智能灌溉系统.doc

摘 要灌溉系统自动化水平较低是制约我国高效农业发展的主要原因就此，文章设计了以单片机控制为中心的模拟智能灌溉系统该系统可对不同土壤的湿度进行监控，并根据作物对土壤湿度的要求进行适时、适量灌水单片机控制部分采用的是型号STC89C52的单片机，主要有显示单元、ADC 采集单元、RTC 单元、EEPROM 存储单元、继电器控制电路及报警输出电路组成单片机可将电位器输出的模拟电压信号通过AD 转换成数字信号，通过 DS1302 芯片提供时间信息；通过按键完成灌溉系统控制和湿度阈值调整功能，再通过 LED 完成系统工作状态指示功能实现了土壤湿度测量、土壤湿度和时间显示、湿度阈值设定及存储等基本功能关键词：智能灌溉 ，单片机 目录第一章 绪论 11.1 前言 11.2国内外现状 11.3智能灌溉系统的简介 21.4本次设计中担任的工作 2第二章 系统硬件电路的设计 32.1本设计任务和主要内容 32.2模拟智能灌溉系统框图 32.3 STC89C52单片机简介 32.4实时时钟模块 52.4.1 DS1302 基本功能 52.5按键模块 62.6模数转换模块 62.6.1PCF8591基本功能 72.7继电器的驱动模块 82.8数码显示模块 92.8.1数码管的简介 92.8.2锁存器M74HC573 102.8.3译码器74HC138 102.9存储模块 11第三章 原理图的设计 123.1Protel DXP的简介 123.2智能灌溉系统原理图的设计 123.2.1启动Protel DXP 2004 123.2.2电路原理图文件的新建和保存 123.2.3元件的查找和放置 133.3智能灌溉系统印制电路板（PCB）的设计 163.3.1新建印制电路板文件 163.3.2规划印制电路板 163.3.3将电路原理图文件传输到PCB中 16第四章 系统软件的设计 214.1流程图 21总结 23参考文献 25致谢 25附录 25第一章 绪论1.1 前言水是一切生命过程中不可替代的基本要素，也是维系国民经济和社会发展的重要基础资源。

过去，人们认为水是取之不竭、用之不尽的天然资源因为在那些年代，科学技术不够发达，经济发展不够迅速，人口数量少，人们对水的使用总是很随意，水资源似乎总也用不完随着科技不断进步，经济高速发展，生产力极大提高以及人口只增不减，水资源危机开始显现并日渐明显随着中国农业现代化进程的高速发展、农业结构的调整以及我国加入世贸组织等因素，节水灌溉自动化技术的要求越来越高，灌溉控制器在我国有着巨大的市场节水灌溉控制器近期在中国应朝着价格低、性能可靠、操作简便的方向发展但从长远利益考虑，新的智能化技术、传感技术和农业科技的引入、应用和普及，将会有智能化程度更高、功能更强、性能更趋于稳定和可靠的灌溉控制器出现本课题以STC89C52单片机为主要硬件模块，通过软件编程实现对土壤湿度的检测，当所测的实际湿度低于警戒值时，将触发灌溉控制器装置，进行自动灌溉，系统还可以实现时间控制方式，随时灌溉，从而也体现了多用途、人性化的现代智能化系统设计要求根据本设计的功能要求，可确定此方案：以STC89C52单片机为控制电路的核心，采用模块化的设计方案在闭环控制方式下，利用湿度采集模块将不同地点检测到的湿度模拟量进行模数转化后传送给单片机，单片机将采集到的数据与警戒值比较；若采集数据低于警戒值，则启动继电器驱动模块进行灌溉；若采集数据高于警戒值，则不启动驱动模块进行灌溉。

