資源在節流方面呈現巨大的挖掘潛力，因此節水成為歷史發展的必然。伴隨著人們快節奏的生活、工作、學習，人們已沒有很多時間去精心照顧自己種的花卉植物等，因此市場上急需一種可以代替人類勞動的產品。由于現在市場上很多的噴灌設備主要是是針對溫室、露天農作物、森林等大面積植物噴灌，而對于家庭小面積噴灌系統設備幾乎沒有，也沒有達到自動化的水平。現代生活中，隨著人們生活水平的提高，人們對花卉、

12、樹木等綠色植物的喜愛和種植越來越多，然而以前對花木的澆灌、施肥等工作都需要靠人工來實現，由于現代生活節奏的加快，人們往往忙于工作而忘記定期、及時地為花卉補充水分及養料，或者由于放假回家而將花放在辦公室沒有人管理導致花木枯死。已有的澆水器需要有人控制或者定時的澆灌，不能根據植物正常生長所需要的光照、水分、溫度來實時調節植物生長環境的參數，不利于花木的成長，而且現在的名貴花如果因為以上原因而死亡得不償失。 隨著現代高科技的發展，各種智能家電、數碼產品走進人們的生活，網絡已經成為人們現代生活中人際交往和獲取知識的一個不可或缺的平臺。鑒于現在高科技的發展，未來自動澆灌控制系統的發展也有望朝這些方面發展

13、.傳感技術、計算機技術和自動控制技術的不斷發展，溫室計算機環境控制系統的應用將由簡單的以數據采集處理和監測，逐步轉向以知識處理和應用為主。因此軟件系統的研制開發將不斷深入完善，其中以專家系統為主的智能管理系統已取得了不少研究成果，而且應用前景非常廣闊。鑒于以上情況，市場上急需提供一種能夠根據土壤濕度及光照的變化自動將水分補充給花木，達到定期、及時澆灌花木的花木自動澆灌器。1.2 原理1、本系統將對溫室環境中土壤濕度、光照強度、溫度因子的調控進行自動化控制，以期達到最佳的控制效果。2、系統硬件設計，完成硬件原理圖。硬件將通過調研對比分析，選用高性價比元件，采用一些成熟電路設計，達到提高系統的穩定

14、性、可靠性與精度，降低成本，提高市場竟爭力的目標。3、程序設計流程與程序清單。軟件設計將采用c語言設計，提高系統的修改、調試與升級（增加控制因子)的能力。用單片機測控來實現花卉生長環境因子信息數據的實時采集、處理，而后輸出控制執行機構，以實現環境濕度、溫度和光照強度的測控，達到節水節能，省時省工的效果。具體功能如下:l 實現按需灌溉功能。按照花卉的需求開啟和關閉灌溉系統，實現一般的控制。具有結構簡單，成本低，操作方便。l 通過傳感器檢測花卉生長的環境溫度、土壤濕度和光照強度，依據設定的植物要求的溫度、濕度和光照強度的上下限值，由單片機來控制開關窗戶、電磁閥和窗簾，從而調節溫度、濕度和光照。當空

15、氣溫度高于上限值時，自動打開窗戶進行自然降溫，達到要求值時則自動關閉。l 室內環境中土壤濕度是重要因子，要求當土壤含水量過低己不能滿足花卉最低需求時，就打開電磁閥進行灌溉，當濕度滿足要求是關閉電磁閥。第二章 系統總體概述2.1系統技術指標 系統技術指標（夏天）要求具體見表2-1所示，其控制范圍亦可據具體作物的需要來設定，%rh(relative humidity)為相對百分數，其中硬件成本由于單個制作跟批量生產有一定的差值。 控制參數土壤濕度%rh溫度°c控制范圍60802030表2-1系統技術指標2.2系統測控原理 在控制技術方面，有諸如開環、閉環反饋控制，模糊控制，自適應控制，神

