水肥一體化控制系統(tǒng)-畢業(yè)論文

水肥一體化控制系統(tǒng)專業(yè)班級：機(jī)制2012-1 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。就我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表和撰寫的研究成果，也不包含為獲得xxx大學(xué)或其他教育機(jī)本人簽名導(dǎo)師簽名2我國人口眾多，土地資源有限，由于農(nóng)業(yè)發(fā)展的初期技術(shù)水平的有限，導(dǎo)致了水資對于農(nóng)田里的作物，分為普通的糧食型作物，如小麥、大米等，和經(jīng)濟(jì)型作物，如水果、茶葉等。影響作物產(chǎn)量和質(zhì)量的因素有很多種，在這些眾多因素中濕度是一個(gè)非常重要的因素，根據(jù)土壤的濕度實(shí)施相應(yīng)的施肥和灌溉策略是一個(gè)有效的方案。本文設(shè)計(jì)了一種基于STC89C52RC的新型51單片機(jī)的水肥一體化控制系統(tǒng)。系統(tǒng)通過濕度傳感器YL-69檢測環(huán)境中的濕度的變化，并實(shí)時(shí)顯示土壤的當(dāng)前濕度，便于技術(shù)人員觀察和控制，同時(shí)可以設(shè)置土壤濕度的上下限值，當(dāng)土壤的濕度不在設(shè)定的范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)會報(bào)警通知技術(shù)人員。在對土壤溫濕度監(jiān)控的基礎(chǔ)上進(jìn)行了科學(xué)的灌溉和施肥，進(jìn)而開可以通過系統(tǒng)制定水肥控制方案，實(shí)現(xiàn)水肥一體化控制。該型號的傳感器使用方便，精度本文給出了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件程序的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了土壤溫濕度的實(shí)時(shí)自動檢測的功能，根據(jù)土壤濕度實(shí)現(xiàn)科學(xué)的、自動化的、周期性的灌溉和施肥。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，該方案中的土壤傳感器采樣速度快，轉(zhuǎn)換出來的結(jié)果準(zhǔn)確度高，通過土壤濕度來制3InordertomaintainthesustainabledevelopmentprecisionfertilizerforthecurrentreseAmongthemanyfactorsthataessential,thisarticleisdesignedbasedonAT89S52humiditymeasuringinstintheterminalenvironmentsensordetectsthetemperatureandhumprocessingandtransmission.Basedonthesoiltemperatureandheenhousefield,flowersandvegetables,grassfsoil,plantculture,scientificexperiments.Thispaperpresentsthedesignofthesystemtemperatureandhumidbasedonsoiltemperatureandhumidity.PracticehasprovedthatthetemperaturmeasuringinstrumenthashighaccuraKeywords:YL-69soiltempIntegrationofwaterandfertilizer;4 2 2 3 3 4 6 7 7 8 8 9 9 2.1.3AD轉(zhuǎn)換芯片的選擇 2.2軟件方案 3.1供電電路 3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)和10口分配 3.3AD轉(zhuǎn)換電路 2 25 275xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文4.1軟件開發(fā)環(huán)境 4.2系統(tǒng)詳細(xì)流程 4.3按鍵控制流程 294.4AD轉(zhuǎn)換流程 40附錄1完整電路原理圖 41附錄2系統(tǒng)程序源代碼 426xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文第一章緒論世界很多地區(qū)的水資源都嚴(yán)重缺乏，在我國這個(gè)問題也同樣突出，我國人均水資源約為世界人均水平的1/4,占有量只有2300m3,居世界第109位，是13個(gè)缺水國的其中之一。我國的農(nóng)業(yè)灌溉、施肥和農(nóng)藥等全部農(nóng)業(yè)用水平均水平為3900億立方米，約占我國全部供水量的70%,其中灌溉用水量約占農(nóng)業(yè)用水量的90%,占全國總用水量的63%。由于灌排工程設(shè)施不配套、技術(shù)落后、水土管理措施粗放等，我國農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)嚴(yán)重，利用率較低。按照報(bào)道我國年農(nóng)業(yè)澆灌用水的利用系數(shù)平均約為0.43,而先進(jìn)國家達(dá)到了0.7—0.8。根據(jù)年水利用系數(shù)的水平估計(jì)，如果澆灌用水利用率提高，那么有可能節(jié)約用水75億立方米?