基于单片机的节水灌溉自动控制系统的设计

PAGE10PAGE10论引言。的。特殊然气候土地资源经济状况而外引开发。其次是开发出价格昂贵民尽管知道能省人力发内研方面还没形成规模应用范围广成套产品。内一村可根据情和各地经济和发展实际情况采取简可行措施相应排械和备力发展可靠实用和操作简便这样做不仅具广阔而且社会和经济效益。智能型是行田间管理效手段和工具他可提操作准确性利过科学管理降低对操作者本身质减少劳量，更重要的是他能准确，定时，定量高效地给作物自动补充水分，以提高产量，质量，节水和节能。也不能与现代化农化，高效化方发要同步与意义源，水为要，有了水，地上的会。更的是，作为人源了有的程一还时的和会的发类。。农灌溉尤其落后。灌溉系统自动化水平较是制我国高效间。动量，节水、节能。较大的差距，还基本停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉工程的自动化控制系统，也是根据经验法来确定每天灌溉次数和每次灌溉量，如果灌溉量与作物实际需水量相比太少，便不能有效的促进作物健康成长而灌溉量太多，肥水流失，又会造成资动产，、高效方发展要求同步。的作用。与意义智型控制器进行灌溉系统田间管理的有效手段和工具，它可提高操作准确。控制系统，是根据经验法来确定每天灌溉次数和每次灌溉最。如果灌溉量作物实际需水量相比太少，便有效的促进作物健康成长；而灌溉量太多，肥水流失，又会造成资、高效方发展要求同步。、量灌水起到高效灌溉、节水、节用。内容需研究内容为：节水灌溉制状况；节水灌溉制系。节水灌溉控制系统国内外的现状及存在问题内研究并当主要农需水量和需水。经充分灌溉基础上的研究；灌区灌溉中模糊制；节水灌溉没有得到广泛应用而且也没有采用化制思想。我节水灌溉化研究处于起步阶段化程度低目前开灌溉制、试用阶段。在开发的产品中有代表性的如中国农业机械化究院联合多家单位的 等但其成本较高，适用温室内作物。由中国灌排技术开发公司开发的集中或分散式微灌为 以 。福建省水利建设技术中心的节水灌溉自动化控，其应用计算机技术，通讯技术，自动控技术和生态农业技术进行集成化与优化配置，可对大田作物采取三种模式在 ft。 西省万荣县河南省许昌市及江苏省的常熟、雌宁、南通、启东、徐州等地进行了渗灌试点。然而，这些试点仅限试验阶段，没有得到广泛应用，而且也没有采用自动化控的思想。投资太大，多数农民承受不起，所以根本无法普及应用。和产业化程度很高。目前，约有多个国家和地区推广应用微灌技术。美国、前．苏联等功能一体的多功能压力流量控泛的应用，如日本在大多数旱地灌溉。微灌领姆 系公司生产的微灌基本由计算机自动控运行，可根据作物的生长及水、肥状况进行灌水和施肥节约大量人力且管理及时使作物产量和品质都有较大幅度的提剐 。除了大力推广微灌与喷灌技术外，发达国家发展高效农业的另一个重要途径是灌溉管理家已采用了先进灌溉系统。他们采用先进节水灌溉制度，由传统充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用水进行监测预报，实行态管理，采用遥感技术，监测土壤墒情和作物生长，开发和制造了地下湿度传感器可以传回有关土壤水分传感器系统能通过检测植物的计算机。和小面积单机控制两个方向发展，产品一般都能与微机进行通信，并由机对其施行控制。：3-5年产品路标规划也不清晰，往往只有1-2年开发项目计划；清晰研发流程：产品线建设明显滞后于资源线建设、专业研发人才缺乏：在培养关键性研发人才上，缺少相应机制保障。体设计方案计算机控制的基本形式1软件产品像HONEYWELL、WDPF等DCS集散。2、以时操作为础由设人员设在操作运行时应用软件通用有一大批PSOS时操作。这要求用户自己编3tuh例了如SS下RTRTKERNERTOS等都是应用广泛时核。5、直接从最底层采用高级语言或汇编语言编时应用程序，体方案根据际情况及技术要求拟采用 微器作为与数据处理核心以构成节水灌溉。放大驱动用器由、源、、、编程传感放大驱动图 框图根据本计技术求判断是否需此微外程序存储及据存微外存储扩展以构最基本部分若不需则及其钟与复位等构最小是一种 位逐次逼近式 内部具有锁存拟外接 拟端拟分本两道。 分辨率为 位最大不调误差小于士 一 供功耗为 不必零点满调整于出据寄存具有三态出功出具有 故其 能进行转换，这一启动转换信号可由提供，不同型号的转换器，对启动转换信号的要求也不同，分脉冲启动和电平启动两种，采用脉冲启动转换，只需给本系统中与单片机的接口如图所示，采用等待延时方式。的时钟频率范围要求在 单片机的脚的频率是单片机时钟率的，因此当单片机的时钟频率采用 输入时钟频率即为发生启动脉冲后需延时才可读取转换数据。选信号，在启动转换时，由单片机的写信号和。控制的地址锁和转换启动。由与连在一，因此在锁通道地址的同时也启动转换，在读取转换结果时，用单片机的读信号和。引脚一生的正脉冲作为信号，用以开态输出锁器。机控系统中用的量数据的示器发示器数码和段共阴型，每位数码示时公共端接低电平，各发中 字 个的 码码平即可。供电电源单元，供+5V +12V +40V的稳定电压由电压源是现成的设备可以在市场上订制，小结、键盘显示、叙AT89C51、输入部分、输出部分是和必要设计好坏直关到运行稳定性。具来看整个包部分要AT89C51、数、显示义和特点所谓就是把CPU、寄存器、RAM/ROM、集在一块集芯构一个完整微型计算要特点有：、集度高、功能强微型计算通常中央处理器CPU器ROM各部分分别集在不同芯例如大家熟悉Z80微型计算就是Z80-CPU、存储器RAM,ROM 把CPU RAM ROM MCS-51列单和微型计算进行比较不仅积大大减小而且功能大增强MCS-51列内1608MCS-51列4I/O而且还有串行。、结构合理目前Harvard结构这是数存储器与程序存储器相互独立一种Z80Inte18085M6800。况从年12童出8FS从4、8到16、32，段阶段4种I/OI/O同途还配专接口打印接口、键盘及显示接口A可程逻辑阵列译码输出接口A/DD/A转换PLL锁相环声音成电路。丰富功能4位控制功能从使外部接口电路极简第阶段档8年种8址4KB它是8位早期产品Mostek公司3870 公司8048属此8位阶段1978-1982年定时16和容量相对增且寻范围可64Intel公司MCS-51Motorola公司6801和Ziiog公司Z8由于这应领域较广其和性能还在不断地改进和发展。第阶段16位8位1982年至今档8展 了CPU16位外内RAM和ROM容量也进步增内RAM232字节ROM8K内带高速输入输出部件通10A/D82己。本系统选择CMOS8位本系统选择CMOS8位内含4kyh和8ys（RAMMCS-518CPU1为1·MCS-51完全4K字节FLASH·寿命：1000写擦循环·数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24MHz·三级程序锁定128×8RAM32I/O线·16定时计数器5个断源编程串行道·低功耗闲掉电模式振荡时钟电路2功能概述1kh8RAM32口线165向量两级断结构一个全双工串行信口振荡及时钟电路。1下降至zCPU工作RA串行信口及断继续工作掉电方式保RAM但振荡停止工作并禁止它所有部工作直到下一个硬复3从低功耗能8CMOS芯1带有K字节闪速编程及擦除只读EPROM功能说明如下：图 CP0P08O8TTL“1”可8。hP0接指令字节而在程序校验指令字节校验要求外接上拉阻。PlP18OP1缓冲级叫可（或4TTL“1（。h编程和程序校验期间P1接8P2P28OP2缓冲级可（或4TTL“1（。MOVX@DPTRP2送高在访问外部（@RI指令）P2上内容（特殊功R2hP2P3P38OP34TTLP31P3将用I 。ILP3除了作为般I/0更重要用途第二功能如下表3.1所示。P3还些用于 闪速存储器序端引脚第二功能端引脚第二功能外中断 ）外中断 ）定计数器 ）定计数器 ）WR外数据存储器选通））RSTRST片机复用8E仍以钟振荡频率1/6外ALEhCS。RH0禁ALE操作该置后只MOVXMOVCALE才会被激活此外，该引脚会被微弱单片机执行外序ALE。PSEPSE由外序存储器取指令数据每机器周PSEN效即两脉在此当外数据存储器这两次效现。PCPU，EA端必须保持低平需注意如果加密LB1被复会AACC端CPU指Flash+12VVpp12VVpp。12XTAL2XTAL1GND和3-2C1、C2在回并联对C1、C2虽没十严格要求但量小会轻微影响频率低、工稳定性、难易序温度稳定性采如3.2所示种情况下脉冲1即2。件电路部分单机主系统、、数据扩展、显示等组的工作原理系统采单机来实现湿度检测湿敏阻对土壤湿度进行采到转换送到显示度监测监控能进行适度范围设置显示同通过模糊控制算法实现对水泵开关的只能控制主要由 系统、、湿度检测、显示、开湿度模拟量转换数字量并传给控制系统检测否灌溉。主系统电路程、高性能 八位微处理与指令和输出管脚相兼容由于将多功能八位 和闪速结合在芯中因此， 构统具有结构最、造价最廉、效率最高微控制统省去了外、 提高了统性价比如图 。时钟电路