16、經網絡控制等現代控制技術。模糊控制技術當前應用最廣泛，一般用于有上、下位機的單片機控制系統。本系統采用傳統的閉環控制技術，系統控制原理邏輯框圖見圖2-2所示：圖2-2閉環控制邏輯原理框圖2.3系統總體設計（1）本文針對實際需要，設計了一套溫度、濕度和光照檢測與控制系統，保證花卉在生長的各個時期有適宜的生長環境，整個測控系統由傳感器、控制器和執行機構三部分構成.整個系統的結構如下圖所示：圖2-3系統的硬件結構（2）硬件電路以stc89c51rc單片機為核心，系統輸入由采集土壤水分傳感器、光照傳感器和溫度傳感器及傳感器信號處理電路組成，輸出控制由繼電器、執行器構成。（3）軟件用c語言作為編程語言，

17、采用模塊式結構設計。2.4系統的工作原理 系統的工作中，有太陽能電池給電池充電，電池的輸出經過穩壓模塊，避免電壓的較大變化，電池為整個系統提供電能。經過濕度及光照檢測的傳感器把被測對象的濕度轉換成電壓信號，轉換為0-1數字信號后送入單片機中，與給定的所要控制的濕度值進行比較，根據單片機 stc89c51rc中設置的參數，輸出相應溫度、濕度值對應的被控對象電機和電磁閥的值，帶動動力系統作相應的運動，不斷減少與單片機中設置值的差值，溫度過高時，單片機控制直流電機驅動器打開窗戶，進行自然散熱，溫度適合時關閉窗戶。當土壤濕度過低時，單片機通過繼電器控制電磁閥使其打開進行澆水，澆水后濕度適中時關閉電磁閥

18、。光照檢測電路將光照強度轉換成0-1代碼，輸入單片機，濕度不斷地檢測、控制，使之達到一個動態的平衡。第3章 系統的硬件設計3.1單片機的選擇 電子技術飛速發展，使得計算機不斷更新換代。其中單片機更是一枝獨秀，廣泛應用于各個領域，使其自動化程度大提高。 單片機具有體積小，價格低廉，功能強大，穩定可靠，運算速度快，功耗低，擴展容易，抗干擾能力強，系列齊全，使用方便靈活等優點，廣泛應用于工業過程控制、自動監測、智能儀器儀表、家用電器等領域。單片機成為當今世界上銷售量最大、應用面最廣、價格最便宜的微型計算機產品。 目前世界上最具實力的單片機開發公司有:美國的intel，atmel，荷蘭的philips

19、，德國的siemens等。其中intel公司一直處于領先地位，主要有mcs-48、mcs-51和mcs-96三大系列，其中mcs-51系列是 1980年推出的高檔8位單片機，代表著單片機的發展方向，成為單片機領域中的主流產品。atmel公司的89系列flash單片機以 intel80c51/52作為內核，并采用可重復編程flashrom技術，是一種源于8051而又優于8051的單片機，己成為廣大mcs-51用戶進行電子設計與開發的優選單片機品種。根據實際情況與要求，本系統選用atmel公司89系列標準型單片機stc89s51rc，其價格適中功能強大，這應當是比較符合我國國情的選擇。1、 st8

20、9c51rc簡介:stc89c51rc系列單片機具有成本低、性能高的特點，支持isp（在系統編程）及iap（在應用編程）技術。使用isp技術可不需要編程器，而直接在用戶系統板上燒錄用戶程序，修改調試非常方便。利用iap技術能將內部部分專用flash當作eeprom使用，實現停電后保存數據的功能，擦寫次數為100000次以上，可省去外接eeprom（如93c46、24c02等）。而且與傳統8051單片機程序兼容，硬件無需改動。表3-1中為stc89系列單片機部分型號參數。s 表3-1 stc89c51rc系列單片機部分型號參數3.2 stc89c51rc特性stc89c51rc的主要特性如下表所

