毕业设计《大棚智能浇灌系统设计》

武汉轻工大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：大棚智能浇灌系统设计学 号: 学 院:电气与电子工程学院专业:电气工程及其自动化摘要随着我国现代化进程的不断发展，各地正在面临着水资源的枯竭，很多行业都在努力的寻找节约用水的方法。大棚种植是现代化农业的典范，特别是在中国大棚种植更是比比皆是，大棚种植就面临一个节水浇灌问题，而节水浇灌依赖智能浇灌系统的节水能力的水平。我国的节水浇灌系统做的并不是很好，智能浇灌技术作为现代社会的一项必不可少的技术，各项各业的节水能力都取决于智能浇灌技术的高低，智能节水浇灌系统是为解决水资源的匮乏，提高用水效率而发展起来的一项现代化的技术。本设计了采用的是一个智能浇灌系统，以8051系列的单片机为核心，用模块化的设计方案完成的。由以下模块组成：（1）温度湿度采集模块，（2）时钟模块，（3）步进电机控制模块，（4）键盘借口模块和显示模块。（5）PH检测模块。第一个模块围绕DHT11温湿度传感器完成的，第二个模块主要是由DS1302和32.768KHZ的晶振组成，第三个模块模块主要是采用达灵顿驱动芯片ULN2003完成的，第四个模块是以LCD12864为核心的。第五个模块主要是 PH传感器和A/D0809。在智能控制下，该系统实时对土壤的温湿度进行采集与对比，当实际温湿度低于设定值时单片机自动启动步进电机进行浇灌，当实际温湿度高于设定值时单片机自动控制步进电机停止浇灌。关键词：8051系列，DHT11温湿度传感器，步进电机，LCD12864，DS1302时钟芯片。Withthedevelopmentofmodernization,theworldisfacingresourcedepletion,allwalksoflifetofindwaystosavewaterinaneffortto.Greenhousecultivationisthemodelofmodernagriculture,especiallyintheChinagreenhouseplantingismeettheeyeeverywhere,greenhouseplantingonthefaceofawater-savingirrigationproblems.Watersavingabilityofwater-savingirrigationonintelligentirrigationsystem.China'swater-savingirrigationsystemisnotverygood,intelligencetechnologyisanessentialtechnologyinmodernsociety,waterconservationabilityofvariousindustriesdependonintelligencetechnologylevel,intelligentwater-savingirrigationsystemisscarceofwaterresources,improvewateranddevelopedatechniqueforefficiency..Thisdesignusesanintelligentirrigationsystem,with8051seriesmicrocomputerasthecore,tocompletethedesignusingmodular.Composedofamodule:(1)thetemperatureandhumiditydataacquisitionmodule,(2)clockmodule,(3)steppermotorcontrolmodule,(4)keyboardinterfacemoduleanddisplaymodule.(5)PHdetectionmodule.ThefirstmoduleonDHT11temperatureandhumiditysensorstocomplete,secondmodulemainlyiscomposedbyDS1302,andthe32.768KHZcrystal,thirdmoduleisusedmainlyinDarlingtonchipULN2003driver,thefourthmoduleLCD12864isthecoreofthe.ThefifthmoduleisthePHsensorandA/D0809.Intheintelligentcontrol,acquisitionandcomparisonoftemperatureandhumidityonthesoilofthereal-timesystem,whentheactualtemperatureandhumidityisbelowthesetvalueofMCUautomaticstartsteppingmotorforirrigation,whentheactualtemperatureandhumidityishigherthanthesetvaluesingle-chipmicrocomputerautomaticcontrolsteppermotortostop.Keywords:8051;DHT11temperatureandhumiditysensor;stepmotor;LCD12864;DS1302.TOC\o"1-5"\h\z1绪论 