图 主统图种振荡和外振荡有用于构振荡高引脚和分别此放大输入端和输出端由于采用、快速值均左右选 。储的扩展电路机数据 存储地址位口分输出地址低 位传送指令字节数据口先输出低 位地址有效将锁存到地址锁存然后 口数据总线此处地址锁存选用 连数据存储扩展处理电路。 辨率为 最大不调误差小于士 单供功耗为 不必零点满度调整由于。 这启动由 ， 脚 动 电为 查图 。型型度器图 显示电路微机化测控系统中常用的测量数据的显示器有发光二极管显示器简称或数码有 中 字 个的 码码平即可。）～暗。为了保护各段不字位线处于选状态，其它各位的字位线处于断开状态，同时字段线上输出这一位相应要显示字符的字段码。在这一瞬时，只有这一位在显示，其他几位暗。在本系统中，字位线的选与否是过三极管的导因单片机口资源有限，必须对其口进行扩展才能满足实现系统功能，如图所示为用扩展口的个位动态显示器，显示扫描由程控实现，其中口输出字型码，口输出位选信号即扫描信号，图中片选线和的口相连，选输线与口相连，该系统中当且时，选中芯片内三个口。介绍、分、制输出、、向进节自元件其应用十分广泛特别作快可用仿形床进给系统，以数控床用来代替液压马达作工作过程分启、泛应用。％额定时由于反馈不足会造成失控象；时随着降低输出功率效率也相应地按比例降所以此适用于长期高短时间低作低使用。结构及原理由普通鼠笼式气控制装置三部。部分部分上任何系当励线圈通过时产生场爪形便形成很多极此时若枢被鼠笼式拖着旋那么便切割场相互所不同：旋场由定子绕组三相产生而场则由励线圈直产生并由于枢旋才起到旋场。本章小结行了总体概述并选择出单片型号除单片最小系统外将其需设计路归输、外接键盘按键选型以及相关信号调理电路。。各芯片地址编码为口主程序道转换道转换集经滤波存集经滤波存放地址平均值存放地址标度变换后的湿度值存放地址转换后的湿度值存放地址上位机传来的湿度值存放地址上位机传来的时间值存放地址延时参区存放首址定时器 中断服务入口行 中断服务入上位机延时等待两妙钟显示检测到的大于上位机来的警灌溉开开始初始化设定值输入样湿度值送土壤湿度否达预设值N滴喷灌当前湿度值