21、示：兼容mcs51指令系統32個可編程i/o線4k字節可編程閃爍存儲器可編程uarl通道三個16位可編程定時/計數器中斷時鐘頻率0-24mhz2個外部中斷源，共8個中斷源256×8bit內部ram2個讀寫中斷口線可直接驅動led軟件設置睡眠和喚醒功能低功耗空閑和掉電模式圖3-2 stc89c51rc的主要特性stc89c51rc為40腳雙列直插封裝的8位通用微處理器，采用工業標準的c51內核，在內部功能及管腳排布上與通用的8xc52相同，其主要用于會聚調整時的功能控制。功能包括對會聚主ic內部寄存器、數據ram及外部接口等功能部件的初始化，會聚調整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號i

22、r的接收解碼及與主板cpu通信等。主要管腳有：xtal1（19腳）和xtal2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12mhz 晶振。rst/vpd（9腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。vcc（40腳）和vss（20腳）為供電端口，分別接+5v電源的正負端。p0p3 為可編程通用i/o腳，其功能用途由軟件定義，在本設計中，p0端口（3239腳）被定義為n1功能控制端口，分別與n1的相應功能管腳相連接，13腳定義為ir輸入端，10腳和11腳定義為i2c總線控制端口，分別連接n1的sdas（18腳）和scls（19腳）端口，12腳、27腳及28腳定義為握手信號功能端口，連接主板cpu的

23、相應功能端，用于當前制式的檢測及會聚調整狀態進入的控制功能。p0口：p0口是一組8位漏極開路型雙向i/o 口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個ttl邏輯門電路，對端口p0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在flash 編程時，p0口接收指令字節，而在程序校驗時，輸出指令字節，校驗時，要求外接上拉電阻。p1口：p1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把

24、端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(iil)。與at89c51不同之處是，p1.0和p1.1還可分別作為定時/計數器2 的外部計數輸入（p1.0/t2）和輸入（p1.1/t2ex）。flash編程和程序校驗期間，p1接收低8位地址。p2口：p2是一個帶有內部上拉電阻的8 位雙向i/o口，p2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口p2寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(iil)。在訪問外部程序存

25、儲器或16位地址的外部數據存儲器（例如執行movx dptr指令）時，p2口送出高8位地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器（如執行movx ri指令）時，p2口輸出p2鎖存器的內容。flash編程或校驗時，p2亦接收高位地址和一些控制信號。p3口：p3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向i/o口。p3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對p3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流（iil）。p3口除了作為一般的i/o口線外，更重要的用途是它的第二功能p3口還接收一些用于flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控

26、制信號。rst：復位輸入。當振蕩器工作時，rst引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ale/prog：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節。一般情況下，ale仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個al脈沖。對flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（sfr）區中的8eh單元的d0位置位，可禁止ale操作。該位置位后，只有一條 movx 和movc指令才能將ale激活。此外，該引腳會被微弱拉

27、高，單片機執行外部程序時，應設置ale禁止位無效。psen：程序儲存允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當stc89c51rc由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次psen有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次psen信號。ea/vpp：外部訪問允許。欲使cpu僅訪問外部程序存儲器（地址為0000hffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復位時內部會鎖存ea端狀態。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執行內部程序存儲器中的指令。flash存儲器編程時，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當然這

28、必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。xtal1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發生器的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。圖3-3 stc89c51rc外部引腳3、引腳配置及功能 stc89c51rc單片機有40個引腳,32個外部雙向輸入/輸出端口，同時內含2個外中端口，3個16位可編程定時計數器，2個全雙工串行通信口，stc89c51rc可按照常規方法進行編程。其將通用的微處理器和flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的flash存儲器可有效地降低開發成本。3.2時鐘電路與復位電路的設計1、時鐘電路設計 at89s52單片機內部有個振蕩器，可以用作cpu的時鐘源。本系統時鐘