；试谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著增產(chǎn)節(jié)能的作用，但使用過量，施用不國耕地僅占世界耕地的7%,卻使用了世界35%的化肥。朱兆良在1998年測算目前我國氮肥損失率約為45%,每年我國損失的氮肥約900萬噸，折合人民幣380億元。目前中國氮肥當(dāng)季利用率僅為30%--35%,磷肥利用率僅為15%--20%,鉀肥利用率最高約60%。化肥的大量使用，對環(huán)境和人類的生活造成了很多的危害。它會造成河流的污染、土壤結(jié)構(gòu)的破壞等，除了造成化肥費(fèi)用的浪費(fèi)，對環(huán)境的污染還可能對人類的生活和生存造成比較大的威脅。中國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，中國的農(nóng)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，結(jié)合中國的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的增產(chǎn)，科學(xué)灌溉，節(jié)約和高效使用水資源，保護(hù)環(huán)境正確施肥，需要有效的結(jié)合起來，只有這樣綜合全盤考慮，才能實(shí)現(xiàn)這些重大的目標(biāo)，而水肥一體化精準(zhǔn)控制技術(shù)是其中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。土壤濕度這個(gè)術(shù)語用來表示在一定深度土層的土壤干濕程度的物理量。又稱土壤水分含量。土壤濕度由土壤的局部、平均、分層含水量決定。土壤濕度表明農(nóng)作物的水分供應(yīng)狀況。土壤濕度不宜過高也不宜過低，不然都會對農(nóng)作物的生長造成不利的影響，土壤濕度過低，持續(xù)時(shí)間過長，就會導(dǎo)致干旱的發(fā)生，農(nóng)作物的光合作用就不能正常進(jìn)行或效率較低，這樣農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)就會下降；嚴(yán)重缺水的話還可能導(dǎo)致農(nóng)作物的凋萎和死亡。土壤濕度也不是越高越好，濕度過高的話，會惡化土壤的通氣性，影響土壤內(nèi)部的微生物的活動，使農(nóng)作物根系的呼吸、生長等生命活動受到嚴(yán)重的阻礙，從而影響作物地上部分的正常生長，造成徒長、倒伏、病害滋生等不利的現(xiàn)象。土壤水分的多少還會影響到田間耕作措施和播種質(zhì)量，并影響土壤溫度的高低，進(jìn)而對農(nóng)作的生長過程造成影響。7農(nóng)業(yè)的發(fā)展在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用，決定農(nóng)業(yè)發(fā)展好壞的直接指標(biāo)加上過去人們大量開墾，退耕還林一直在倡導(dǎo)，所以增加耕地面積是不可能的。加上目前農(nóng)業(yè)用水量持續(xù)增長，造成水資源的缺乏，化肥的過度使用造成土壤的貧瘠和環(huán)境的污染，國家對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科技化和規(guī)范化上也投入了大量的精力。水肥控制一體化技術(shù)隨著社會和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，水果已成為農(nóng)民收入的主要經(jīng)濟(jì)來源。全國的土地根據(jù)地形的不同，環(huán)境的差異，有的土地適合種植糧食型作物，如大米、小麥、玉米等，產(chǎn)量、增加果農(nóng)業(yè)收入具有重要現(xiàn)實(shí)意義。而滴灌水肥一體化，充分利用滴灌施肥的節(jié)水節(jié)肥作，從而達(dá)到節(jié)水、節(jié)肥、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的目的。水肥一體化控制技術(shù)是將土壤條件檢測、灌溉與施肥放在一起考慮和控制的農(nóng)業(yè)新技術(shù)。水肥一體控制系統(tǒng)通過管道和滴頭形成滴灌、均勻、定時(shí)、定量，浸潤作物根系發(fā)育生長區(qū)，按比例直接提供給農(nóng)作轉(zhuǎn)換變換為數(shù)字量，然后顯示到LCD上。另外根據(jù)土壤濕度設(shè)計(jì)自動灌溉和施肥功能，技術(shù)和變送器。隨著集成電路的發(fā)展水肥一體化控制系統(tǒng)的主控制器也采用了單片機(jī)來代替PLC,根據(jù)傳感器采集的土壤的環(huán)境參數(shù)通過繼電器來控制電對強(qiáng)電的控制。近年來，水肥一體化控制技術(shù)慢慢趨向于智能化，精確化，給農(nóng)業(yè)生早期我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)發(fā)展較為緩慢，大多數(shù)技術(shù)是從國外引進(jìn)的，水肥一體化控制技術(shù)的發(fā)展和國外大致經(jīng)歷了相似的步驟，由于國內(nèi)的科學(xué)技術(shù)水平，特別8xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文是工藝、原材料等和發(fā)達(dá)國家存在一定的差距，導(dǎo)致國內(nèi)在這方面的技術(shù)相對落后于比較早進(jìn)入智能化農(nóng)業(yè)的國家。目前水肥一體化控制系統(tǒng)正向著智能化、集中控制化發(fā)展，大多數(shù)水肥一體化控制系統(tǒng)都采用單片機(jī)作為處理器，把采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示出來，或者通過以太網(wǎng)、WIFI、CAN總線、串口等通信方式發(fā)送到控制器上，然后做進(jìn)一步的處理。