显示模块将采集数据和灌溉信息显示在显示屏上灌溉时间一到，驱动电路则停止继电器工作，灌溉停止在时间控制方式下，用户通过键盘输入进行灌溉的时间，时间一到，灌溉停止1.2国内外现状国内在开发灌溉自动控制系统方面还处于研制、试用阶段，真正能投入实际应用，且应用较广的灌溉控制器还是很少在开发的产品中有着代表性的，如北京澳作生态仪器有限公司的澳作智能节水灌溉控制系统可与各种滴、喷灌系统连接，实时监测土壤墒情，根据要求活，手动、半自动、全自动任选且可随意在计算机上更改，可同时控制多个设备，受控区位置及形状，环境参数及设备状态可同时显示在中心计算机上北京奥特思达科技有限公司研制的WT-02型微喷灌定时自动控制器，是一种供农业、草坪、果园、温室一般场合给水的电子灌溉自动控制系统国外一些先进国家，如美国、以色列和加拿大等，运用先进的电子技术、计算机和控制技术，在节水灌溉技术方面起步较早，并已经日趋成熟这些国家从最早的水力控制、机械控制，到后来的机械电子混合协调式控制，到现今应用广泛的计算机控制、模糊控制和神经网络控制等，控制精度和智能化程度越来越高，可靠性越来越好，操作也越来越简便近年来随着农业对自动化程度要求的提高，以色列出现灌溉用的可编程逻辑控制器(PLC)，这种控制器通过把不同的网络连接到主机上进行数据采集和处理。

随着控制技术、传感器技术的发展，以色列开发出了现代诊断式控制器，这种控制器把以前不可能采集到的信息通过不同的传感器来获得，通过因特网、远程控制、GSM等来实现数据传输，然后通过计算机中的一些模型来处理信息，作出灌溉计划1.3智能灌溉系统的简介随着水资源问题的加剧，发展节水型农业变得十分必要目前，除了采用喷灌、微灌等节水灌溉技术，采用先进的自动化控制技术按作物实际需水为依据，实施精确灌溉，提高水的利用率的智能灌溉系统也逐渐受到青睐使用智能灌溉系统，不但能有效的利用水资源，还能提高自动化生产效率，大大降低人力成本，降低管理成本，显著提高效益1.4本次设计中担任的工作为了设计的完善，我们组各自分工在本次设计中本人主要负责原理图的绘制与PCB电路板的绘制在做之前，我查阅了相关的元器件资料并了解它的功能然后在进行原理图的绘制及印制电路板的绘制第二章 系统硬件电路的设计2.1本设计任务和主要内容论文研究用单片机控制模拟智能灌溉系统对土壤湿度测量、土壤湿度和时间显示、湿度阈值设定及存储等基本功能进行分析与研究主要内容如下：（1）自动工作状态，根据湿度数据自动控制打开或关闭灌溉设备，以 L1 点亮指示；（2）手动工作状态，通过按键控制打开或关闭灌溉设备，以 L2 点亮指示；（3） 系统上电后处于自动工作状态，系统初始湿度阈值为 50%，此时若湿度低于50%，灌溉设备自动打开，达到 50%后，灌溉设备自动关闭；（4）灌溉设备打开或关闭通过继电器工作状态模拟。

2.2模拟智能灌溉系统框图如图2.1所示图2.1 模拟智能灌溉系统框图2.3 STC89C52单片机简介STC89C52（如图2.2所示）是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容图2.2 STC89C52引脚图引脚功能VCC：供电电压GND；接地P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高输入P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据、地址的第八位在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL门电流P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流这是由于内部上拉的缘故P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故RST：复位输入当振荡器复位器件时， RST引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位ALE：当访问外部程序存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的8位字节PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当ST89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。

在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN信号不出现XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端XTAL2：振荡反相放大器的输出端2.4实时时钟模块“模拟智能灌溉系统”通过读取 DS1302 时钟芯片相关寄存器获得时间，DS1302芯片时、分寄存器在程序中设定为系统进行初始化设定，时间为 08 时 30 分2.4.1 DS1302 基本功能DS1302可以对年、月、日、周、日、时、分进行计时，且具有闰年补偿等多种功能引脚图如图2.3所示图2.3 DS1303引脚DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地 址/命令序列送入移位寄存器其次，RST提供终止单字节或多字节数据传送的方法。

当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态上电运行时，在Vcc>2.0V之前，RST必须保持低电平只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平I/O为串行数据输入输出端(双向)SCLK为时钟输入端控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址;最低有效位(位0)如为0表 示 要进行写操 作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出2.5按键模块键盘的工作原理键盘的基本工作原理就是实时监视按键，将按键信息送入计算机在键盘的内部设计中有定位按键位置的键位扫描电路、产生被按下键代码的编码电路以及将产生代码送入计算机的接口电路等等，这些电路被统称为键盘控制电路如图2.4所示在本次设计中只需运用四个按键，故选用独立按键图2.4 按键连接单片机原理2.6模数转换模块将模拟量转化成数字量。