基于單片機的智能灌溉系統(tǒng)1

1、摘 要水是一切生命過程中不可替代的基本要素，水資源是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。我國是世界上13個貧水國之一，人均水資源占有量只有世界人均水平的l/4。生產(chǎn)和生活占了大量用水。其中農(nóng)業(yè)灌溉用水占全國年總用水量的67左右，是節(jié)水潛力最大的領(lǐng)域。改變農(nóng)業(yè)灌溉方式是節(jié)約農(nóng)業(yè)用水的主要途徑。農(nóng)業(yè)灌溉方式中，滴灌是目前最為有效的一種。 本設(shè)計包括硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。硬件電路部分主要包括時鐘電路設(shè)計，復(fù)位電路設(shè)計，報警電路設(shè)計，土壤濕度傳感器的選用，主控單片機的選用，數(shù)據(jù)存儲電路和數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計，LED顯示部分和串行通信的設(shè)計。單片機選用AT89C51；數(shù)據(jù)存儲電路采用外部靜

2、態(tài)數(shù)據(jù)存儲器6264；數(shù)據(jù)采集電路采用A/D轉(zhuǎn)換器AD574實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；設(shè)計的顯示部分采用6位LED顯示，74LS138實現(xiàn)其位選，CD4543實現(xiàn)其段選。土壤濕度傳感器將采集到的數(shù)據(jù)送入A/D轉(zhuǎn)換器AD574，數(shù)據(jù)存儲到外部靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器6264，最終由LED顯示部分顯示，讀出數(shù)據(jù)。軟件部分包括對主程序、數(shù)據(jù)采樣子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序的簡單設(shè)計。本設(shè)計的本系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)的可靠性高關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)灌溉；單片機；傳感器；A/D轉(zhuǎn)換；LED顯示AbstractWater is the essential basic factor for all lifecycles. wa

3、ter resource is the important basic resource for social economics and society development. China is one of the 13 countries in the world which have the shortage problem with water resource. the average water distribution is only a quarter of the world. Production industry and every day life usages h

4、ave taken up the major part of water usage. Agricultural industry uses up about 67% of the total water resource and it is the major stream for water saving. Making changes to the ways of agricultural industry water usage is the main direction of saving agricultural water usage. Drip irrigation is th

5、e most effective technique currently in agricultureal irrigation. This design includes hardware ciruit design and software design.In this topic,the hardware circuit designincludes clock circuit design, reset circuit design, alarm circuit design, the selection of soil dampness detectors, the selectio

6、n of single chip microcomputer, data detection and store design, LED monitor part and serial communication circuit design. Single chip uses AT89C51; data storage circuit uses external stable data storage 6264; data detection circuit uses A/D converter AD574 to achieve the conversion; the display par

7、t of the design uses six digits LED monitor, 74LS138 achieves position selection, CD4543 achieves interval selection. Soil dampness detector will transfer detected data to A/D converter AD574; data is stored to external stable data storage space 6264, in the end, the LED monitor displays parts of th

8、e data for interpretation. Software includes the design of main program, data detection subprogram, data interpretation subprogram,and data display subprogram designs. The hardware design has advantage in a simple circuit, and high reliability of the program. Keywords: agricultural irrigation;single

9、chip;detector;A/D converter;LED monitor目 錄摘要IAbstractII第1章引言11.1農(nóng)業(yè)自動灌溉11.2國、外灌溉現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢21.3課題研究目的與主要容4第2章農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)52.1滴灌原理概述52.2土壤濕度傳感器82.3模糊控制9第3章基于MCS-51單片機的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計113.1單片機選型113.2時鐘電路143.3復(fù)位電路143.4A/D轉(zhuǎn)換電路153.5數(shù)據(jù)存儲電路193.6LED顯示電路203.7串行通信電路243.8報警電路27第4章基于MCS-51單片機的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)軟件設(shè)計294.1系統(tǒng)主程序設(shè)計304.2數(shù)據(jù)采

10、集子程序334.3數(shù)據(jù)處理子程序344.4數(shù)據(jù)顯示子程序364.5數(shù)據(jù)通信子程序37第5章結(jié)論40參考文獻41致42附錄4340 / 43第1章 引言1.1 農(nóng)業(yè)自動灌溉水資源緊缺是中國的基本國情，特別是北方地區(qū)嚴重缺水，人均水資源量只占全國人均水平的1/4，水資源、土地資源、經(jīng)濟社會發(fā)展的布局嚴重失衡，生產(chǎn)和生活用水不斷增長大量擠占了自然生態(tài)用水，已使黃河斷流、華北地區(qū)地下水位大幅度下降、生態(tài)環(huán)境急劇惡化，水資源短缺已成為地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。解決北方地區(qū)缺水有多種途徑，但立足點應(yīng)放在節(jié)約用水上，要建設(shè)節(jié)水型社會、節(jié)水型城市、發(fā)展節(jié)水型產(chǎn)業(yè)，不論居民生活、城市發(fā)展，還是各項經(jīng)濟活動都

11、要厲行節(jié)水，提高水的利用效率和效益。我國農(nóng)業(yè)灌溉用水占全國年總用水量的67左右，是用水大戶，也是節(jié)水潛力最大的領(lǐng)域，節(jié)約灌溉用水對我國實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義。因為：第一、農(nóng)田灌溉耗水量最多，約占全國總耗水量的2/3，北方地區(qū)更是高達80%左右，節(jié)約灌溉用水可有效緩解水的供需矛盾；第二、目前農(nóng)田灌溉無效耗水的比重很大，發(fā)展節(jié)水灌溉不僅可以減少無效耗水、提高作物產(chǎn)量，同時還能減少土地鹽漬化危害和面源污染，改善生態(tài)問題，一舉多得1。因而，解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問題，對于緩解水資源的緊缺是非常重要的。在灌溉領(lǐng)域合理地推廣自動化控制，不僅可以提高資源利用率，緩解水資源日趨緊的矛盾，還可以增加農(nóng)作物的