有的水肥一體化控制系統(tǒng)采用的是嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如WINCE、FreeRTOS、μC/OS-II、linux等，基于操作系統(tǒng)的水肥一體化卡，可以在基本的水肥一體化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)更多滿足場景需求的個(gè)性化設(shè)計(jì)，水肥一體化控制系統(tǒng)變得更加智能化、精確化了。本文主要介紹了水肥一體化控制系統(tǒng)的背景和研究意義，然后介紹了水肥一體化控制系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢。接著描述了典型的水肥一體化方案的特點(diǎn)及水肥一體化控制系統(tǒng)的組成部分的特點(diǎn)，水肥一體化的實(shí)現(xiàn)會根據(jù)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的不同有很多方案，每個(gè)方案牽涉的關(guān)鍵技術(shù)可能也不同，本文選擇了A/D轉(zhuǎn)換、按鍵輸入、LCD顯示和數(shù)碼管顯示的方案進(jìn)行了系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，文章的第二章對系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了說明，第三章和第四章分別對該方案的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的敘述。第五章講述了系統(tǒng)的測試和最終取得的效果，第六章對該方案進(jìn)行了總結(jié)。主1.第一章緒論，討論了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。2.第二章討論了水肥一體化的實(shí)現(xiàn)方案和本文中實(shí)現(xiàn)方案的總體設(shè)計(jì)。3.第三章討論了水肥一體化控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)。4.第四章討論了水肥一體化控制系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)。5.第五章講述了系統(tǒng)的測試和最終取得的效果。6.第六章得出結(jié)論，并對本文的方案進(jìn)行了評價(jià)和展望。9xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本文要實(shí)現(xiàn)的功能要求是使用土壤水分傳感器檢測土壤濕度，把土壤濕度傳感器采集到的模擬量通過AD轉(zhuǎn)換變換為數(shù)字量，然后顯示到LCD上。另外根據(jù)土壤濕度設(shè)計(jì)自動灌溉和施肥功能，LCD實(shí)時(shí)顯示灌溉和施肥的狀態(tài)，同時(shí)系統(tǒng)還具有定時(shí)灌溉和施肥的功能。基于上面的要求，考慮到系統(tǒng)的實(shí)用性和拓展性，本系統(tǒng)還增加了通信接口，擬采用RS485進(jìn)行通信，可在大面積的田地里放置多個(gè)這樣的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以互相通信，這樣有利于對大規(guī)模田地的土壤進(jìn)行綜合全面的檢測，已達(dá)到灌溉和施肥的高效、均衡的特點(diǎn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框圖如圖2-1所示。按鍵控制數(shù)碼管顯示水肥控制模塊供電部分微控制器(MCU)串口通信報(bào)警器STM32F103系列單片機(jī)⑤,一種是增強(qiáng)型的51單片機(jī)STC89C52RC。STM32F103單片機(jī)采用ARM的32位Cortex-M3內(nèi)核，最高可達(dá)到72MHz的工作頻率，存儲器在64KB-128KB,具有較高的性能，但是成本較51單片機(jī)要高，考慮到水肥一體化控制系統(tǒng)不需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算和控制流程，最終本系統(tǒng)選取了STC的51單片機(jī)STC89C52RC。STC89C52RC單片機(jī)是STC(宏晶科技)生產(chǎn)的高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合4。STC89C52RC單片機(jī)有32個(gè)IO口，兩個(gè)外部中斷INTO和INT1,另外還具有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和串口通信等功能，能滿足大部分的電子、通信和工業(yè)控制的用途。圖2-2是STC89C52RC管腳圖。1234567892.1.2濕度傳感器的選擇農(nóng)作物從土壤中吸收水分的能力與土壤水分的張力和土壤水分的含量都有關(guān)系。土壤水分張力告訴你它是多么容易從土壤中吸取水分。當(dāng)土壤飽和，有大量的水在孔隙空下，吸吮冰飲料，當(dāng)你第一次飲用，很容易喝一杯。你越喝就越難從冰中獲得液體，你必須用力吸取，它和植物根部是一樣的，隨著水含量的減少，植物的根從土壤中吸取水分需要的吸力就要更大了。當(dāng)土壤緊張達(dá)到一定閾值時(shí)，即使土壤中存在水分，植物也不能中土壤中獲取水分了。