基于89C51RC自动控制浇花系统毕业设计任务书

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1、 毕 业 设 计 任 务 书基于89C51RC自动控制浇花系统毕业设计指导须知一、毕业设计是高职教学过程中一个十分重要的环节。是锻炼学生运用所学知识正确分析和解决实际问题的一个重要方面，也是高职培养应用型专门人才的要求。二、导师应为具有讲师以上或相应职称的有关专业人员，且专业对口（指所指导专业应同所聘教师专业职称相一致）。经系、教务处审查同意后，才能指导学生的毕业设计。三、学生应以严肃认真，实事的态度完成设计。要独立思考，自己动手，不得抄袭或找人代笔。四、毕业设计选题要符合专业培养目标的要求。论文（任务书）写作要做到论点明确、论据充分，论理透彻，语言准确恰当，书面整洁、字迹工整，图纸应清晰、工

2、整，符合设计要求，符合国家有关标准和部颁标准。字数、图纸数量符合有关要求。并在规定的时间完成。五、答辩过程中学生要严认真，文明礼貌，谦虚谨慎，认真回答答辩主持人，委员等提出的问题。六、填报有关表格时，应按项目要求逐项填实、填全、填清。学号学 制三年专业年级教学班负责人班级指导教师职务或职称设 计 题 目基于89C51RC自动控制浇花系统指导教师评语：成绩： 指导教师签名： 工作单位 年 月 日系复审意见：成绩： 复审人签名： 职称： 公章 年 月 日教务处终审意见：公章 年 月 日答 辩 情 况 记 录答 辩 题 目答 辩 情 况正确基本正确经提示回 答不正确未回答此表由主持答辩的同志填写。答

3、辩委员会（或小组）评语：成绩： 主持答辩人签名： 职称： 月 日一、毕业设计的任务和具体要求：任务： 1.巩固和提高学生学过的基础理论和专业知识。2.提高学生运用所学专业知识进行独立思考和综合分析、解决实际问题的能力。3.培养学生掌握正确的思维方法和利用软件和硬件解决实际问题的基本技能。4.增强学生对实际电路的认识，掌握单片机基本应用方法与单片机简单的编程具体要求： 要现用单片机控制浇花系统根据外部条件自动运行。二、毕业设计应完成的图纸：表2-1 系统技术指标，见3页(宋体小四号，行间距1.5倍)图2-2 闭环控制逻辑原理框图，见3页表2-3 系统的硬件结构，见4页表3-1 STC89C51R

4、C系列单片机部分型号参数，见5页图3-2 STC89C51RC的主要特性，见8页图3-3 STC89C51RC外部引脚，见8页图3-4时钟电路，见9页图3-5 按键复位电路，见9页图3-6 传感器的原理,见10页图3-7 DS18B20部结构，见12页图3-8 DS18B20外部引脚,见12页图3-9温度检测电路,见13页图3-10湿度传感器电路组成,见14页图3-11光照检测电路,见15页图3-12电磁阀控制电路,见17页图4-1 系统主程序,见18页图4-2土壤湿度判定程序流程图,见19页三、其他要求：认真做好设计前期准备，构思好设计流程。四、毕业设计的期限：自 2011 年 8 月 29

5、 日至 2011 年 11 月 4 日五、毕业设计（论文）进度计划：起 至 日 期工 作 容备 注2011.08.22009.09.092011.09.102011.10.302011.10.012011.10.252011.10.262011.11.04根据工作岗位，确定毕业设计题目熟悉岗位，准备涉与课题的相关资料完成论文的初稿和修订工作打印论文，装订成册，准备答辩自动控制浇花系统摘要设计了家庭智能浇花器，实现花卉的自动浇水。利用单片机STC89C51RC系列实现自动浇花，根据土壤湿度定时定量浇花。利用湿度传感器检测花卉(也可以用于蔬菜等)的湿度，采集的 湿度传送到单片机处理单元，单片机根据