12、產(chǎn)量，降低農(nóng)產(chǎn)品的成本。灌溉系統(tǒng)的自動化水平較低，這也是制約我國高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。以色列、日本、美國等一些國家已采用先進節(jié)水灌溉制度。由傳統(tǒng)的充分灌溉向非充分灌溉發(fā)展，對灌區(qū)用水進行監(jiān)測預(yù)報，實際動態(tài)管理。采用傳感器來監(jiān)測土壤的情況和農(nóng)作物的生長，實現(xiàn)水管理的自動化。高效農(nóng)業(yè)和精細農(nóng)業(yè)要求我們必須提高水資源的利用率。要真正實現(xiàn)水資源的高效，僅憑單向節(jié)水灌溉是不可能實現(xiàn)的。必須將水源開發(fā)、輸配水、灌水技術(shù)和降雨、蒸發(fā)、土壤情況和農(nóng)作物需水規(guī)律等方面統(tǒng)一考慮。做到降水、灌溉水、土壤水和地下水聯(lián)合調(diào)用，實現(xiàn)按期、按需、按量自動供水。自動灌溉技術(shù)在發(fā)達國家，特別是大面積種植或缺水地區(qū)極其適用。按

13、灌溉方式分為噴灌、地面灌、微灌等。微灌又分為滴灌、微噴灌、涌泉灌、地下滲灌。自動灌溉將充分發(fā)揮現(xiàn)有的節(jié)水設(shè)備的作用，優(yōu)化調(diào)度，提高效益；通過自動控制節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用，更加節(jié)水節(jié)能，降低灌溉成本，提高灌溉質(zhì)量；使灌溉更加科學(xué)、方便，提高管理水平；研制和推廣節(jié)水灌溉控制新技術(shù)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的需要2。1.2 國、外灌溉現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢地面灌溉技術(shù)研究方面，水平畦灌、階式水平畦灌的研究不斷深入，傳統(tǒng)的畦灌、溝灌也由過去單純研究灌水技術(shù)要素對灌水均勻性、水分深層滲漏的影響，轉(zhuǎn)向綜合研究灌水技術(shù)要素對土壤水肥運移、對水肥淋失的影響；同時，開發(fā)了膜上灌等新型灌水技術(shù)，并得到較大面積推廣。水平畦灌是田面非常平整

14、條件下的畦灌，要求供水流量大、土地平整精度高，必須在進行測量后，采用激光平地技術(shù)。該技術(shù)在美國等發(fā)達國家被稱為是地面灌溉最重要的進展之一。波涌灌溉利用了致密層在發(fā)展中不斷減小田面糙率與土壤入滲特性這一客觀規(guī)律，逐次為以后各周期的灌溉水流創(chuàng)造了一個加速水流推進與提高減滲效果的新接口。渾水波涌灌溉則是利用含沙量較高的水進行波涌灌溉，能夠起到更加明顯的效果。在噴、技術(shù)研究方面，國外一直非常重視噴灌水肥需求規(guī)律與水肥耦合高效利用方面的研究，施肥灌溉應(yīng)用十分普遍。在微灌水肥高效利用方面，以色列、美國、荷蘭等國家對不同作物的施肥灌溉制度和微灌施肥灌溉專用液體肥料進行了2030年的研究，取得了豐富的成果，已

15、經(jīng)研制出了針對多種經(jīng)濟作物水肥高效利用的專家管理系統(tǒng)。我國從20世紀(jì)70年代起，就針對微灌開始了研究和試驗示工作，開展了微灌條件下的土壤水分與溶質(zhì)運移規(guī)律、日光溫室和大田經(jīng)濟作物的灌溉制度、水肥耦合模式、滴灌施肥技術(shù)等研究工作。在噴微灌設(shè)備方面，對注肥設(shè)備的研制取得了可喜的進展，但對滴灌施肥灌溉條件下養(yǎng)分的運移以與施肥灌溉系統(tǒng)運行參數(shù)幾乎沒有涉與。施肥灌溉自動控制環(huán)節(jié)薄弱，施肥灌溉軟件方面研究嚴重滯后是造成這一局面的主要原因。國外現(xiàn)有滴灌施肥灌溉自動控制軟件也只能在給定施肥量的情況下控制肥液濃度與施肥歷時，而未能將作物施肥灌溉制度、土壤特性、氮素運移模式相結(jié)合，形成決策、管理一體化的軟件。國外

16、由于長期的技術(shù)積累，一些著名公司不斷有新產(chǎn)品推出。在節(jié)水灌溉產(chǎn)品快速開發(fā)平臺技術(shù)中，提出的高精度快速成型專用設(shè)備是快速成型領(lǐng)域研究的熱點，但是目前沒有見到開發(fā)成功的報道。特別是微涂層的實現(xiàn)是技術(shù)難點，由于受到材料性能的限制，依靠自然流平無法達到很小的層厚，并且受到表面浸潤性能的影響，必須采取相應(yīng)措施才能實現(xiàn)，目前正從材料、涂層方法方面力爭有所突破。近幾年，根據(jù)中國國情，我國已研發(fā)出大射程旋轉(zhuǎn)式微噴頭、長流道新型薄壁微灌帶、帶離心清洗裝置的自動反沖過濾器、帶穩(wěn)壓機構(gòu)的連續(xù)精量水動式施肥泵、低壓壓力調(diào)節(jié)器、節(jié)能異形噴嘴、可調(diào)霧化程度與射程的多功能噴頭、新型短流道噴頭、輕小型噴灌機組、新型中遠射程噴