此時(shí)，該植物由于不能從土壤吸取水分開始枯萎，如果水沒代表水分含土壤總量的百分比。想象一下一立方米的表層土，拉出所有的土壤顆粒并壓縮它們，刪除它們之間的所有間隙(假設(shè)它下降至原體積的40%左右)。作為有機(jī)物是相同的，這將占據(jù)的體積的約5%,剩下什么?該總量的剩余部分是由可通過空氣或水占據(jù)土壤濕度傳感器測量土壤中的容積含水量。由于游離土壤濕度的直接重力測量要求去除，干燥，和一個(gè)樣本的加權(quán)，而土壤濕度傳感器，通過使用的一些其他屬性間接測量含水量，如電阻，介電常數(shù)，或者與中子，作為水分含量的代替。所測量的屬性和土反射微波輻射被土壤濕度的影響，并用于在水文和農(nóng)業(yè)遙感。便攜式探測儀器可以通過農(nóng)民和園丁使用。土壤濕度傳感器在農(nóng)業(yè)種植、景觀灌溉、研究、園藝方面都有應(yīng)用。測量土壤濕度是重要的農(nóng)業(yè)應(yīng)用，幫助農(nóng)民更有效地管理他們的灌溉系統(tǒng)。知道在各自領(lǐng)域的具體土壤水分條件，不僅農(nóng)民能夠使用更少的水種植作物，他們也能夠增加產(chǎn)量和作物改良土壤水分管理過程中關(guān)鍵的植物生長階段的質(zhì)量。在城市和郊區(qū)，景觀和住宅草坪使用的土壤水分傳感器與灌溉控制器的接口。連接土壤水分傳感器到一個(gè)簡單的灌溉時(shí)鐘將其轉(zhuǎn)換成一種“智能”灌溉控制器，當(dāng)土壤濕度已經(jīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)可以防止灌溉的繼續(xù)發(fā)生，例如近期降雨事件。高爾夫球場使用的土壤水分傳感器，以提高他們的灌溉系統(tǒng)的效率，防止過度澆水，化肥和其他化學(xué)物質(zhì)滲入地下浸出。土壤水分傳感器在眾多研究中得到應(yīng)用，例如用于在農(nóng)業(yè)科學(xué)和園藝包括灌溉計(jì)劃，氣候研究，或環(huán)境科學(xué)，包括溶質(zhì)運(yùn)移研究和土壤呼吸測量為輔助傳感器。那些不需要電源相對便宜和簡單的設(shè)備可用于檢查植株是否有足夠的水分，茁壯成長。將探針插入土壤中大約60秒后，綜合考慮，本系統(tǒng)選取了YL-69土壤濕度傳感器來測量土壤的濕度。該模塊傳感器模塊套件包括有2件-傳感器部分，以及輸出和感光度控制的PCB。感光度控制的PCB有4個(gè)引腳(VCCGND,D0,A0)在一邊，和2個(gè)引腳在另外一側(cè)，和傳感器傳連接起來。傳感器(YL-69)只有2針。當(dāng)在兩個(gè)從頂側(cè)看時(shí)，傳感器的右側(cè)必須連接到PCB的左側(cè) (標(biāo)有GND符號),和傳感器的左側(cè)，連接到PCB的右側(cè)。當(dāng)有土壤水分不足，模塊輸出出HIGH值；當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定的閾值以上，模塊D0輸出低值。模擬輸出A0給出了土(1)可調(diào)整靈敏度的電位計(jì)；(2)數(shù)字和模擬雙輸出；(3)固定的螺孔，易安裝；(4)電量指示器和數(shù)字輸出LED;(5)電壓范圍：3.3-5V;圖2-3為YL-69傳感器的實(shí)物圖，圖2-4為YL-69傳感器的原理圖。xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文幸的飛一N幸的飛一NNA-OUTB2NA本系統(tǒng)采用的AD轉(zhuǎn)換芯片是ADC0832。該AD轉(zhuǎn)換芯片有并行和串行總線操作兩種方式，本系統(tǒng)選用的是串行總線的操作方式，該方式的芯片具有體積小，操作簡單等特點(diǎn)?！?位分辨率；·輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；·5V電源供電時(shí)輸入電壓在0~5V之間；芯片接口說明：·CS為片選使能管腳，低電平芯片使能，芯片開始工作，高電平芯片停止工作?！HO模擬輸入通道0,或作為IN+/-使用?！H1模擬輸入通道1,或作為IN+/-使用?！ND芯片參考0電位(地)?！I數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。·DO數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。本系統(tǒng)中利用的ADC0832芯片是采用的SPI三總線協(xié)議，兼容通用的SPI總線協(xié)議，利用此協(xié)議，可以節(jié)省大量的I0口。輸入的模擬量，即電壓的范圍是0到5V,輸出的數(shù)xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文字量的范圍是0到255,模擬量到數(shù)字量的計(jì)算公式是：其中，ADResult是AD轉(zhuǎn)換后輸出的數(shù)字量的值，V為該數(shù)字量對應(yīng)的模擬本系統(tǒng)采用的ADC0832原理圖如圖8所示。2.2軟件方案水肥一體化控制系統(tǒng)的軟件方案可采用嵌入式系統(tǒng)和裸機(jī)程序兩種?；诓僮飨到y(tǒng)的方案，整個(gè)程序可分成多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都在等待事件的發(fā)生，多任務(wù)又可按任務(wù)的優(yōu)先級進(jìn)行排列，CPU可根據(jù)算法對這些任務(wù)進(jìn)行調(diào)度執(zhí)行。多任務(wù)模式使CPU的使用率達(dá)到最大，使程序易于開發(fā)和維護(hù)。