6、湿度控制是否浇水，如果需要浇水，单片机将引继电器置为闭合，线圈通电，敞开触点闭合，打开电磁阀，实现定时定量的自动浇 水，设定时间到，电磁阀自动闭合，并且水量可根据花卉所需要的土壤湿度来调节定时器，进而调节电动机喷水时间。 根据湿度控制是否浇水就先置单片机电池阀出点为0，湿度传感器检测湿度，传送单片机，当检测到湿度不够时，单片机就把这个触电置为1，把继电器吸合，常开触点闭合，使得电磁阀线圈得电，此时电磁阀门有闭合变成断开，水流经过，给花卉浇水。目 录第一章 前言 1.1 引言.1 1.2 原理.1第二章 系统整体概述2.1 系统技术指标.32.2 系统测控原理.32.3系统总体设计.32.4 系

7、统的工作原理.4第三章 系统的硬件设计3.1 单片机的选择53.2 STC89C51RC的特性63.3 时钟电路与复位电路的设计.83.4 传感器的选择.93.5 湿度传感器的选择.143.6 光照检测电路的选择.153.7 输出控制电路的设计.16 3.8 硬件的抗干扰设计.173.9 电磁阀控制电路.18第四章 软件系统的设计4.1 总体设计思想.184.2 传感器控制模块设计.19第五章 结束语5.1 论文总结205.2 工作展望20参考文献21致22 / 31第一章 前言1.1 引言水是生命之源，也是经济发展的命脉，人类生存的命脉，水的重要性已成为国际共识，水资源的开发、利用和保护己为

8、世界各国所重视。而就如何合理高效利用有限的淡水资源，充分发挥资源效益己成为一个全球性急需解决的重要课题。在诸多缺水国家之中，我国是水资源严重短缺的国家之一。水资源的利用率和利用效率低下使水资源在节流方面呈现巨大的挖掘潜力，因此节水成为历史发展的必然。伴随着人们快节奏的生活、工作、学习，人们已没有很多时间去精心照顾自己种的花卉植物等，因此市场上急需一种可以代替人类劳动的产品。由于现在市场上很多的喷灌设备主要是是针对温室、露天农作物、森林等大面积植物喷灌，而对于家庭小面积喷灌系统设备几乎没有，也没有达到自动化的水平。现代生活中，随着人们生活水平的提高，人们对花卉、树木等绿色植物的喜爱和种植越来越多

9、，然而以前对花木的浇灌、施肥等工作都需要靠人工来实现，由于现代生活节奏的加快，人们往往忙于工作而忘记定期、与时地为花卉补充水分与养料，或者由于放假回家而将花放在办公室没有人管理导致花木枯死。已有的浇水器需要有人控制或者定时的浇灌，不能根据植物正常生长所需要的光照、水分、温度来实时调节植物生长环境的参数，不利于花木的成长，而且现在的名贵花如果因为以上原因而死亡得不偿失。随着现代高科技的发展，各种智能家电、数码产品走进人们的生活，网络已经成为人们现代生活中人际交往和获取知识的一个不可或缺的平台。鉴于现在高科技的发展，未来自动浇灌控制系统的发展也有望朝这些方面发展.传感技术、计算机技术和自动控制技术

10、的不断发展，温室计算机环境控制系统的应用将由简单的以数据采集处理和监测，逐步转向以知识处理和应用为主。因此软件系统的研制开发将不断深入完善，其中以专家系统为主的智能管理系统已取得了不少研究成果，而且应用前景非常广阔。鉴于以上情况，市场上急需提供一种能够根据土壤湿度与光照的变化自动将水分补充给花木，达到定期、与时浇灌花木的花木自动浇灌器。1.2 原理1、本系统将对温室环境中土壤湿度、光照强度、温度因子的调控进行自动化控制，以期达到最佳的控制效果。2、系统硬件设计，完成硬件原理图。硬件将通过调研对比分析，选用高性价比元件，采用一些成熟电路设计，达到提高系统的稳定性、可靠性与精度，降低成本，提高市场