17、頭、國產(chǎn)激光控制精細平地鏟運設(shè)備等節(jié)水灌溉設(shè)備和系統(tǒng)。一批節(jié)水產(chǎn)品初步表現(xiàn)出較強的市場前景和進一步開發(fā)的潛力。如蜂窩管滲流集蓄新產(chǎn)品，長流道新型薄壁微灌帶，帶離心清洗裝置的自動反沖過濾器，帶穩(wěn)壓機構(gòu)的連續(xù)精量水動式施肥泵，作物根區(qū)局部控水灌溉裝置，國產(chǎn)激光控制精細平地鏟運設(shè)備，控制性分根交替灌溉孔口灌灌水器和交替閥等將會取得較大突破3。在工程節(jié)水技術(shù)方面, 國外的研究主要集中在渠系建筑物建設(shè)技術(shù)方面。相對來說，技術(shù)正在趨于成熟，主要是探索新型建筑結(jié)構(gòu)形式。而新材料配方與其應(yīng)用技術(shù)的研究卻相對要活躍得多。國外都正在較普遍的將高分子材料應(yīng)用在渠道防滲中，尤其是在高分子膜料的應(yīng)用上已取得了不少實用的

18、研究成果。但薄膜易刺破和凍脹地區(qū)凍融破壞的問題還沒有很好的解決。因此，各國都正在不斷研究開發(fā)技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理的高分子合成新材料。我國目前采用的渠道防滲防凍技術(shù)主要是保溫整體剛性防滲防凍脹措施，適應(yīng)性較差、易損壞或成本高。剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)具有適應(yīng)凍融變形、脹而不裂和防滲、減輕凍脹的特性，能同時有效解決滲漏和凍脹的問題，應(yīng)用高分子材料研制技術(shù)可靠、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟合理的剛?cè)峄旌辖Y(jié)構(gòu)或純?nèi)嵝越Y(jié)構(gòu)作為渠道的護砌結(jié)構(gòu)是我國科技人員正在努力研究的方向。在灌區(qū)灌溉用水管理中，綜合各種預(yù)測技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)的灌溉用水計算機管理系統(tǒng)已開始在我國灌區(qū)大面積應(yīng)用，使灌區(qū)的灌溉用水實現(xiàn)了由靜態(tài)用水向動態(tài)用水的轉(zhuǎn)變，為提高灌區(qū)水資

19、源的利用率提供了技術(shù)保障。為實現(xiàn)渠系優(yōu)化配水的要求，應(yīng)用計算機技術(shù)的渠道水量、流量實時調(diào)控的研究也在國外逐步興起。灌區(qū)用水管理系統(tǒng)方面，已逐步轉(zhuǎn)向研究將數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識庫和地理信息系統(tǒng)有機結(jié)合的灌區(qū)節(jié)水灌溉綜合決策支持系統(tǒng)。特別是近年來發(fā)達國家已開展了基于田間水肥等生產(chǎn)要素的巨大差異性，利用GPS和G1S、RS和計算機控制系統(tǒng)，精細準(zhǔn)確調(diào)整灌水施肥的精準(zhǔn)灌溉技術(shù)研究，為最大限度地優(yōu)化各項農(nóng)業(yè)投入，充分挖掘田間水肥差異性所隱含的增產(chǎn)潛力創(chuàng)造了條件。實現(xiàn)灌區(qū)現(xiàn)代化管理，首先要有灌溉工程控制設(shè)備的自動化，其次有先進的系統(tǒng)運行軟件對系統(tǒng)控制問題進行決策，從而建立灌區(qū)現(xiàn)代化管理決策支持系統(tǒng)，指導(dǎo)灌溉

20、用水過程。1.3 課題研究目的與主要容節(jié)水灌溉技術(shù)與其配套設(shè)備，在我國經(jīng)過近30多年的快速發(fā)展，在總結(jié)相關(guān)成果的基礎(chǔ)上，初步形成了其技術(shù)體系，在某些方面已達到或接近國際先進水平。但由于我國經(jīng)濟發(fā)展水平與科研體制的限制，我國的節(jié)水灌溉技術(shù)與發(fā)達國家還有很大的差距。隨著我國水資源供需矛盾日益尖銳，農(nóng)業(yè)用水分配額減少的問題勢必日益突出，同時為了緩解我國進入WTO外國農(nóng)產(chǎn)品對我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的壓力，如何快速發(fā)展我國的節(jié)水灌溉技術(shù)與其配套設(shè)備，從而緩解我國農(nóng)業(yè)用水壓力與發(fā)展高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品以加國外產(chǎn)品的競爭已經(jīng)是一個不容忽視的嚴峻問題。我國目前95%以上的灌溉面積采用地面灌溉方法。改進地面灌溉技術(shù)，提高地面灌溉

21、的灌水效果對緩解我國水資源短缺、保持灌溉農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本課題任務(wù)是設(shè)計一個通過單片機控制的節(jié)能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)。要實現(xiàn)與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)相比具有結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、實時性好、靈敏度高；功耗低，操作簡便等優(yōu)點。測量數(shù)據(jù)能夠在LED上顯示出來，結(jié)果直觀。和傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)備相比成本大大降低，而且抗干擾性好、安裝維護方便、測量精度高，具有較高的性能和價格比。該系統(tǒng)可對不同土壤的適度進行監(jiān)控，并進行適時、適量的灌溉。第2章 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)2.1 滴灌原理概述噴灌、滴灌、微噴灌等任何一種高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用，都必需通過與技術(shù)相配套的設(shè)備來實現(xiàn)的。長期以來，我國的噴灌、滴灌、微噴灌技術(shù)的