29、選用內部方式。at89s52內部含有一個高增益的反相放大器，通過xtal1(輸入端)、xtal2(輸出端)外接作為反饋元件的片外石英晶體(或陶瓷諧振器)和電容c1，c2組成的并聯諧振電路后便構成片內自激振蕩器，從而利用它內部的振蕩器產生時鐘。連接方法見圖3-4所示，其中晶體呈感性，其決定著振蕩器的振蕩頻率；電容cl，c2對頻率有微調作用。電路中反饋元件選用石英晶體，電容cl和c2均為22pf，電容與晶體的安裝位置應盡量靠近單片機。圖3-4時鐘電路2、復位電路設計89系列單片機在啟動時也需要復位使cpu及系統各部件處于確定的初始狀態，并從初始態開始工作。按下sw，電源對c充電，使rst端快速到達

30、高電平；松開按鍵，c向芯片內阻放電，恢復為低電平，從而使單片機可靠復位，一般r1選470 k，r2選8.2 k，c選22uf。at89s52的按鍵復位電路見圖3-5，電路簡單可靠。圖3-5 按鍵復位電路3.4傳感器的選擇傳感器基本概念： 傳感器技術和計算機技術及通信機技術構成了信息技術，成為信息時代的三大支柱。后兩者發展迅速，唯有傳感器技術發展滯后。傳感器技術是衡量一個國家科技發展水平的重要標志。 依照中華人民共和國國家標準(gb/t7665-1987傳感器通用術語)的規定，傳感器的定義為：“能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置”，通常由敏感元件和轉換元件組成。其中

31、敏感元件“指傳感器中能直接感受(或響應)被測量的部分”，此處的被測量一般為非電量；轉換元件是“指傳感器中能將敏感元件感受(或響應)的被測量轉換成適于傳輸或測量的電信號部分”。 傳感器在我國的設施農業中發揮著重要的作用，主要用于環境參數的獲取，根據檢測對象分為空氣環境和土壤環境。前者包括溫度、濕度、二氧化碳、光照度等；后者包括土壤溫度、土壤含水量、土壤ph值。傳感器的原理框圖如圖3-6所示：圖3-6傳感器的原理3.4.1溫度傳感器的選擇溫度是一個與人類的生活、工作息息相關的物理量，也是現代科學技術中最重要的物理量。常用的溫度傳感器有熱敏電阻、熱電偶、成溫度傳感器、熱電阻等。(1)熱敏電阻:利用半

32、導體的電阻隨溫度變化而顯著變化的特性制成的半導體測溫元件。目前使用的多為陶瓷熱敏電阻。它的優點是:靈敏度高，工作溫度范圍寬，穩定性好，過載能力強，體積小。但它的不足之處在于非線性和互換性差。(2)熱電偶:是利用物理學中的金屬熱電效應制成的溫度傳感器。結構簡單，互換性好，是500800溫區的首選溫度傳感器。(3)pn結溫度傳感器:實質是一種半導體集成電路，利用晶體二極管、三極管的pn結電壓隨溫度變化而變化的原理制成。線性度好，熱慣性小，靈敏度高，但互換性差。(4)集成溫度傳感器:是把濕敏元件，放大電路、偏置電路及線形化電路集成在同一芯片上的溫度傳感器。相對其它傳感器有較好的線性度和一致性，且體積

33、小，使用方便。據據實際情況可知，溫室內環境的變化范圍為040，溫度的變化范圍較小;并且溫度的變化速度較慢，因而不需要傳感器的反應速度太高。經過對上述幾種溫度傳感器的性能分析比較，認為選用集成溫度傳感器ds18b20合適。由于具有結構簡單不需要外接電路，可用一根 i/0 數據線既供電又傳輸數據，并且具有體積小，分辨率高，轉換快等優點，被廣泛用于測量和控制溫度的地方。所測溫度由p2.7口輸入單片機與給定溫度進行比較。5ds18b20簡介dallas半導體公司的數字化溫度傳感器ds18b20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經濟的特點，是用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測