11、竟争力的目标。3、程序设计流程与程序清单。软件设计将采用C语言设计，提高系统的修改、调试与升级（增加控制因子)的能力。用单片机测控来实现花卉生长环境因子信息数据的实时采集、处理，而后输出控制执行机构，以实现环境湿度、温度和光照强度的测控，达到节水节能，省时省工的效果。具体功能如下:l 实现按需灌溉功能。按照花卉的需求开启和关闭灌溉系统，实现一般的控制。具有结构简单，成本低，操作方便。l 通过传感器检测花卉生长的环境温度、土壤湿度和光照强度，依据设定的植物要求的温度、湿度和光照强度的上下限值，由单片机来控制开关窗户、电磁阀和窗帘，从而调节温度、湿度和光照。当空气温度高于上限值时，自动打开窗户进行

12、自然降温，达到要求值时则自动关闭。l 室环境中土壤湿度是重要因子，要求当土壤含水量过低己不能满足花卉最低需求时，就打开电磁阀进行灌溉，当湿度满足要关闭电磁阀。第二章 系统总体概述2.1系统技术指标系统技术指标（夏天）要求具体见表2-1所示，其控制围亦可据具体作物的需要来设定，%RH(Relative Humidity)为相对百分数，其中硬件成本由于单个制作跟批量生产有一定的差值。 控制参数土壤湿度%RH温度C控制围60802030表2-1系统技术指标2.2系统测控原理 在控制技术方面，有诸如开环、闭环反馈控制，模糊控制，自适应控制，神经网络控制等现代控制技术。模糊控制技术当前应用最广泛，一般用

13、于有上、下位机的单片机控制系统。本系统采用传统的闭环控制技术，系统控制原理逻辑框图见图2-2所示：图2-2闭环控制逻辑原理框图2.3系统总体设计（1）本文针对实际需要，设计了一套温度、湿度和光照检测与控制系统，保证花卉在生长的各个时期有适宜的生长环境，整个测控系统由传感器、控制器和执行机构三部分构成.整个系统的结构如下图所示：图2-3系统的硬件结构（2）硬件电路以STC89C51RC单片机为核心，系统输入由采集土壤水分传感器、光照传感器和温度传感器与传感器信号处理电路组成，输出控制由继电器、执行器构成。（3）软件用C语言作为编程语言，采用模块式结构设计。2.4系统的工作原理 系统的工作中，有太

14、阳能电池给电池充电，电池的输出经过稳压模块，避免电压的较大变化，电池为整个系统提供电能。经过湿度与光照检测的传感器把被测对象的湿度转换成电压信号，转换为0-1数字信号后送入单片机中，与给定的所要控制的湿度值进行比较，根据单片机 STC89C51RC中设置的参数，输出相应温度、湿度值对应的被控对象电机和电磁阀的值，带动动力系统作相应的运动，不断减少与单片机中设置值的差值，温度过高时，单片机控制直流电机驱动器打开窗户，进行自然散热，温度适合时关闭窗户。当土壤湿度过低时，单片机通过继电器控制电磁阀使其打开进行浇水，浇水后湿度适中时关闭电磁阀。光照检测电路将光照强度转换成0-1代码，输入单片机，湿度不

15、断地检测、控制，使之达到一个动态的平衡。第三章 系统的硬件设计3.1单片机的选择电子技术飞速发展，使得计算机不断更新换代。其中单片机更是一枝独秀，广泛应用于各个领域，使其自动化程度大提高。 单片机具有体积小，价格低廉，功能强大，稳定可靠，运算速度快，功耗低，扩展容易，抗干扰能力强，系列齐全，使用方便灵活等优点，广泛应用于工业过程控制、自动监测、智能仪器仪表、家用电器等领域。单片机成为当今世界上销售量最大、应用面最广、价格最便宜的微型计算机产品。 目前世界上最具实力的单片机开发公司有:美国的Intel，ATMEL，荷兰的PhilipS，德国的SiemenS等。其中Intel公司一直处于领先地位，