如果不是基于操作系統(tǒng)的裸機(jī)程序的話，那么程序中會有一個(gè)死循環(huán)，單片機(jī)所有的控制操作都在這個(gè)循環(huán)中，程序中需要設(shè)置一些全局的標(biāo)志變量，這些變量會因?yàn)橹袛嗷蛴布淖兓淖?，在循環(huán)中，根據(jù)這些標(biāo)志位的不同，程序會做出不同的控制。這種方案相較操作系統(tǒng)的方案來說，某個(gè)任務(wù)需要一個(gè)循環(huán)的時(shí)間才能執(zhí)行一次，任務(wù)響應(yīng)度低，但是這種方案開發(fā)起來比較簡單，對于控制邏輯不太復(fù)雜的場合使用仍然比較多，考慮到本系統(tǒng)只是實(shí)現(xiàn)了土壤濕度的采集與現(xiàn)實(shí)，簡單的通信功能，以及對灌溉和施肥的簡單控制等功能，控制流程并不是很復(fù)雜，故本系統(tǒng)采用了這種方案。2.3系統(tǒng)總體執(zhí)行流程系統(tǒng)上電后，會對相關(guān)硬件做一系列的初始化工作，然后液晶顯示器顯示“Waterandxxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文FertilizerIntegratedControlSystem"等字樣。初始化工作完成后，土壤濕度傳感器YL-69數(shù)據(jù)，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后，把當(dāng)前土壤的濕度顯示在數(shù)碼管上，用戶根據(jù)當(dāng)前的土壤濕度和其他因素制定灌溉和施肥方案，用戶利用系統(tǒng)提供的鍵盤和LCD1206把方案相關(guān)的參數(shù)輸入到單片機(jī)中，單片機(jī)保存水肥控制方案。主節(jié)點(diǎn)通知其他節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的控制方案，然后單片機(jī)通過電磁閥和繼電器執(zhí)行當(dāng)前用戶設(shè)定的水肥控制方案，LCD1206實(shí)時(shí)顯示灌溉和施肥量，如果達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)，蜂鳴器會報(bào)警提醒用戶。圖2-9為系統(tǒng)運(yùn)行的總體流程圖。圖2-9系統(tǒng)運(yùn)行總體流程圖xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本文中設(shè)計(jì)的水肥一體化控制系統(tǒng)的硬件模塊主要有供電部分、土壤濕度采集部分、AD轉(zhuǎn)換部分、獨(dú)立按鍵控制電路、1602液晶顯示器顯示部分電路、串口通信部分、水肥控制部分和報(bào)警電路部分等。下面分模塊對重要的硬件模塊進(jìn)行介紹。3.1供電電路本系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用的供電電源是電腦的USB端口，USB2.0接口能提供的電源電壓是5V,電流是500mA。在實(shí)際應(yīng)用中不可能還采用USB供電的電源方案，故系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中擬采用的供電電源是達(dá)晨自動化的開關(guān)電源，它的輸入是220V的交流電，輸出是+/-12V。圖3-1是達(dá)晨自動化的開關(guān)電源。的GND;V1接PCB的+12V。電源芯片LM2575-5來完成+12V到+5V的電壓轉(zhuǎn)換，給xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文L42-7三2圖3-2實(shí)際應(yīng)用中系統(tǒng)擬采用的供電電路P0.7)、P1(P1.0-P1.7)、P2(P2.0-P2.7)、P3(P3.0-P3.7),xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文RST/VPDP0P3.2/INTOPSENP21123456789_圖3-3單片機(jī)最小系統(tǒng)表3-1單片機(jī)的IO口使用情況單片機(jī)IO口用途LCD1602數(shù)據(jù)端口(DO-D7)驅(qū)動蜂鳴器驅(qū)動LED1和LED2驅(qū)動按鍵KEY1-KEY3接LCD1602的RSxxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文接ADC芯片ADC0832的CS3.3AD轉(zhuǎn)換電路該設(shè)計(jì)的ADC芯片型號為ADCO832。它是一款分辨率為8位的AD轉(zhuǎn)換芯片，雖然轉(zhuǎn)換精度不是很高，但對于本系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，要求精度并不是很高，完全可以勝任工作。本系統(tǒng)中利用的ADC0832芯片是采用的SPI三總線協(xié)議，兼容通用的SPI總線協(xié)議，利用此協(xié)議，可以節(jié)省大量的IO口，其原理圖如圖3-4所示。684圖3-4AD轉(zhuǎn)換電路3.4按鍵控制電路系統(tǒng)在方案設(shè)計(jì)上采用的矩陣式鍵盤，相對于獨(dú)立按鍵，矩陣式鍵盤可以完成更復(fù)雜的設(shè)置任務(wù)，而且在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)上矩陣式鍵盤可以節(jié)省大量的IO口。矩陣式鍵盤xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文的電路原理圖如圖3-5所示。