41.1引言 4\o"CurrentDocument"1.2课题来源 4\o"CurrentDocument"1.3国内外的现状 5\o"CurrentDocument"2方案设计与论证 5\o"CurrentDocument"2.1总体方案与论证 52.2键盘电路 7\o"CurrentDocument"2.3选择温湿度传感器 82.3.1湿度传感器简述 82.3.2数字温湿度传感器DHT11 9\o"CurrentDocument"3系统硬件电路设计 10\o"CurrentDocument"3.1AT89C51单片机硬件结构 103.1.2AT89C51最小系统 133.2直流稳压电源的设计 14\o"CurrentDocument"3.3湿度采集模块 153.3.1温湿度传感器原理 15\o"CurrentDocument"3.4时钟模块 173.4.1时钟模块接线电路 17\o"CurrentDocument"3.5液晶显示模块 193.5.1液晶LCD12864介绍 193.5.2模块主要硬件构成说明 20\o"CurrentDocument"3.6步进电机驱动模块 213.6.1步进电机简介和原理 213.6.2ULN2003驱动模块 21\o"CurrentDocument"3.6.3步进电机驱动模块电路图 22\o"CurrentDocument"3.7PH检测模块 224系统程序设计 244.1主程序设计 24\o"CurrentDocument"4.212864LCD显示子程序设计 25\o"CurrentDocument"5结论 25参考文献 271绪论1.1引言水是所有生命体必不可少的重要元素，是维持人类生产生活最重要物质之一。以前，人们一直相信水是用不尽的自然资源，但是随着社会的不断发展，人类对水资源的需求越来越大了，人们越来越感觉到水资源不够用了，水资源的短缺越来越威胁人类的生产生活，水资源短缺日趋明显。随着我国农业发展进程越来越快，大棚种植面积越来越大，这就对智能浇灌技术的要求越来越高。智能浇灌技术在中国农业市场有着巨大的前景。从各个方面利益角度看，新的高科技的出现、智能技术和传感器的出现，将会有智能化程度更高、功能更全面、性能更趋于稳定和可靠的浇灌系统出现。本设计以8051系类的单片机为控制电路的核心，运用模块化的设计方法。在智能控制模式下，利用温湿度传感器将各个不同地方检测到的温湿度的模拟量转换成数字量以后传送给单片机，单片机将传送来的的数据与设定值比较；若比较后的数据低于设定值，则启动步进电机驱动模块进行浇灌；若比较后的数据高于设定值，则控制驱动模块停止浇灌。显示模块将收集到的数据和浇灌信息出现在显示屏上。浇灌时间到时，驱动电路则控制步进电机停止转动，浇灌停止。在非自动控制方式下，可以通过控制键盘输入进行浇灌的时间，时间一到，浇灌立马停止。1.2课题来源进入二十一世纪以来，浇灌技术不断发转，国外的浇灌系统已经相当的成熟，中国的浇灌技术显得比较落后。中内虽然借鉴了一些外国的技术，但由于自然条件的差异，很多一些国外的浇灌技术并不适用于我国的大棚浇灌，并且价格比较昂贵，这样的引进很不划算。中国的一些研发浇灌系统的公司多数是比较小的，在实验室里面进行模拟试验，并没有应用到现实中来，这样应用就很不普及了，原因其一是开发功能完善的浇灌控制系统不仅需要大量的人物力的加人，而且需要多方面知识的贯通，这就在很大的程度上限制了功能完善、适应性强大的浇灌器的开发；二是大多数不太习惯自动化的浇灌技术，加上价格很贵等因素都阻止了浇灌技术的发展和推广。随着中国农业现代化进程的急速发展，可以推算对农业浇灌自动化技术的要求会越来越高，浇灌控制系统在我国将有巨大的潜力。智能浇灌控制系统未来在我国应朝着更廉价、功能可靠、运用简单和方便的方向发展。但从各个角度利益的考虑，新型的智能控制技术，传感器应用和高科技的介入、应用和推广，将会有智能化程度更高，功能更强、性能更加稳定的浇灌控制系统出现。我国在浇灌控制器的研发方面还没有形成较大的规模，推广范围广的成批浇灌控制类产品还没有出现。而大量的农业大棚可根据我国国情和各地经济和技术发展的实际情况，采用简单可行的智能浇灌控制措施和相应的技术设备，大力发展可靠，实用，廉价，运用简便的智能浇灌控制器。它不仅具有很大的市场，而且具有巨大的经济效益。1.3国内外的现状我国在研发浇灌智能控制系统方向还处于研发，试用的阶段，真的能投入到大棚农业中应用，且推广较大的浇灌控制系统还是及其少的，在研发的系统中有着标志性的，如中国农业科技研发院联合多家公司研发的1000型大棚自动浇灌系统，次系统是我家“九五”科学技术开发项目中自主研制的科技产品，它根据我国温室大棚的环境和现实使用的情况，用积木分算式系统结构理论，化解了计算机实时控制系统，动态监控，智能显示中文，浇灌阀可调等关键技术障碍。