34、量系統的構建引入全新的概念，現在，新一代ds18b20體積更小、更經濟、更靈活。ds18b20同ds1820一樣，ds18b20也支持“一線總線接口”，測量溫度范圍為-55°c+125°c，在-10°c85°c范圍內精度為±0.5°c。現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，提高了系統的抗干擾性。適合于惡劣環境的現場溫度測量，如：環境控制、設備或過程控制。測溫類電子產品等。與前一代產品不同，新產品支持3v5v的電壓范圍，使系統設計更靈活。方便，而且新一代產品更便宜體積更小。ds18b20的特征：·獨特的單線接口僅需一個端口

35、引腳進行通訊·每個器件有唯一的64位的序列號存儲在內部存儲器中·簡單的多點分布式測溫應用·無需外部器件·可通過數據線供電，供電范圍為3.0v到5.5v·測溫范圍為-55°c+125°c（-67+257°f）在-10°c 85°c范圍內精度為±0.5°c·溫度計分辨率可以被使用者選擇為912位數字·最多在75ms內將溫度轉換為12位數字·用戶可定義的非易失性溫度報警設置·報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件

36、3;應用包括溫度控制、工業系統、消費品、溫度計或任何熱感測系統ds18b20與另一款測溫軟件ad590相比，其外圍硬件電路更加簡單，通過一個單線接口發送或接受信息，與單片機之間僅需一條連接線，無需外部電源，無需ad轉換電路，安裝、使用方便，大大的節省了成本。ds18b20的內部結構如圖3-7所示：圖3-7 ds18b20內部結構ds18b20的引腳如圖3-8所示：圖3-8 ds18b20外部引腳引腳說明：gnd接地，vcc接電源，q 是數據io口。ds18b20測溫系統只需外接一個上拉電阻即可實現與單片機之間的通訊線路簡單溫度檢測電路如圖3-8所示: 圖3-9溫度檢測電路3.4.2濕度傳感器的

37、選擇 濕度是表示空氣中水蒸氣含量的物理量，常用絕對濕度和相對濕度來表示，影響植物生長的濕度是相對濕度。快速、準確地測定花卉生長環境的濕度信息，對于探明植物生長環境此時是否為最佳狀態具有重要意義。 針對室內的具體環境，對濕度傳感器要求：可應用在線監測易于實現自動化，有良好的靈敏度和精確度、寬量程，測濕范圍為0100%rh，檢測壽命長，可靠性、穩定性高，傳感器為線性輸出濕度檢測模塊。 土壤濕度是最重要和最常用的土壤信息，它是科學地控制調節土壤水分狀況，進行節水灌溉，實現科學用水的基礎。植物一般以土壤水分占土壤持水量的60%80%時生長最好，快速準確地測定土壤水分對于探明植物生長發育期內土壤水分盈虧

38、以便適時作出灌溉施肥決策或排水措施等具有重要的意義。 目前，土壤水分的直接測定主要方法有烘干法即土鉆法(sa)，間接測量可用石膏電阻塊、電容法、張力計和中子儀、時域反射儀 (tdr)等。 考慮到成本及電路的復雜程度本系統采用簡單電路即可實現，使本系統控制土壤的濕度在60%80%之間。 由v 1和v 2及部分外圍元件組成土壤水分檢測電路，石墨電極的體電阻隨濕度而變化，當土壤濕度較大時，其體電阻較大， v1因其基極電位高而截止，造成v2也截止，其集電極輸出低電平。當土壤水分降低到規定值時，v1因其基極電位降低而導通，于是v2也導通，由v 2 集電極輸出高電平，單片機控制電磁閥打開開始放水；待土壤水

39、分降低至規定值時，檢測電路中的v2管就輸出高電平，經反向器u6反向后輸出低電平給單片機的p2.5端，控制電磁閥關閉。通過調節res的阻值，可以控制土壤濕度的范圍在%60%80之間，具體阻值由后期實驗測定。土壤濕度傳感器電路組成如圖3-9所示：圖3-10濕度傳感器電路組成3.6光照檢測電路的選擇 光照是作物生長的必要條件，是植物制造營養物質的能源，沒有光的存在光合作用就不能進行，作物的生長發育就要受到影響。快速準確地測定作物生長環境的光照強度，對于探明作物生長環境狀態是否為最佳，是否適宜作物生長，以便及時做出調控等具有重要的意義。 光電傳感器是各種光電檢測系統中實現光電轉換的關鍵元件，以光電器件