22、推廣應(yīng)用一直沒有得到長足的發(fā)展，這與國節(jié)水灌溉設(shè)備、器材制造業(yè)發(fā)展滯后有密切關(guān)系。國現(xiàn)有的節(jié)水灌溉設(shè)備、配套器材制造廠多為一些轉(zhuǎn)產(chǎn)的小企業(yè)，生產(chǎn)技術(shù)裝備落后、專業(yè)化生產(chǎn)程度低，生產(chǎn)與科研脫節(jié)，這是國產(chǎn)節(jié)水灌溉設(shè)備成本高，性能不穩(wěn)定、質(zhì)量差、不耐用的根本原因。國產(chǎn)設(shè)備價高，質(zhì)量差不僅影響了技術(shù)的推廣應(yīng)用，還給農(nóng)民造成不應(yīng)有的經(jīng)濟損失，甚至挫傷農(nóng)民節(jié)水灌溉的積極性。因此，抓好噴灌、滴灌、微噴灌的設(shè)備生產(chǎn)，以質(zhì)優(yōu)、價廉的國產(chǎn)設(shè)備來支持高效節(jié)水灌溉技術(shù)的加速發(fā)展是必要的。在事實上，加速發(fā)展高效節(jié)水灌溉技術(shù)與節(jié)水灌溉設(shè)備和配套器材制造業(yè)的發(fā)展壯大，也是存在互動關(guān)系，相互依存，相互促進發(fā)展，也是可以取得“

23、雙贏”的效果。微灌技術(shù)大都用于經(jīng)濟作物，是目前農(nóng)民比較關(guān)心的一種節(jié)水灌溉技術(shù)，它是在滴灌的基礎(chǔ)上發(fā)展起來一種節(jié)水灌溉技術(shù)，微灌包括滴灌、微噴灌、滲灌、小管涌流灌等多種方式。它是以少量的水濕潤作物的根區(qū)附近的部分土壤的一種局部灌溉技術(shù)，其特點是灌水流量小、一次灌溉延續(xù)時間較長，灌水周期短，能夠準(zhǔn)確的控制水量，能把水和養(yǎng)分直接地輸送到作物根部附近的土壤中去。微灌特別是在經(jīng)濟作物，應(yīng)用效益十分突出,因此很適合一家積使用一戶小面積使用。據(jù)統(tǒng)計，采用該項技術(shù)后，可節(jié)水50（每畝每茬可節(jié)水287.5立方米，省電71.88度）,省地1520、省工50、省肥2030，省藥10，增產(chǎn)1530，特別是明顯降低棚的

24、濕度，解決了冬季溫棚生產(chǎn)放風(fēng)減濕與封閉保溫的矛盾，有利于作物的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。微灌具有以下優(yōu)點：(1)高效省水微灌系統(tǒng)全部由管道輸水，因此損失少，灌水時只濕潤作物根部附近的部分土壤，灌水量小，灌水均勻度可達8090，水的利用率高。 (2)節(jié)能 微灌比噴灌的工作壓力低、耗能少。(3)增產(chǎn)微灌能適時適量地向作物根系附近灌水，供肥，有的還可調(diào)節(jié)棵間的溫度和濕度，不會造成土壤的板結(jié)，為作物提供了良好的生長環(huán)境，有利于實現(xiàn)高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。實踐證明，微灌較地面灌水方式可增產(chǎn)30左右。 (4)對土壤和地形的適應(yīng)性強微灌的灌水速度可快，可慢。因此對粘土和沙土都適合?？梢赃M行間隙灌溉，這樣可使作物的根系經(jīng)常

25、保持合適的水分，又不會產(chǎn)生深層的滲漏。 (5)省工、省力。 (6)利用咸水、污水咸水、污水經(jīng)過處理后，當(dāng)水質(zhì)達到要求時可進行微灌灌溉4。滴灌技術(shù)是通過干管、支管和毛管上的滴頭，在低壓下向土壤經(jīng)常緩慢地滴水；是直接向土壤供應(yīng)已過濾的水分、肥料或其它化學(xué)劑等的一種灌溉系統(tǒng)。它沒有噴水或溝渠流水，只讓水慢慢滴出，并在重力和毛細管的作用下進入士壤。滴人作物根部附近的水，使作物主要根區(qū)的土壤經(jīng)常保持最優(yōu)含水狀況。這是一種先進的灌溉方法。滴灌技術(shù)的優(yōu)點：(1)節(jié)水、節(jié)肥、省工滴灌屬全管道輸水和局部微量灌溉，使水分的滲漏和損失降低到最低限度。同時，又由于能做到適時地供應(yīng)作物根區(qū)所需水分，不存在外圍水的損失問

26、題，又使水的利用效率大大提高。灌溉可方便地結(jié)合施肥，即把化肥溶解后灌注入灌溉系統(tǒng)，由于化肥同灌溉水結(jié)合在一起，肥料養(yǎng)分直接均勻地施到作物根系層，真正實現(xiàn)了水肥同步，大大提高了肥料的有效利用率，同時又因是小圍局部控制，微量灌溉，水肥滲漏較少，故可節(jié)省化肥施用量，減少污染。運用灌溉施肥技術(shù)，為作物與時補充價格昂貴的微量元素提供了方便，并可避免浪費。滴灌系統(tǒng)僅通過閥門人工或自動控制，又結(jié)合了施肥，故又可明顯節(jié)省勞力投入，降低了生產(chǎn)成本。(2)控制溫度和濕度傳統(tǒng)溝灌的大棚，一次灌水量大，地表長時間保持濕潤，不但棚溫、地溫降低太快，回升較慢，且蒸發(fā)量加大，室濕度太高，易導(dǎo)致蔬菜或花卉病蟲害發(fā)生。因滴灌屬