圖3-5矩陣鍵盤電路原理圖矩陣式鍵盤在讀取鍵值時(shí)采用的是行列掃描的方式，圖3-6的流程圖描述了矩陣式鍵盤的詳細(xì)掃描過程。xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文行置高，列拉低檢測有無按下?有掃描第一行是否按下?是是否按下?掃描第四行掃描第二行是是否按下?返回OxFF返回鍵值退出返回鍵值退出返回鍵值退出返回鍵值退出掃描第三行是否按下?是是圖3-6矩陣鍵盤控制流程3.5LCD顯示電路3.5.11602字符型LCD簡介xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文3.5.21602LCD的基本參數(shù)及引腳功能D0-D7為數(shù)據(jù)端口，數(shù)據(jù)端口可以是并行的8根數(shù)據(jù)線，也可以采用通用的三總線協(xié)議SPI,考慮到數(shù)據(jù)顯示的及時(shí)性，本系統(tǒng)采用了并行數(shù)據(jù)總線的方案。RS,RW,EN是控制信號，這些管腳直接與單片機(jī)的IO口相連。1.顯示容量：16×2個(gè)字符2.芯片工作電壓：4.5—5.5Vxxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文3.工作電流：2.0mA(5.0V)4.模塊最佳工作電壓：5.0V5.字符尺寸：2.95×4.35(W×H)mm本系統(tǒng)的報(bào)警器采用的是無源蜂鳴器，蜂鳴器的驅(qū)動電路如圖3-9所示。蜂鳴器用8550三極管驅(qū)動，單片機(jī)的P14口接三極管的基極，P14為高電平時(shí)，三極管工作在飽和區(qū)，發(fā)射極和集電極導(dǎo)通，蜂鳴器工作。當(dāng)P14為低電平時(shí)，蜂鳴器停止工作。圖3-9蜂鳴器驅(qū)動電路3.7繼電器驅(qū)動電路繼電器驅(qū)動電路如圖3-10所示，繼電器的驅(qū)動原理和蜂鳴器的驅(qū)動原理類似，但由于繼電245JP20Designer是Protel的升級版本，相比于Protel,AltiumDesigner做了比較大的改進(jìn)，更能兼容win7系統(tǒng)，增了比較多的原理圖庫和原件封裝，使原理圖的繪制和PCB的制作更加方便了。圖3-11為AltiumDesigner的工作界面。圖3-11AltiumDesigner的工作界面xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文則繪制PCB,否則可能PCB廠家可能達(dá)不到制作的工藝要求，導(dǎo)致制板的失敗。除了要遵循廠家的制板工藝外，另外一個(gè)需要考慮的重要因素就是電路的電氣特性，設(shè)計(jì)者要明白制作出來的電路實(shí)物要在什么樣的場合，什么樣的環(huán)境中工作，工作持續(xù)時(shí)間是多久，只有盡可能的考慮到實(shí)物在實(shí)際應(yīng)用中的場景因素，制作出來的電路板才有可能在各種情況下穩(wěn)定工作。口0000000000000000000&&b圖3-12系統(tǒng)硬件PCB圖xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)公司在2005年被ARM收購)出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)集成環(huán)境，該IDE功能強(qiáng)大，集成了代碼編寫、語法高亮、編譯、下載、仿真、硬件調(diào)試等功能，而且易學(xué)易用。KeilC51主界面如圖4-1所示。FileEditViewProjecFlashDebugPeripheralsToolssvCSWin田團(tuán)C51.c789sbitLCD1602_rs=P2^5://IO定義22sbitADC?826ucharRH,RH_H=60,RH_L=20,state,日回Pr.8..0Fu|0,Te系統(tǒng)上電后，會對相關(guān)硬件做一系列的初始化工作，然后液晶顯示器顯示"Waterandxxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文FertilizerIntegratedControlSystem"等字樣。初始化工作完成后，用戶通過按鍵設(shè)置土壤濕度的最小值和最大值，并存儲在單片機(jī)的EEPROM存儲器中，以備下一次讀取使用。土壤濕度傳感器YL-69數(shù)據(jù)，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后，把當(dāng)前土壤的濕度顯示在LCD上，用戶利用系統(tǒng)提供的鍵盤和LCD1206把方案相關(guān)的參數(shù)輸入到單片機(jī)中，單片機(jī)保存水肥控制方案。最簡單的控制方案是，當(dāng)當(dāng)前的土壤濕度小于在設(shè)定的最小土壤濕度時(shí)，單片機(jī)通過繼電器驅(qū)動水泵工作，當(dāng)當(dāng)前的土壤濕度大于設(shè)定的最大土壤濕度時(shí)，停止水泵的工作。工作流程如圖4-2所示。在多節(jié)點(diǎn)通信的協(xié)同工作的環(huán)境中，主節(jié)點(diǎn)通知其他節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的控制方案，然后單片機(jī)通過電磁閥和繼電器執(zhí)行當(dāng)前用戶設(shè)定的水肥控制方案，LCD1206實(shí)時(shí)顯示灌溉和施肥量，如果達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)，蜂鳴器會報(bào)警提醒用戶。