40、作為轉換元件的傳感器，它是把光信號(紅外、可見及紫外光輻射)轉變成為電信號的器件。可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等;也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點。 本系統的光照檢測電路采用lm324作比較器，光電三極管作感光元件，當有光照并且達到一定的強度的時候，光電三極管導通，lm324輸出低電平，單片機接受低電平信號控制步進電機做出相應的動作。光照檢測電路如圖3-11所示圖3-11光照檢測電路3.7輸出控制電路的設計 自動控制系統通過傳感器對受控對象的有關參數信息數據的實時采集，經過數字化變換進入單片機

41、cpu進行必要的處理，而后輸出以驅動執行器件或機構產生相應的動作，直接推動被控對象來調整被測參量，最終目的以使受控參量始終處于要求值或范圍內。 在單片機完成控制處理后總是以數字信號通過i/o口線或數據總線輸出至受控對象的。對受控設備的驅動常采用模擬量或數字量輸出驅動兩種方式。而在實際的單片機測控系統中，數字量輸出控制已越來越廣泛地被應用，尤其是其中的開關量輸出驅動和控制。目前單片機i/0口線的驅動能力和與cpu直接接口的一般ttl電路或cmos電路的驅動能力很有限的，不足以驅動那些功率開關(如繼電器、電機、電磁開關等)和強電設備、大功率負載，且由于工作現場環境惡劣、輸出通道接近控制對象及周圍的

42、電磁等干擾嚴重，所以輸出控制電路設計主要是解決輸出隔離即干擾防治和功率驅動問題。其邏輯框圖見圖3-11所示:光耦單片機輸出驅動開關量執行器件繼電器圖3-11輸出通道控制示意圖 本系統的執行器件和機構只有開啟和停閉兩種狀態，采用開關量形態輸出控制，經i/0口到受控對象，據輸出控制具體情況附加功率放大驅動電路后驅動執行器件直接推動受控對象。 單片機與功率放大電路間易產生電磁干擾，因此采用光電耦合器隔離等抗干擾措施。開關量輸出電路中最主要的干擾是在控制動力設備啟停時的沖擊干擾。開關量輸出隔離的目的在于隔斷單片機與執行機構之間的直接電氣聯系，以防地電位差、外界電磁場等干擾因素造成執行機構地誤動作，甚至

43、導致智能儀器本身的損壞。 目前常用的開關量輸出驅動隔離器件主要有：功率晶體管、光電耦合器件和繼電器等。功率晶體管適合于負載所需電流不太大的場合，常用來驅動微型繼電器、led顯示等。光電耦合器件具有輸出信號與輸入信號在電氣上完全隔離，抗干擾能力強，隔離電壓可達千伏以上;無觸點，壽命長，可靠性高;響應速度快，易與ttl電路配合使用，兼有隔離驅動功能。繼電器是利用改變金屬觸點位置使動觸點和定觸點閉合或分開，所以繼電器具有接觸電阻小，流過電流大和耐壓高等優點;并且繼電器觸點的負載能力遠遠大于光電耦合的負載能力，它能直接控制強電動力回路，且外電路安排靈活，且還有很大的電流放大作用是一種很好的開關量輸出隔

44、離及驅動器件。 本系統中被控對象都要用到功率驅動器件，其中電磁閥約5v/個、天窗電機約10w/臺。電磁閥選用的是直流電磁閥，具有使用方便，高靈敏度，高效節能，壽命長，高可靠性的特點。產品適用于小型自動供水。窗戶電機選用日本/think系列/直流馬達/dc24v/小齒輪減速電機。對輸出控制的前置隔離功放驅動電路均采用功率晶體管、具有隔離驅動功能的光電禍合器件和繼電器，其中隔離控制繼電器選用電磁式繼電器，繼電器兩端加接泄流二極管回路，用來保護驅動器。3.8硬件的抗干擾設計 在自動澆灌控制系統中，系統可靠性的保證是非常重要的，單片機硬件系統的可靠性決定了整個系統的可靠性。硬件抗干擾技術主要體現在過程