该系统具有人工控制，软件控制和智能控制等多种浇灌系统方式，可按需求灵活应用。在山东，天津等地已经投入了实际的应用中，从系统应用情况来观察，该系统有很好智能效果，获得了一定的经济利益和社会效益。国外一些发达国家，例如欧美和加拿大等国家，使用高科技的数字化技术，计算机和智能技术等。在智能浇灌技术方面发展的比较早，并已经越来越成熟了，此类国家从先前的风力控制，火力控制，到后来的机械电力电子双向控制，到现在采用流行的计算机控制，模糊系统控制和神经网络控制等。这些控制准确度和智能度越来越灵敏，可靠性越来越高，可控性也越来越容易。2方案设计与论证2.1总体方案与论证本设计主要采用8051系列单片机为主要的硬件为核心，采用软件编程的方法可以对土壤温度和湿度进行动态的收集，当当前所采集到的温度和湿度的实际值低于我们的设定值时，马上控制步进电机进行自动浇灌，系统还可以用人工浇灌方式进行浇灌以满足多种作物对温湿度的不同要求，并且还附带检测PH值，一边管理大棚作物的生长，充分体现了该设计的人性化，应用范围不仅仅是大棚作物，可以应用到其他很场所，在此不一一列举了。按照本设计的系统的思路与步骤，设计的系统如下：以8051系列单片机为控制电路的主要硬件部分，计划采用AT89C51单片机，我们学习过的一款非常实用的单片机。运用模块化的设计方法，我们所说的模块化设计是指在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，以满足市场的不同需求的设计方法。模块化设计是在习惯设计的层次上发展起来的一种比较流行的设计方法，如今早已经成为被人们接受的广泛利用的设计方法，特别是在现在的信息时代，各种产品更新的非常快，各类产品的需求是的模块化设计发展的非常迅速。先如今模块化设计被用于很多领域，例如航空，电子信息，机械机床等等。模块化设计思想是人性化设计的方法之一。模块化设计已经从理论思想转变为较成熟的实践产物。本系统一共分为五个大的部分：（1）温湿度收集电路模块，（2）时钟模块，（3）键盘接口电路模块，（4）液晶显示电路模块，（5）步进电机控制电路模块，（6）PH检测模块。第一个模块的主要硬件为“数字式温湿度传感器。日丁11”，第二个模块主要以DS1302为主要硬件，第四个模块的主要硬件以LCD12864为核心组成，第五个模块主要以“达林顿驱动芯片ULN2003”为主要硬件，再结合第三个电路实现对土壤湿度进行监控，第六个模块为辅助模块，主要有PH检测装置及传感器和A/D转换装置。在本设计中，湿可以在两种控制模式下进行智能浇灌：智能控制方式与手动控制方式。人们可以自由在两种模式下切换。当利用自动控制方式下运用温湿度采集模块将不同地方所检测到的温湿度进行数模转换以后进行处理，再传递给8051系列单片机，单片机将自己内存中的数据和收集到的数据进行比较，若收到的数据低于当前设定的数值时，则启动步进电机驱动模块进行浇灌，如果收集到数据比设定的数据高时，则控制步进电机停止对大棚的浇灌，并且此时单片机可以自动的将浇灌状况，实时温湿度在银屏上显示出来。当温湿度满足用户的要求时候自动停止浇灌，这个时间的长度由人们写进在8051单片机内存中的数据决定的。人们还可以切换到手动控制模式下进行工作，在手动控制模式下，人们利用键盘输入浇灌的固定时间和浇灌的循环时间，相应的相关数据会马上在银屏上显示出来的。综合上面所叙述的，该设计具有很好的实时控制功能和人性化的设计，操作简单方便以及及时响应用户要求，系统设计的构造简单，很容易实现各种功能。该系统具有很强的可行性，系统基本的模块原理图如下：

LCD12864液晶昼示步进电机驱动电路.LCD12864液晶昼示步进电机驱动电路.时间电路"DS1.302,PH检测装置—If“漕浇灌控制龟路图2.1系统原理模块图2.2键盘电路我们所说的独立式按键是指只用一根I/O口线组的单个的按键电路，并且一个独立式的按键只占用唯一一根I/O接口线。其中其他I/O口线的工作情况是不会收到另一根I/O接口线上的按键的工作情况的。独立式按键接口电路的结构简洁，且每一个独立按键只能占用一根I/O接口线的。因此如果在按键数目比较多的时候，独立按键的I/O接口线浪费是很大的［1］所以在按键数目不是很多时常常采用这种独立式按键电路，如在multisim12.0里面画出下图所示的电路图，图中上拉电阻是为了当按键处于断开状态时确保I/O口上是高电平。本设计外接了六个独立按键分别为两个作为步进电机人工停止启动按键，其余四个按键都用来调整时钟的。选用独立按键的原因是因为I/O口并不是很多，所需要的按键数目也不是很多，使用独立按键使用起来简单明了。