27、于局部微灌，大部分土壤表面保持干燥，且滴頭均勻緩慢地向根系土壤層供水，對地溫的保持、回升，減少水分蒸發(fā)，降低室濕度等均具有明顯的效果。采用膜下滴灌，即把滴灌管（帶）布置在膜下，效果更佳。另外滴灌由于操作方便，可實行高頻灌溉，且出流孔很小，流速緩慢，每次灌水時間比較長，土壤水分變化幅度小，故可控制根區(qū)土壤能夠長時間保持在接近于最適合蔬菜、花卉等生長的濕度。由于控制了室空氣濕度和土壤濕度，可明顯減少病蟲害的發(fā)生，進而又可減少農(nóng)藥的用量。(3)保持土壤結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)溝畦灌較大灌水量作用下，使設(shè)施土壤受到較多的沖刷、壓實和侵蝕，若不與時中耕松土，會導(dǎo)致嚴重板結(jié)，通氣性下降，土壤結(jié)構(gòu)遭到一定程度破壞。而滴灌

28、屬微量灌溉，水分緩慢均勻地滲入土壤，對土壤結(jié)構(gòu)能起到保持作用，并形成適宜的土壤水、肥、熱環(huán)境。(4)改善品質(zhì)、增產(chǎn)增效由于應(yīng)用滴灌減少了水肥、農(nóng)藥的施用量以與病蟲害的發(fā)生，可明顯改善產(chǎn)品的品質(zhì)?？傊?，較之傳統(tǒng)灌溉方式，溫室或大棚等設(shè)施園藝采用滴灌后，可大大提高產(chǎn)品產(chǎn)量，提早上市時間，并減少了水肥、農(nóng)藥的施用量和勞力等的成本投入，因此經(jīng)濟效益和社會效益顯著。設(shè)施園藝滴灌技術(shù)適應(yīng)了高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的要求，這也是其能得以存在和大力推廣使用的根本原因5。在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中，描述土壤中水含量的概念有：體積百分數(shù)，重量百分數(shù)，水層厚度，田間持水量，相對含水量，水儲量，土壤濕潤層深度。 通常所測量的

29、土壤含水量是指土壤的容積含水量，因為這樣可以忽略土樣的容重。土壤的容積含水量是容積土壤中水分容積與土壤容積的比例。重量百分數(shù)是指濕、干土質(zhì)量之差與干土質(zhì)量的比值，就是土的含水量。水層厚度是指在一定厚度的土層中，水分的厚度毫米數(shù)；用它表示土壤含水量的優(yōu)點在于與氣象資料和作物耗水量所用的水分表示方法一致，便于互 相比較和互相換算。田間持水量指在地下水較深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允許水分充分下滲，并防止蒸發(fā)，經(jīng)過一定時間，土壤剖面所能維持的較穩(wěn)定的土壤水含量。達到田間持水量時的土水勢為50350毫巴，大多集中于100300毫巴間。田間持水量長期以來被認為是土壤所能穩(wěn)定保持的最高土壤含水量

30、，也是土壤中所能保持懸著水的最大量，是對作物有效的最高的土壤水含量，且被認為是一個常數(shù)，常用來作為灌溉上限和計算灌水定額的指標(biāo)。但它是一個理想化的概念，嚴格說不是一個常數(shù)。雖在田間可以測定，但卻不易再現(xiàn)，且隨測定條件和排水時間而有相當(dāng)?shù)某鋈耄手两裆袩o精確的儀器測定方法。相對含水量是指土壤自然含水量占某種水分常數(shù)的百分數(shù)。土壤濕潤層深度是決定灌水定額的主要參數(shù)之一，實際中濕潤層的深度硬取決于作物根系密集層深度，并與土壤剖面水分的消失深度有關(guān)，它隨著生育期和根系發(fā)育的變化而改變。土壤濕度傳感器A/D轉(zhuǎn)換器AT89C51單片機RS232LED顯示報警放大驅(qū)動PC機數(shù)據(jù)顯示電磁閥圖2-1 單片機控制

31、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 土壤濕度傳感器傳感器是檢測系統(tǒng)中與被測對象直接發(fā)生聯(lián)系的部分，是信息輸入的窗口，它為檢測系統(tǒng)提供必要的原始信息。檢測系統(tǒng)獲取信息的質(zhì)量也往往是由傳感器的性能一次性確定。為了能使其輸出在精度要求圍之反映被測量，傳感器必須具備一定的基本特性，因為只有這樣，傳感器的輸出才能作為其輸出的量度。傳感器的基本特性是指傳感器的輸出與輸入之間的關(guān)系特性，一般分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性兩類。當(dāng)被測量不隨時間變化或變化很慢時，可用一系列靜態(tài)參數(shù)來描述和表征傳感器的靜態(tài)特性。當(dāng)被測量隨時間變化很快，可用一系列動態(tài)參數(shù)來描述和表征傳感器的動態(tài)特性6。本設(shè)計采用的是美國生產(chǎn)的AQUA-TEL-TDR便攜式

32、土壤水分儀。其技術(shù)參數(shù)如下：(1)測量土壤水分圍:0-100%vol(2)重復(fù)性誤差:<1(3)溫度圍:-600 to 850；精度:+2(4)電源:12VDC士20% 40mA(5)輸出:01 mA可選420 mA或05V其特點如下：(1)可長期埋設(shè)；(2)長度增加，提高測量的準(zhǔn)確性；(3)容易攜帶，使用簡單；(4)能耗極低；(5)最經(jīng)濟的TDR原理水分探頭。2.3 模糊控制在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵，系統(tǒng)動態(tài)的信息越詳細，則越能達到精確控制的目的。然而，對于復(fù)雜的系統(tǒng)，由于變量太多，往往難以正確的描述系統(tǒng)的動態(tài)，于是工程師便利用各種方法來