開始開始YNYN大于最大值1602顯示結(jié)束圖4-2系統(tǒng)詳細(xì)流程圖xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文系統(tǒng)利用三個(gè)獨(dú)立按鍵來設(shè)定目標(biāo)濕度的上限和下限。按鍵的操作流程如圖4-3所開始開始1001Y010結(jié)束最大值加最大值減最小值加最小值減Y00圖4-3按鍵控制流程圖按鍵控制部分的源程序如程序4-1所示。程序4-1按鍵控制程序{{}xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文delay(888);/按鍵去抖{{byte_write(0x2000,RH_H{byte_write(0x2200,RH_L{{{byte_write(0x2000,RH_Hbyte_write(0x2200,RH_{{xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文顯示的程序如程序4-3所示。讀取AD值LCD顯示圖4-4AD轉(zhuǎn)換流程圖xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文ucharRH,RH_H=60,RH_L=20,state,ms,time_{ADC0832_CS=1;//一個(gè)轉(zhuǎn)換周期開始ADC0832_CLK=0;//為第一個(gè)脈沖ADC0832_CS=0;//CS置0,片ADC0832_DIO=1;/DIO置1,規(guī)定的起ADC0832_DIO=1;//DIO置1,通道選擇信號ADC0832_CLK=0;//第二個(gè)脈沖ADC0832_DIO=0;//DI置0,選擇ADC0832_CLK=1;//第三個(gè)ADC0832_CLK=0;//第三個(gè)脈沖下ADC0832_CLK=1;//第四for(i=0;i<8;i++)//高位在前{ADC0832_CLK=1;//第四個(gè)脈沖}returndat;//將讀書的數(shù)據(jù)返回{xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文}voidLCD1602_writebyte(uchar*prointer){while(*prointer!='\0{LCD1602_write(1,*pr}{爍//設(shè)置光標(biāo)不顯示開關(guān)、不顯示光標(biāo)、字符不閃xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文}{{LCD1602_writebyte("Humiif(RH>99)LCD1602_write(1,0x30+RelseLCD1602_writebif(RH>9)LCD1602_write(1,0x30+elseLCD1602_writebLCD1602_write(1,0x30+LCD1602_writebyte("S{{}{xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文LCD1602_writebyte("{LCD1602_writebyte("{if(RH_H>99)LCD1602_write(1,0x30+RH_elseLCD1602_writebyte("");if(RH_H>9)LCD1602_write(1,0x30+RHelseLCD1602_writebyte("");LCD1602_write(1,0x30+RH}LCD1602_writebyte("{{if(RH_L>99)LCD1602_write(1,0x30+RH_elseLCD1602_writebyte("");if(RH_L>9)LCD1602_write(1,0x30+RHelseLCD1602_writebyte("");LCD1602_write(1,0x30+RH}LCD1602_writebyte("%xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文第五章結(jié)論與展望本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參考了大量的水肥一體化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)案例，閱讀了大量的相關(guān)文獻(xiàn)，并結(jié)合實(shí)際情況做了改進(jìn)，從系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊的調(diào)試，到整體調(diào)試，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，最后基本完成了方案的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。具體完成的指標(biāo)為：(1)本系統(tǒng)采用土壤濕度傳感器YL-69檢測土壤的濕度，用AD轉(zhuǎn)換芯片讀取土壤濕度值，然后顯示在LCD1602上。(2)系統(tǒng)可以設(shè)置土壤濕度的上下限，如果土壤的濕度不在預(yù)定的范圍內(nèi)，蜂鳴器會報(bào)警(3)可根據(jù)當(dāng)前土壤濕度的情況制定水肥控制方案，實(shí)現(xiàn)水肥一體化控制；(4)系統(tǒng)電源采用穩(wěn)壓芯片進(jìn)行供電，保證的系統(tǒng)供電的精確性。