VCC 5V R2R1匚」HJH-HB1LJ12J」虬匚LLJLillIL_T£---1r-246B-B_B&JIR2R1匚」HJH-HB1LJ12J」虬匚LLJLillIL_T£---1r-246B-B_B&JI-^1™1LmrppppPMSOP1B7SKRST..•的龄P3B211ffllP3BfFQ.P3B5IL用MWEP3E7RD.灯短…XTAL1--GNO一•YSTALJHRTU皿U18051•林■PCBCADO■PGB1W1■PC02AD2■Pi33.；jj■PGBW汨同吸仍■PCB2AD?.•曲.忡ALEEM•PSEN用B加5■P2B&A14■P2B5A13■P2B4A12■P2KAU■P2B2A10P2BLA9P2B3A8士30PF图2.2独立式按键硬件图2.3选择温湿度传感器2.3.1湿度传感器简述温湿度传感器是一种湿敏元件，湿敏元件的类型主要有电阻式和电容式两大类型。湿敏电阻的主要原理是在基片上覆盖感湿材料薄膜，一旦空气中的小水珠附着在感湿薄膜上的时候被测元件的电阻就发生很大的变化，我们可以利用这一现象来测量环境的湿度；湿敏电容是用特殊材料制成的电容，材料是高分子薄膜材料，这些高分子薄膜材料有聚苯乙烯，聚酰亚胺与酪酸醋酸纤维等等。环境湿度的改变会引起湿敏带内容的结点常数改变，也就是使湿敏电容的电容值发生了改变，一般来说电容的改变和环境湿度的改变成正比。电子式湿敏传感器测量的准确度很高，可高达2-3%RH。但是湿敏元件也有一些列缺点，比如它的线性度和抗污染能力都是很差的，所以要是不进行测量时湿敏元件不要在空气中暴露太长时间，暴露时间长很容易损坏了湿敏元件，使其的测量准确度降低⑵。在这里简单介绍几种温湿度传感器：(1)氧化铝湿度计(2)陶瓷湿度传感器(3)碳湿敏元件。2.3.2数字温湿度传感器DHT11数字温湿度传感器DHT11说明及用途DHT11温湿度传感器是采用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术制成的，此产品准确度高，稳定性强°DHT11传感器是由电阻式的温湿度元件和一NTC测温元件构成的，并和一个8位单片机相连接起来。该产品具有很多有点，由于其品质好，相应快，抗干扰强，性价比高等有点受到人们的欢迎。每一个DHT11温湿度传感器都在精确度很高的湿度校验实验室中进行校准的，它的校准系数用程序的形式储存在OTP的内存中。传感器的工作原理就是它在检测信号的时候要处理信号就要调用到OPT内存中的校准系数。它是使用单线制的串行接口使的系统的集成变得简捷。极小的体积，极低的功耗，信号的传输距离可高达20米及其以上，这些特征使得它的应用范围很广。DHT11传感器是4针单排引脚封装的，连接简易，它可以根据用户的需求提供不同的封装形式⑶。(2)DHT11技术参数供电电压：3-5.5VDC，输出信号：单总线数字信号，测量范围：湿度20-90%RH，测量温度范围0-50°C，测量精度：湿度+-5%RH，温度+-2C，分辨率：湿度1%RH，温度1C，互换性：可完全互换，长期稳定性：＜±1%RH/年。(3)使用领域检测仪器，汽车空调，电子信息产品，消费品，自控系统，发电站，气象站，湿度调节器，医疗设备等等。3系统硬件电路设计3.1AT89C51单片机硬件结构本系统采用8051系列中的AT89C51,AT89C51是一种低耗低压和高性能的八位CMOS单片机，单片机内部含有一个4KB的FLASH可编程可擦除的只读存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableRsadOnlyMemory)o它利用的是CMOS工艺与ATMEL公司的高密度和非易失性存储器技术，并且它的输出引脚和指令令系统都和MSC—51兼容，片内设置有通用的8位中央处理器(CPU)与FLASH存储单元，单片机内的存储器允许在系统内改编程序或者是用常规的非易失性存储器编程。因此，AT89C51是一种功能性强，灵活度高且价格比较便宜的单片机，可方便的多种控制领域控制领域，深受用户的喜爱[4]3.1.1单片机的结构及信号引脚(1).主要特征与MCS-51兼容，(2)4K字节可编程闪存存储器，(3)寿命：1000写/探循环，(4)数据保留时间：10年，(5)三级程序存储器锁定，(6)128X8位内部RAM，(7)32位可编程I/O线，(8)两个16位定时器，(9)5个中断源，(10)可编程串行通道，(11)低功耗的闲置和掉电模式，(12)片内振荡器和时钟电路。.AT89C51芯片的引脚及封装如下U112347_12347_'匚9_W_12