33、簡化系統(tǒng)動態(tài)，以達成控制的目的，但卻不盡理想。換言之，傳統(tǒng)的控制理論對于明確系統(tǒng)有強而有力的控制能力，但對于過于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)，則顯得無能為力了。因此便嘗試著以模糊數(shù)學(xué)來處理這些控制問題。模糊理論(Fuzzy Theory)是為解決真實世界中普遍存在的模糊現(xiàn)象而發(fā)展的一門學(xué)問，是積極承認主觀性問題的存在，進而以模糊集合理論來處理不易量化的問題，以便能適當(dāng)而可靠的處理人們主觀評估問題的方法。1974年,英國的E.H.Mamdani首次用模糊邏輯和模糊推理實現(xiàn)了世界上第一個實驗性的蒸汽機控制,并取得了比傳統(tǒng)的直接數(shù)字控制算法更好的效果,從而宣告模糊控制的誕生7。傳統(tǒng)的矢量控制系統(tǒng)需要電機

34、的精確數(shù)學(xué)模型，當(dāng)由于磁飽和或電機繞組溫度變化引起電機部參數(shù)變化時，會影響系統(tǒng)的控制效果。模糊邏輯處理是利用隸屬函數(shù)和模糊規(guī)則來求解那些含糊不清、不確定與不精確的問題。模糊控制是指基于模糊邏輯描述一個過程的控制算法。模糊控制器主要嵌有操作人員的經(jīng)驗和直覺知識。模糊控制的最大優(yōu)點在于不依賴被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，并能克服非線性因素的影響，對調(diào)節(jié)對象的參數(shù)變化不敏感，即具有較強的魯棒性。模糊控制的優(yōu)點：(1)它是一種非線性控制方法，工作圍寬，使用圍廣，特別適合非線性系統(tǒng)的控制。(2)它不依賴于對象的數(shù)學(xué)模型，對無法建?；蚝茈y建模的的復(fù)雜對象，也能利用人的經(jīng)驗知識來設(shè)計模糊控制器完成控制任務(wù)；而傳統(tǒng)

35、的控制方法都要已知被控對象的數(shù)學(xué)模型，才能設(shè)計控制器。(3)它具有在的并行處理機制，表現(xiàn)出較強的魯棒性，對被控對象的特性變化不敏感，模糊控制器的設(shè)計參數(shù)容易選擇調(diào)整。算法簡單，執(zhí)行快，容易實現(xiàn)。不需要很多的控制理論知識，容易普與推廣8。模糊控制的基本思想:把人類專家對特定的被控對象或過程的控制策略總結(jié)成一系列以"IF(條件)THEN(作用)"形式表示的控制規(guī)則,通過模糊推理得到控制作用集,作用于被控對象或過程.控制作用集為一組條件語句,狀態(tài)語句和控制作用均為一組被量化了的模糊語言集,如“正大”,“負大”,“正小”,“負小”,零等。模糊控制的作法即直接將對事物多個方面評估的意

36、見與其影響事物狀況的重要程度作加權(quán)的運算，其意義在于希望系統(tǒng)性的分析出該事物的真實情況，其運算方式類似一般常用的“加權(quán)平均”，易于為人所接受。 簡言之，模糊控制理論就是模仿人的思維方式和經(jīng)驗來實現(xiàn)自動控制的一種控制方法。第3章 基于MCS-51單片機的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計3.1 單片機選型鑒于控制的復(fù)雜性和兼顧顯示、報警、閉環(huán)控制等較高要求，本設(shè)計決定用單片機作為中心控制器?，F(xiàn)流行的單片機有很多種，8位單片機的控制功能較強，品種最為齊全。它不僅具有較大的存儲容量和尋址圍，而且中斷源、并行I/O接口和定時器/計數(shù)器個數(shù)都有了不同程度的增加，并集成有權(quán)雙工串行通信接口；在指令系統(tǒng)方面，普遍增

37、設(shè)了乘除指令和比較指令。其中MCS-51系列以較高的性價比博得很多用戶的青睞。所以，本系統(tǒng)采用美國Intel公司生產(chǎn)的AT89C51型單片機，由于其具有集成度高、處理功能強、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉等優(yōu)點并具有4K字節(jié)的程序存儲器，使得它應(yīng)用起來更加方便。1、AT89C51功能特性如下所述：(1)8位CPU；(2)含4KBytes的程序存儲器；(3)含256KBytes的數(shù)據(jù)存儲器；(4)程序存儲器可外部擴展至64Kbytes；(5)數(shù)據(jù)存儲器可外部擴展至64Kbytes；(6)一組全雙工的串行口；(7)兩組16位計時/計數(shù)器；(8)五個具有可編程為2層中斷優(yōu)先權(quán)的中斷源；(9)具有邏

38、輯運算能力；(10)32條雙向且可被獨立尋址的I/O；(11)具有時鐘振蕩電路，一般工作頻率為12MHz或11.0592MHz。圖3-1 AT89C51引腳圖2、主要引腳功能：(1)VCC：供電電壓。(2)GND：接地。(3)P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。(4)P1口：P1口是一個部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4

39、TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 (5)P2口：P2口為一個部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的

40、容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。(6)P3口：P3口管腳是8個帶部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：表3-1 P3口管腳功能表端口引腳 特殊功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 （外部中斷0）P3.3 （外部中斷1）P3.4 T0（定時/計時器0外部輸入）P3.5 T1（定時/計數(shù)器1外部輸入）P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲器

41、寫選通）P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。(7)RESET：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RESET腳兩個機器周期的高電平時間。(8)ALE/：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是，每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作

42、用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。(9)：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。(10)/VPP：當(dāng)保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存儲器。注意加密方式1時，將部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時，此間部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。(11)XTAL1：反向振蕩放大器的輸入與部時鐘工作電路的輸入。(12)XTAL2：來自反向振蕩器的輸出9。3.2 時鐘電路MCS-51雖