， 是 以 以 。清单内处理采集转换使 误差服从正态分布。了克服引起误差硬件上可用滤波技术软件上可按照统计规律用字滤波方法抑制有效中成分消除误差本系统即用字滤波法。 。中位值滤波法能有效克服偶然因素引起波或器不稳定引起误码脉冲对变化比较缓慢参用此法能收良好滤波效果。实际上是一种排序方其具体思路是对被测连续样 一般 奇然后把 次样按大小排列取其间本次样。本程序每次对连续样 次， 片内 的 地址单元是样放入内存的首地址结果放入片内 的 地址单元即 地址程序清单（流程图如图 ）变换在微机测控系统经 转换器接口送入微机的据是对被测量进行测量得到的原始据送入微机后通常要先进行一定的处理然后才能输出作显示器的显示据。例如当被测温经热电偶转换成热电势再经放大和转换得到的字是 这个 转换结果 虽然与 温是对应的但上并不是相等的。因此不能当作温去显示或打印必须把 转换结果 换开开始置初始位置采样值取前一取后一后前数前送后元后送前元（R5）-1=0？志位00H=1？取结束与 果 存如所示关关系土壤范围 对应输出电压范围为 为即根据上面公式， ，选则第一组寄存器”次幂相应最

‘因湿度值只能小于 ，故千‘将百送 显示地址‘将十送 显示地‘将送 显示地址动态显示程序根据 动态显示系统电路 控制口的地址为 口地址为口地址，片内显示缓冲区为 ，共 单元对应码管中先取 中的，对应选中最左边的码管，其类推。由于 共阴极接法，并有反相驱动，字型表 中有效的字型码为表 显示段码字型字型共阳极段共阴极段字型共阳极段共阴极段空白清单

指向 控制口设置 工作方式字设 口、 口均输中寄存器 组指向缓冲区末单元显示 位小结软显示程序开始显示程序开始初始化显示缓冲区末地址数码管个数位选字字形码送口位选字送口显示延时指向下一个显示单元（ ）否显示完？（ 指向下一位图 数码管动态显示流程图结 论机 处理、显示等功能Proteus软绘电路原理图利用汇编语言编运行程序该是适性强户只需界面参数进行设置并启正常运行便可满足不同作物时监下位也可脱离上位独工作可作物进行适时、适量不仅有利于作物生长育而且避免资源浪费起到高产作将模糊智能引入分析处理中模糊决策无需建立模糊非常适合具体双输入输出模糊方法使更具科学性。低廉操作非常简可扩性强只稍加改变即可增加其他使功能。代农业具有十分重意义：。。被只是进行两试如果能进行多就会使到值精更高。在模拟中运行较好但样不太稳定等还有待于进一步善提高参考文献[1]吴景社，李久生，李英能等．纪节水农业中的高新技术重点研究领域[J].农业工程学报， .[ [

德安等.单片机原理与应用[M].北京：机械工业出版社, .安富，金诚谦，吴