13HZf5Z16■i7Zf8Z12_.20_P1B0T2 VCCP1B1T2EXP0B0AD0P1B2 P0B1AD1P1B3 P0B2AD2P1B4 P0B3AD3P1B5MOSIP0B4AD4P1B6MESOP0B5AD5P1B7SCKP0B6AD6RST P0B2AD7P3B0RXDEAVPPAlFPROGP3B2Il\Em■■■■PSENP3B3INT1P2B7A15P3B4T0P2B6A14P3B5TLP2B5A13P3B6WRP2B4A12P3B7RDP2B3A11XTAL2 P2B2A10XTAL1 P2B1A9GND P2B0A8403938Z37Z3635"34-33丑d.28~tT"26-25~24~"23-~22~218051图3-1AT89C51引脚封装图.芯片引脚说明VCC:供电电压；GND:接地线；P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个引脚可以吸收8TTL门电流，当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。？0能够用于外部数据存储的存储器，它也可以被定义为数据/地址的第八位，在FLASH编程时，P0作为源代码的输入口，当FLASH进行检验时，P0输出源码，此时P0外部必须被拉高；P1□: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□: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□: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。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0RXD（串行输入口）；P3.1TXD（串行输出口）；P3.2/INT0（外部中断0）;P3.3/INT1（外部中断1）;P3.4T0（记时器0外部输入）；P3.5T1（记时器1外部输入）；P3.6/WR（外部数据存储器写选通）；P3.7/RD（外部数据存储器读选通）；P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1/XTAL2：①反向振荡放大器和内部时钟工作电路的输入端；②反向放大器的输出[5]3.1.2AT89C51最小系统在本次设计的系统中，在51单片机与LCD12864传递数据的是单片机的P0口，驱动步进电机的接口是P1.0-P1.3OP2.0用于LCD12864显示的位驱，P2.1的作用是对LCD12864的读写控制信号起到控制效果，P2.2用于指示对LCD12864的指令是写入数据还是写取指令。P3.1-P3.7是用于键盘电路的接口。其中P1.0-P1.3的作用是步进电机的驱动，P1.6口用于时钟芯片DS1302的SCLK串行时钟，P1.5口用于时钟芯片DS1302的I/O数据输入和数据输出。P1.7口用于时钟芯片DS1302的RST复位引脚。P3.0用于温湿度传感器DHT11数据输入通道。8051单片机最小系统如下图，在XTAL1和XTAL2两端皆有11MHZ（原本是11.0592MHZ，在这里采用11MHZ是应为在multisim12.0里面没有11.059MHZ的晶振）的晶振和两个30P的电容。在复位引脚RST接上相应的电阻，电容和开关就组成了AT89C51单片机的最小系统，通电后系统可以正常工作了。当系统开始工作时，为了使CPU和系统内部都处于某一原始状态，系统工作之前都应该复位单片机，才不会导致一些电平絮乱，单片机的复位是靠外部电路来实现的。单片机复位以后P0-P3输出为高电平，并且处于输入状态。在multisim12里面画出的最小系统和复位电路如下所示：£uiJ?_R222胃j=ICkfl|HIxi30pFI£uiJ?_R222胃j=ICkfl|HIxi30pFIA1I"；lHC・49/UQTHHTnSC2TF20P1B0T2•P1BLT2EXP1B2P103---P1M---P1B5MOSIP1BSMISOP107SCK-RST■■■P3B0RXD-P3B1IXELP3B2imP3B3INT1P3B4T0•P^BSTl-P306WE•P3B7RD•XTAL2••XTAL1••GND.8051vccP0E0AD0■POB1AD1P0B2AD2PQB3AD3P0K4AD4POB5AD5POB6AD6-PUB7AD7•EAVPPALEEROGPSEN-P2B7A15-P2&6AHP2&5A13-P2B4A12-P2&3AU--P2B2A10P261A9.•P2E0A8403938卫堡|35互卫卫|31130129L28LZX五L21-L21-I23ESZI21.图3-2最小系统与复位电路3.2直流稳压电源的设计电子信息时代，电子产品不断更新，很多电子设备需要电源电路提供稳定和满足负载要求的电能，并且一般情况下都要求是直流稳压电流，能提供这种电能的电源就是直流稳压电源。由于集成电路技术发展迅速，随之稳压电路也很快实现了集成化，尤其是三端集成稳压器，三端集成稳压器只引出了三个端子：输入端，输出端与公共端。所以就不需要外接元件了，并且它的内部设有限流保护装置，过热保护系统与过压保护电路。使其在使用时显得十分安全方便。直流稳压电源组成有：电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路构成，电源变压器的作用是将国家电网上的220V的交流电压转换成整流电路所需的直流电压。整流电路的作用是将整流后的交流电压转换成脉动的直流电压，滤波电路的作用是将脉动直流电压除去大的纹波，变成纹波更小的直流电压。顾名思义稳压集成块的作用就是将不是很稳定的直流电压转换成稳定的直流电压U5[6]在multisim12.0环境下画出的直流稳压电路如下图：