(5)考慮到系統(tǒng)應(yīng)用于大面積田地的情況，系統(tǒng)在方案上提出了多節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作的模式，每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間可以互相通信，由主節(jié)點(diǎn)制定水肥控制方案，其他節(jié)點(diǎn)配合主節(jié)點(diǎn)完成水肥控制的工作；(6)本系統(tǒng)預(yù)留了串口通信接口，可以與上位機(jī)進(jìn)行通信，配合上位機(jī)可以更好的完成水肥智能化控制的工作。由于時(shí)間等方面的限制，本系統(tǒng)還存在一定的不足，輸出的電流雖然基本上滿足要求，單精度還不是很高。后面的研究工作還可以從以下幾方面展開：(1)更換高精度的土壤濕度傳感器，實(shí)現(xiàn)更高精度的采樣。(2)處理器采用ST公司的STM32F103系列芯片代替51單片機(jī)，STM32單片機(jī)擁有更強(qiáng)的性能。(3)用FreeRTOS或μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)代替裸機(jī)程序，加入操作系統(tǒng)后，配合高性能的STM單片機(jī)，系統(tǒng)可輕松的應(yīng)對多通道的水肥一體化，實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)狀態(tài)等任務(wù)。xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文(4)更換12位或16位的高精度AD轉(zhuǎn)換芯片，使數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換更精確，從而使輸出的電流值誤差更小。(5)更改獨(dú)立按鍵的控制方案為矩陣鍵盤，矩陣鍵盤可以進(jìn)行更復(fù)雜的設(shè)置，滿足系統(tǒng)不同功能的需求。(6)加入GSM短信控制和ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)互通，有效的管理大面積田地的水肥智能控制。xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文光陰似箭，轉(zhuǎn)眼間，四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，四年的大學(xué)生活我受益頗深，無論xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文[1]付勛如.C8051F060的USB高速A/D水肥一體化器設(shè)計(jì)[J].中國核動力研究設(shè)計(jì)院三所.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用.2008年第6期.[2]王云.帶多種接口的多路并行水肥一體化控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2014年3月.[4]STC89C52RC系列單片機(jī)器件手冊.[6]馬中梅，馬廣云，徐英慧.等.ARM嵌入式處理器結(jié)構(gòu)與應(yīng)用基礎(chǔ)[J].北京航空航天大學(xué)出版[7]徐大誠.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用[M[8]李朝青，單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M],北京航空航天大學(xué)出版社，2003年.[9]康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分(第五版)[M],2006年.[10]KennethA.Reek,POINTERSONC[M],人民郵電出版社，2008年.[11]譚浩強(qiáng)，C程序設(shè)計(jì)(第三版)[M],清華大學(xué)出版社，2005年.[12]10-BITDIGITAL-TO-AN[13]LMx58,LMx58x,LM290海交通大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)科學(xué)版),2008,05:445-448.[15]王亮.耐特菲姆與以色列式生存[J].農(nóng)經(jīng)，2011,02:34-35.[16]溫標(biāo)堂.以色列耐特菲姆(NETAFIM)公司灌溉產(chǎn)品在廣西的營銷策略研究[D].廣西大學(xué)，2012.[17]承林.以色列的現(xiàn)代灌溉農(nóng)業(yè)[J].中國農(nóng)資，2011,09:53.[18]吳江.“耐特菲姆”的中國之旅一一訪以色列耐特菲姆現(xiàn)代灌溉和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)公司中國總經(jīng)理李勇[J].中國農(nóng)資，2010,09:66-68.業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012,08:105-110.xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文附錄1完整電路原理圖xxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文附錄2系統(tǒng)程序源代碼#defineuintunsignxxx大學(xué)本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文ucharRH,RH_H=60,RH_L=20,state,m{ADC