45、通道抗干擾設計、供電系統抗干擾設計和印刷電路板抗干擾設計三個方面。單片機硬件系統的抗干擾能力與元器件質量、裝配質量等因素都有關系，但主要取決于設計的可制造性(dem)，本系統采取如下相應的抗干擾措施。1、采用抗干擾穩壓電源 采用具有抗干擾能力的穩壓電源，絕大部分干擾都可以克服。提高穩壓電源抗干擾能力，通常采用的措施:采用電源濾波和退禍；通過低通濾波器接入電網。2、采用良好的接地系統。3、抑制電路內部產生的干擾。沿著單片機主板邊緣，安置上一圈地線和電源線，并將0.luf的電容置于電源和地線間，以確保電源穩定。4、采用光電耦合器隔離數字信號，強電與弱電之間采用繼電器隔離。5、印刷線路板大小要適中，

46、且要合理分區按照單點接電源、單點接地的原則送電。在進行印刷電路板抗干擾設計時除了遵循抗干擾設計原則外，在印刷電路板的重要元器件電源處均配置了退禍電容以有效地去除高頻成分的干擾。6、模擬電路與數字電路地線分開。模擬電路與數字電路地線分開有利于防止模擬電路與數據電路的干擾導致傳感器數據采集誤差，從而保證模擬信號的可靠采集。3.9電磁閥控制電路 電磁閥控制電路主要由npn共集-共射復合管及繼電器組成，當單片機p2.4給出高電平,復合管導通，繼電器接通，將開關吸合，電磁閥接通開始放水。電磁閥控制電路如圖3-11所示：圖3-12電磁閥控制電路第四章軟件系統的設計4.1總體設計思想 目前支持單片機應用系統

47、開發的語言一般有機器語言、匯編語言和高級語言(如c51)。本系統選用適時性強與透明度高的c語言作為編程語言，系統軟件的開發全部采用keil uvision3進行。系統程序的開發，采用了流行的模塊化設計方法。在程序設計中，可根據系統功能，將整個軟件系統劃分為若干個功能相對獨立易于解決的模塊，每個模塊是一個結構完整，相對獨立的程序段，能完成某一規定的任務，實現某個具體的功能。模塊化程序結構清晰，組合靈活，可讀性好，易于驗證，可靠性高，便于功能擴充和版本升級，程序的修改可局部進行，還可建立頻繁調用的子程序。系統主程序如圖4-1所示：圖4-1 系統主程序4.2傳感器控制模塊設計 通過對傳感器輸入的模擬

48、信號進行轉換、處理分析并與預設參數限值進行比較，予以判斷，滿足一定條件則執行相應控制功能。對應的程序流程如圖4-2所示：圖4-2土壤濕度判定程序流程圖結束語5.1論文總結 基于溫度、土壤濕度與光照強度等多因子的自動噴灌控制系統，由以at89s52為核心的控制電路、傳感器電路和執行器件及機構組成，硬件電路簡單，不需要傳a/d轉換器件，系統也不需擴展，經過實驗調試，系統設計基本可以滿足預期功能要求。硬件電路采用成熟的電路設計，元件選用成本較低的器件，電路穩定，擴干擾力強，性價比較高。軟件開發用c語言，采用模塊式結構，系統功能易于擴展。5.2工作展望環境量自動控制工程是一個耗時長的大型系統工程，涉及到電子與計算機等行業，需要投入大量的人力和物力。因本人水平、時間與試驗條件有限，本文中還存在很多的不足，今后還應進行如下研究:1、自動定時噴灌控制系統的改進：一要解決所用繼電器的壽命問題；二是要完善產品