LED1LED11BH62 1BH62■ill■ ■ ■ ill■ ■nil■图3-3直流稳压电源电路如图所示，本设计选用三端集成稳压电路，整流和滤波后得到的直流输入电压接在LM7805输入端和公共端之间。在LM7805的输出端即可得到稳定的+5V输出电压。3.3湿度采集模块3.3.1温湿度传感器原理(1).概述温湿度数字传感器DHT11是广东奥松电子有限公司最新生产的一钟含有己校准好的数字信号输出的温湿度新型单总线数字复合传感器。它的特点是体积很小，接口简单，响应灵明，性价比高等。因此收到人们的欢迎。鉴于DHT11的一些优点,使他在自控和家电消费品领域中应用比较广泛。(2).产品特征:温湿度复合传感器；全量程标定校准，单线数字输出;湿度测量范围为20%〜90%RH;温度测量范围为0〜+50°C;湿度测量精度为±5.0%RH;温度测量精度为±1.0C;响应时间＜5s;低功耗；超长的信号传输距离；出色的长期稳定性；(3).外形和引脚图3-4DHT11实体图与引脚(4).接口说明DHT11温湿度传感器典型应用电路很简单，只需要占用单片机一个I/O口即可完成。如下图所示:

VDDVDD15K11PinMCUDATA2qnDHT114PinGND典型应用电路图3-5DHT11典型应用电路3.4时钟模块3.4.1时钟模块接线电路时钟模块模块的硬件由DS1302和32.768KHz晶振组成，与单片机连接需要有三个接口：SCLK,I/O,RST。此外，DS1302具有31X8位的RAM可采用它来存储目标湿度等。本设计中DS1302用来提供时钟源，可以用来控制人工浇灌时间，如图所示：

图3-6时钟模块接线图DS1302是时钟芯片，那它就有计时的作用。他和我们日常接触的电子表差不多，可以对年月日、时分秒、星期计时。我们可以用单片机往DS1302里面写入时间进行时间设置，也可以用单片机从DS1302中读取时间，读出来的时间也可以放在液晶上显示。DS1302是由美国DALLAS公司推出的一种时钟芯片，极有高性能，低功耗的特点。附带31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5〜5.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的外部引脚分配如图1所示及内部结构如图2所示。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中[7]DS1302引脚功能如下：Vcc1：主电源；Vcc2：备用电源；SCLK:时钟信号；I/O：双向数据线；CE：输入信号；GND:地线。3.4.2DS1302内部寄存器CH:时钟停止位小时模式WP:WP=0:WP=1TCS:CH=0CH:时钟停止位小时模式WP:WP=0:WP=1TCS:CH=0CH=1振荡器停止写保护，寄存器2寄存器数据可以写入寄存器数据禁止写入涓流充电选择使能涓流充电禁止涓流充电TCS=1010TCS=其它DS=00或11,即使TCS=1010,振荡器工作允许，寄存器2的第七位为1时，12，寄存器2的第七位为0时,24小时模式。的第5位:上午/下午定义。AP=1下午模式。AP=0上午模式。DS:二极管选择位DS=01选择一个二极管DS=10选择两个二极管充电功能也被禁止。3.5液晶显示模块3.5.1液晶LCD12864介绍LCD12864是带简体中文字库，有四位/八位并行或者两线/三线串行的接口方式。中文字库含有国标一级和二级简体中文的点阵图形液晶显示，它的分辨率是128X64。内部有8192个16X16点的中文字的集合和128个16X8点的ASCII字符的集合。这个模块接口方式很灵活，操作指令很简单方便，可以组成全中文的工作模式。这个模块可以显示出8X4行汉子，也可以显示出16X16点阵的汉子，还可以完成多种图形的显示。它还有一个优点就是低压低耗，很受用户的欢迎。用这个模块组成的液晶显示方法与与其他类型的点阵液晶显示相比较，其硬件和软件都显得格外简介，并且价格也是比其他点阵液晶模块优惠的多。LCD12864引脚功能：VSS:接地线；VDD:电源+5V；V0：亮度调整；RS(CS):RS为逻辑高电平时表示数据是由DB7-DB0是显示的，RS为L时表示DB7-DB0为显示指令数据的；R/W(SID：R/W为逻辑高电平史为逻辑高电平时，数据被读到DB7-DB0上,R/W为逻辑低电平时,E由H转到L,DB7—DB0的数据被写到IR或者DR；E(SCLK):使能信号； DB0-DB7：数据线；PSB:逻辑高电平时8位或4位并口方式，逻辑低电平时串口方式；NC：空脚； /RESET:系统复位，低电平有效；VOUT：LCD驱动电压输出端；LEDA:背光电源，LED+(+5V)；LEDK：背光电源，LED-(0V)。