43、然有部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外接元件，圖3-2是MCS-51的外部時鐘電路。外接晶體以與C2和C3構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。該設(shè)計選用12MHz晶振，與之相適應(yīng)的電容的典型值是30pF左右。圖3-2 時鐘電路原理圖3.3 復(fù)位電路MCS-51復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。單片機在開機時都需要復(fù)位，以便中央處理器CPU以與其它功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。該電路兼有上電復(fù)位和按鈕復(fù)位。復(fù)位電路如圖3-3所示。工作原理為：按鈕按

44、下后，RC電路充電，RESET引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RESET端保持10ms以上的高電平，就能用單片機有效的復(fù)位。該設(shè)計時鐘頻率為12MHz，C取22F，R取1K歐姆。復(fù)位電路如圖3-3所示。圖3-3 復(fù)位電路原理圖3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換接口是系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集前向通道的一個重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集是在模擬信號源中采集信號,并將之轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入計算機的過程。因此,完成數(shù)據(jù)采集應(yīng)具備下述基本部件:模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和信號調(diào)節(jié)電路,采樣/保持放大器,模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器,通道控制電路。前向通道中,被測物理量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號,而每一種傳感器都有與之配套的接口電路, 接口電路再將這一信號轉(zhuǎn)換

45、成電壓信號。多路轉(zhuǎn)換開關(guān)用來完成多路模擬信號的切換,信號調(diào)節(jié)則是將微弱的模擬信號轉(zhuǎn)換成能滿足A/D轉(zhuǎn)換器需要的電平信號。為了減少動態(tài)數(shù)據(jù)采集的孔徑誤差,需要加入采樣/保持電路。因此,數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計不僅僅限于是單純A/D轉(zhuǎn)換芯片的接口設(shè)計,還必須綜合考慮傳感器到CPU的全過程10。AD574是美國模擬器件公司（Analog Devices）生產(chǎn)的12位逐次逼近型快速A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速度為35s，轉(zhuǎn)換誤差±0.05，是目前我國廣泛應(yīng)用、價格適中的A/D轉(zhuǎn)換器，其部有三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與各種微處理器連接，且無須加邏輯接口電路，便能與CMOS與TTL電平兼容。部配置高精度參考電

46、壓源和時鐘電路，使它不需任何外部電路和時鐘信號，就能完成A/D轉(zhuǎn)換，應(yīng)用非常方便。AD574由兩部分組成，一部分是模擬芯片，另一部分數(shù)字芯片，其中模擬部分由高性能的12位D/A轉(zhuǎn)換器AD565和參考電壓組成。數(shù)字部分由控制邏輯電路，逐次逼近型寄存器的三態(tài)緩沖器組成?？刂七壿嫴糠?，用來發(fā)出啟動/停止始終信號與復(fù)位信號，并控制轉(zhuǎn)換過程，此部分信號包括5個外部信號以與部轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。整個轉(zhuǎn)換過程結(jié)束后，輸出一個標(biāo)志狀態(tài)STS（低電平表明轉(zhuǎn)換結(jié)束）。另外，當(dāng)START信號出現(xiàn)高電平時，標(biāo)志狀態(tài)STS開始變?yōu)楦唠娖?，直到轉(zhuǎn)換過程結(jié)束才變?yōu)榈仉娖?。在AD574芯片上有兩組控制引腳，即通過控制引腳（CE，和

47、），以與部寄存器控制輸入引腳（和A）。通用控制引腳的功能與大多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器相似，主要決定裝置定時、尋址、啟動脈沖和讀使能等功能。部寄存器控制輸入引腳是大多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器所沒有的，它們用來選擇輸出數(shù)據(jù)的形式和轉(zhuǎn)換脈沖長度。AD574的引腳如圖3-4所示。圖3-4 AD574引腳圖主要引腳功能：(1)CE是轉(zhuǎn)換器的啟動和數(shù)據(jù)讀出端。和R/引腳來控制的。當(dāng)CE=1時，=0，且R/=0時，轉(zhuǎn)換過程開始；而CE=1，=0，而R/=1時，數(shù)據(jù)可以被讀出。(2)為數(shù)據(jù)格式選擇端。當(dāng)=1時，雙字節(jié)輸出，即12位數(shù)據(jù)線同時生效輸出，可用于12位或16位微型計算機系統(tǒng)。=0時，為單字節(jié)輸出，可與8位CPU接口連

48、接，AD574采用左對齊的數(shù)據(jù)格式，與A配合，使數(shù)據(jù)分兩次輸出。A=0時，高8位數(shù)有效。A=1時，則輸出低4位數(shù)據(jù)加4位附加0。請注意，引腳不能有TTL電平控制，必須直接接至+5V（引腳1）或數(shù)字地（引腳15）。(3)A為字節(jié)選擇端。A引腳有兩個作用，一是選擇字節(jié)長度；二是與8位微處理器兼容時，用來選擇讀出字節(jié)。在轉(zhuǎn)換之前，設(shè)A=1，AD574按8位A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為10。設(shè)A=0，12位A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為25，這與的狀態(tài)無關(guān)。再讀周期中，A=0時，高8位數(shù)據(jù)有效；A=1時，則低4位數(shù)據(jù)有效。注意，如果=1，A的狀態(tài)不起作用。綜上所述，可寫出AD574控制信號組合表，如表3-2所示。表

49、3-2 AD574控制信號組合表CE R/ 12/A 操作0 x x x x 禁止x 1 x x x 禁止1 0 0 x 0 啟動12位轉(zhuǎn)換v 0 0 x 1 啟動8位轉(zhuǎn)換1 0 1 接1腳（+5V） x 輸出數(shù)據(jù)格式為并行12位1 0 1 接地 0 輸出數(shù)據(jù)格式為并行8位1 0 1 接地 1 低4位加上尾隨4個零數(shù)據(jù)線DB0到DB11，高8位接于P00到P07，低4位接于P04到P07。數(shù)據(jù)格式控制端接地，可與8位單片機兼容，12位數(shù)據(jù)分兩次傳送。WR ,RD與非門后，接于CE，無論讀或?qū)?，CE =1時AD574均工作。通過74LS373接于P01,只要 P01=0則啟動轉(zhuǎn)換器；P01=1則