3.5.2模块主要硬件构成说明控制器接口说明：RS,R/W的选择模式：当RS为逻辑低电平，R/W为逻辑低电平时MPU将指令写到暂存器；当RS为逻辑低电平，R/W为逻辑高电平时将读出忙标志和地址计数器的状态；当RS为高电平，R/W为低电平时MPU写数据到数据暂存器；当RS为高电平，R/W为高电平时MPU从数据暂存器中读出数据来。E信号：当E引脚由逻辑高电平到逻辑低电平时将配合/W进行写数据或者读指令操作；当E引脚为逻辑高电平时将配合R进行读数据或者是读指令；当E引脚为逻辑低电平或者由低电平转到逻辑高电平时没有操作。BF:判忙BF标志是显示芯片内部的工作情况的，BF为逻辑高电平时表示此芯片正在在进行内部工作，并且此时芯片不会受到外部指令或者数据的影响；当BF为逻辑低电平时时,该芯片为准备的状态，这是就可以随时接受外部的指令和数据进行操作了。使用STATUSRD指令就能将BF信号读到DB7的总线上，从而检测系统的工作状况。ROM/CGROM:字型产生ROM有8192个开和关的控制，是此触发器是用于控制系统银屏显示的。DFF为逻辑高电平时为开显示状态(DISPLAYON),银屏上就会显示出DDRAM的内容；DFF为逻辑低电平时为关显示状态(DISPLAYOFF)，银屏清空。指令DISPLAYON/OFF和RST信号是控制DFF的状态的。显示数据RAM(DDRAM)：芯片内部显示数据RAM含有64X2个位元组的空间，最多可控制4行16字(64个字)的简体中文的字型显示。当写入显示数据RAM时，可显示CGROM和CGRAM的字型。这个芯片可以显示的三种简体中文字型：①半角英数字型(16X8)，②CGRAM字型，③CGROM字型。这三种简体中文字型的选择：①在02H—7FH的编码中会选择半角英数字型；②在CGRAM中写入时的编码选择；③在0000H—0006H的编码中会选择CGRAM的字型。至于A1以上的编码会自动的结合下一个位元组并组成两个位元组的编码形成中文字型的编码 BIG5(A140—D75F)和68(A1A0-F7FFH)。字型产生RAM(CGRAM):字型产生RAM有自定义图像的功能，自定义图像的范围是16X16点。用户还可以自定义图像储存到字型产生RAM内就可以和CGROM中的所定义的图像一样通过DDRAM显示在屏幕上。地址计数器AC：DDRAM或者CGRAM的地址用AC来储存，指令暂存器可以来更改它的设定，之后在读取或是写入DDRAM或者CGRAM的值时地址计数器的值就会加一。当RS为为逻辑低电平时而R/W为为逻辑高电平时，地址计数器的值就读到了DB6-DB0数据线上。3.6步进电机驱动模块3.6.1步进电机简介和原理步进电机是将电脉冲转换为角位移或者线位移，其工作是利用电子电力电路，将直流电变为多个时序电流，再讲这种电流供给步进电机，步进电机就可以工作了。驱动器就是将直流电转换为多相时序电流供给步进电机。可以这么说步进电机是一种电能转换为机械能的装置。或者另一种说话为当驱动器收到一个脉冲信号时就驱动步进电机按照设置的方向转动一个相应的角度，还可以通过脉冲信号个数来掌握角位移量，从而达到所需要位移的目的。同时步进电机转动的速度和加速度可以通过接收到脉冲信号的频率来改变的从而达到调速控速的目的。一般电机的转子为永久磁体，工作过程为当电流流过定子绕组时就产生一个矢量的磁场，该这个磁场就会是转子产生一个矢量磁场，这样转子的磁场与钉子的磁场是方向是一致的。转子的矢量磁场随着定子的矢量磁场转动，输入一个电脉冲信号时，电动机的转子就转动一个角度。步进电机转动的角位移是和接受到脉冲信号的数目一致的，转速与脉冲信号频率是一致的。电动机的转动方向由懂点顺序所决定的。因此步进电机的转动是有脉冲的数量频率来控制的。3.6.2ULN2003驱动模块ULN2003通常是用作灌电流来驱动的，ULN2003是耐高压高电流压达林顿系列。七个硅NPN达林顿管构成ULN2003，它的每一个PNP管都连接一个2.7KQ的电阻。在5V的标准电压下ULN2003可以与TTL和CMOS电路直接连接工作，还可以直接用来处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003正常工作是处于高电压，高电流状态，它的灌电流能高达500mA，还能在管不管i状态接受50V高的电压，也可以在高负载电流并行运行的情况下输出。ULN2003引脚说明：①1-7号引脚：输入端：②10-16号引脚：输出端；③8号引脚：接地线；39号引脚：+电源；达林顿驱动的基本应用领域：①大功率的开关电路和逆变电路；②智能显示屏LCD的驱动。微型计算机控制LCD智能显示屏,LCD矩阵显示板可以用来显示多种文字和各种图案。该显示中中的行驱动器和列驱动器都可采用高速低压降的NPN达林顿管。值得注意的是NPN达林顿管内部由很多管子和电阻构成，所以在用万用表测试时基极的正反向阻值与普通三极管不同。3.6.3步进电机驱动模块电路图程序单片机向P1口输出，在编程时单片机将代码存入存储器即可构成控制表。当CPU开始执行传送出来的命令时数据依次被取出来送到P1口就可以了开始工作了。输出的代码与步进电机旋转是一致的，多次输出时步进电机多次转动，当输出频率足够高时步进电机就开始旋转；同样当倒序输出时步进电机也就开始反向转动；没有输出的时候步进电机也跟随着停止运行。用户可以通过更改数据输出来的速度来改变输出脉冲信号的频率，这也就是改变了步进电机运行的速度。图3-7步进电机驱动模块电路图3.7PH检测模块农作物的生长会受到土壤PH的影响，PH过高或过低都会影响农作物的的生长。当土壤呈酸性要加入碱性液中和，土壤呈碱性加人酸性中和，农作物的生长需要PH在7左右。所以加人PH检测装置可以以免土壤酸碱度不适合而影响作物的生长。⑴PH检测传感器选用的酸度计为美国奥力龙868,主要参数如下：①测量PH范围0-14:②分辨力为0.1；③精确度为0.001PH。

此设计PH的检测是用的电位分析法，基于两个点的电极上的电化学反应。具体来讲就是将两个电极同时放入土壤的稀释液中，一个测量电极，另一个作为参照电极，参照电机的电位不变。两个电极就成了原电池，测量电位的电极随溶液的H离子变化。这样产生电动势的大小与PH值有关系，再讲模拟信号通过A/D0809芯片转换成数字信号传送给单片机。⑵A/D0809芯片TN2LN4TN2LN4miIMOIN6ACNTBSTCEOCALED3D7OECLKn5wcu皿VRJEF十novbjef-Dlr>2图3-8A/D0809芯片引脚图A/D0809信号引脚：①IN1-IN7：模拟量输入；②ALE:地址锁存信号；③ST：转换启动，上升沿时复位，下降沿时启动芯片；④啊A,B,C:地址线；⑤CLK：时钟信号；⑥EOC:转换结束信号，EOC为1时转换结束；⑦D0-D7:数据输出通道；⑧OE：输出认许信号，OE为1时输出转换的数据；⑨VCC:电源&丁".pTpESER"vcc| ■H一&丁".pTpESER"vcc| ■H一z1oARC7654OBr-节nTlnrlE34567匚>CSE玉FC±勺ms黑*U22B27AJDLN2MADTNl~三TTADOCSzcT7l>61EJt)5ikni17MOTs~±>zIl-Il-图3-9A/D0809与单片机连接4系统程序设计4.1主程序设计本系统主程序控制模块负责启动系统后显示屏上的初级显示并打开外部中断，判断系统模式，以及执行相应的子程序，完成系统功能。接通电源时，智能浇灌系统打开，LCD显示屏显示提示语，提示选择模式，如果选择手动模式，则可以通过键盘设置浇灌时间。在运行中键盘采用中断方式，若有键按下，则转向对应的子程序。流程图如下：主程序如下:4.212864LCD显示子程序设计写12864LCD的的程序步骤如下：①开启左右半屏；②清左半屏和右半屏；③选择左半屏；④设置页和起始的行；⑤写左半屏；流程图如下：5结论现在《大棚智能浇灌系统的设计》终于完成了，本次设计过程中收获颇多，我知道怎么样运用网络资源和图书馆资源了。总的来说，学会了很多东西，知道了自学能力很重要，遇到问题要及时问老师或者同学，不同的问题可以查阅网络或者图书馆的书籍。自己一步步的解决各种难题，在老师和同学的帮助下，终于慢慢的完成了。本设计分为五大部分：①温湿度收集电路模块；②时钟模块；③键盘接口电路模块；④液晶显示电路模块；⑤步进电机控制电路模块。其中温度收集模块主要运用到温湿度传感器DHT11，采集环境的湿度送给单片机与设定值比较。时钟模块主要是用来人工控制浇灌时的时间设置。键盘接口电路模块也是为认为操作设置的。液晶显示可以看出日期和环境的温湿度。步进电机模块当然是是连接机械部分进行浇灌的。虽然论文作品不是很成熟，但毕竟是自己一步步完成的，就算不是很好也感到很欣慰。最后我觉得该作品有很大的实用价值，由于时间问题唯一不足的是没有加人土壤PH的测量系统，这个系统更好用户了解大棚植物所处的环境，更好的掌握自己所种植作物的生长状况，简单介绍一下土壤PH测量系统需要加人PH测量传感器，这样测量到的PH值是模拟量，那么就需要模数转换，我们可以通过A/D转换芯片0809将模拟量转换成数字量送给单片机，当土壤呈酸性可以控制某一发光发光二极管红灯亮，土壤呈碱性控制某一发光二极管蓝灯亮，当土壤中性发光二极管不亮。本设计就到此结束，希望此次的设计让我在经过的学习工作中养成自我解决问题的能力。参考文献徐惠民安德宁.单片微型计算机原理接口与应用.第1版.北京：北京邮电大学出版社，1996。http://baike./link?url=P8clHo4mdOJ5ksp48kDp6_FteRjwBtQfAyisLTG6lunSxFwbcCSydFqZiTGcL8Wm/Shop/dzyj/201301/914.html束慧陈卫兵.单片机技术与应用基础人民邮电出版社2010年04月何立民.单片机初级教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，1999.王俊峰.直流稳压电源电路原理分析.机械工业出版社.2011-01/jichuzhishi/datasheet/DS1302/data/185858.html「幻王毅.单片机器件应用手册[M].北京：人