50、讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。A0通過74LS373接于P00，即接于P00的狀態(tài)可控制轉(zhuǎn)換位數(shù)和讀取字節(jié)的方式。圖3-5AD574與單片機接口電路圖3.5 數(shù)據(jù)存儲電路AT89C51單片機片有128B的RAM，在實際應(yīng)用中僅靠這256B的數(shù)據(jù)存儲器是遠遠不夠的。這種情況下可利用MCS-51單片機所具有的擴展功能擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。MCS-51系列單片機最大可擴展64KB。常用的數(shù)據(jù)存儲器有靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器和動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器。由于在實際應(yīng)用中，需要擴展的容量不大，所以一般情況采用靜態(tài)RAM。6264是靜態(tài)RAM擴展。圖3-6 6264引腳圖6264是8K×8位靜態(tài)隨機存儲器，采用CMOS工藝制造，單一+

51、5V電源供電，額定功率200mW，典型存取時間200ns，采用雙譯碼編址方式，為28線雙列直插式封裝，其引腳如圖3-6所示,工作方式選擇如表3-3所示,6264與AT89C51硬件連接圖3-7所示。其引腳功能如下所述：(1)地址線A12A0（13條）：A12A0位輸入地址線，用于傳送CPU送來的址編碼信號，高電平表示為“1”，低電平表示“0”。(2)數(shù)據(jù)線D7D0(8條)：D7D0位雙向數(shù)據(jù)線，D7為最高位，D0位最低位，正常工作時，D7D0用來傳送6264的讀寫數(shù)據(jù)。(3)控制線（4條）：允許輸出：該輸入線用于控制從6264中讀出的數(shù)據(jù)是否送到數(shù)據(jù)線D7D0上。片選輸入線CS1和：若CS1=

52、1和=0，則本芯片被選中工作；否則，本6264不被選中工作。讀寫命令線：若為高電平，則6264建立讀出工作狀態(tài)；若為低電平，則6264處于寫入狀態(tài)。(4)電源線（2條）：VCC為+5V電源線，允許在±10圍波動；GND為接地線11。 AT89C51單片機外接數(shù)據(jù)RAM時，P2口輸出存儲器的高8位，P0口分時輸出地址的低8位和傳送指令字節(jié)或數(shù)據(jù)。P0口先輸出低8位地址信號，在ALE有效時將它鎖存到外部地址鎖存器中，然后P0口作為數(shù)據(jù)總線使用，此處地址鎖存器選用74LS373，實際電路連接如圖3-7所示。圖3-7 6264與AT89C51硬件連接原理圖3.6 LED顯示電路進入二十一世紀(jì)

53、以來，顯示技術(shù)作為人機聯(lián)系和信息展示的窗口，已應(yīng)用于娛樂、工業(yè)、軍事、交通、教育、航空航天、衛(wèi)星遙感和醫(yī)療等各個方面，顯示產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為電子信息工業(yè)的一大支柱產(chǎn)業(yè)。在我國，顯示技術(shù)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的商品在信息產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值的45%左右。電子顯示器可分為主動發(fā)光型和非主動發(fā)光型兩大類。前者是利用信息來調(diào)制各像素的發(fā)光亮度和顏色，進行直接顯示；后者本身不發(fā)光，是利用信息調(diào)制外光源而使其達到顯示的目的。顯示器器件的分類有各種方式，按顯示容、形狀分為數(shù)碼、字符、軌跡、圖表、圖形的圖像顯示器；按所用顯示材料可分為固體、液體、氣體、等離子提和液晶體顯示器。單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，常用的顯示器件有LED（發(fā)光二極管顯示器）

54、和LCD(液晶顯示器)。這兩種器件都具有成本低廉、配置靈活、與單片機接口方便的特點。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展。近年來，也開始出現(xiàn)有配置簡易形式的CRT顯示器，以方便圖形顯示。LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。這種顯示塊有共陰極和共陽極兩種。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管共地。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮；共陽極LED顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極為低電平時，發(fā)光二極管點亮。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)常使用的是七段LED顯示塊中有8的發(fā)光二極管，也叫8段顯示器。其中7個發(fā)光二極管構(gòu)成7筆字型“8”；一個發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點的“.”。7段發(fā)光二極管，再加上一

55、個小數(shù)點位，共計8位，因此提供給LED顯示器的字型數(shù)據(jù)正好一個字節(jié)。本設(shè)計選用的顯示塊是共陰極的LED（共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極接地，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮）。將單片機I/O口的8位線與顯示塊的發(fā)光二極管的引出端（adp）相連，共陰極低電平有效，選通有效后8位并行輸出口輸出不同的數(shù)據(jù)就點亮相應(yīng)的發(fā)光二極管，獲得不同的數(shù)字或字符。共陰極和共陽極LED數(shù)碼宣示器的字模如表3-3。表3-3 LED顯示器字模表顯示字符 共陽極 共陰極 顯示字體 共陽極 共陰極0 C0H 3FH b 83H 7CH1 F9H 06H c C6H 39H2 A4H 5BH d A1H 5EH3 B0H 4FH E 86H 79H4 99H 66H F 8EH 71H5 92H 6DH P 8CH 73H6 82H 7DH U C1H 3EH7 F8H 07H Y 91H 31H8 80H 7FH H 89H 6EH9 90H 6FH L C7H 76Ha 88H 7FH “滅” FFH 00H單片機控制控制LED顯示器工作時,要提供