16、主要有MCS-48、MCS-51和MCS-96三大系列，其中MCS-51系列是 1980年推出的高档8位单片机，代表着单片机的发展方向，成为单片机领域中的主流产品。ATMEL公司的89系列Flash单片机以 Intel80C51/52作为核，并采用可重复编程FlashROM技术，是一种源于8051而又优于8051的单片机，己成为广大MCS-51用户进行电子设计与开发的优选单片机品种。根据实际情况与要求，本系统选用ATMEL公司89系列标准型单片机STC89S51RC，其价格适中功能强大，这应当是比较符合我国国情的选择。1、ST89C51RC简介:STC89C51RC系列单片机具有成本低、性能高

17、的特点，支持ISP（在系统编程）与IAP（在应用编程）技术。使用ISP技术可不需要编程器，而直接在用户系统板上烧录用户程序，修改调试非常方便。利用IAP技术能将部部分专用Flash当作EEPROM使用，实现停电后保存数据的功能，擦写次数为100000次以上，可省去外接EEPROM（如93C46、24C02等）。而且与传统8051单片机程序兼容，硬件无需改动。表3-1中为STC89系列单片机部分型号参数。S表3-1 STC89C51RC系列单片机部分型号参数3.2 STC89C51RC特性STC89C51RC的主要特性如下表所示：兼容MCS51指令系统32个可编程I/O线4k字节可编程闪烁存储器

18、可编程UARL通道三个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个外部中断源，共8个中断源2568bit部RAM2个读写中断口线可直接驱动LED软件设置睡眠和唤醒功能低功耗空闲和掉电模式图3-2 STC89C51RC的主要特性STC89C51RC为40脚双列直插封装的8位通用微处理器，采用工业标准的C51核，在部功能与管脚排布上与通用的8xc52一样，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC部寄存器、数据RAM与外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码与与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为

19、振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（3239脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚与28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测与会聚调整状态进入的控制功能。P0口：P0口是一组8位漏极开

20、路型双向I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活部上拉电阻。在Flash 编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输

21、出一个电流(IIL)。与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2口：P2是一个带有部上拉电阻的8 位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8

22、位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI指令）时，P2口输出P2锁存器的容。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3口：P3口是一组带有部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能P3口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG

23、：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个AL脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条 MOVX 和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选

24、通信号，当STC89C51RC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，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器的与部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反

25、相放大器的输出端。图3-3 STC89C51RC外部引脚3、引脚配置与功能 STC89C51RC单片机有40个引脚,32个外部双向输入/输出端口，同时含2个外中端口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，STC89C51RC可按照常规方法进行编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。3.2时钟电路与复位电路的设计1、时钟电路设计AT89S52单片机部有个振荡器，可以用作CPU的时钟源。本系统时钟选用部方式。AT89S52部含有一个高增益的反相放大器，通过XTAL1(输入端)、XTAL2(输出端)外接作为反馈元件的片

26、外石英晶体(或瓷谐振器)和电容C1，C2组成的并联谐振电路后便构成片自激振荡器，从而利用它部的振荡器产生时钟。连接方法见图3-4所示，其中晶体呈感性，其决定着振荡器的振荡频率；电容Cl，C2对频率有微调作用。电路中反馈元件选用石英晶体，电容Cl和C2均为22PF，电容与晶体的安装位置应尽量靠近单片机。图3-4时钟电路2、复位电路设计89系列单片机在启动时也需要复位使CPU与系统各部件处于确定的初始状态，并从初始态开始工作。按下SW，电源对C充电，使RST端快速到达高电平；松开按键，C向芯片阻放电，恢复为低电平，从而使单片机可靠复位，一般R1选470 k，R2选8.2 k，C选22uF。AT89

27、S52的按键复位电路见图3-5，电路简单可靠。图3-5 按键复位电路3.4传感器的选择传感器基本概念：传感器技术和计算机技术与通信机技术构成了信息技术，成为信息时代的三大支柱。后两者发展迅速，唯有传感器技术发展滞后。传感器技术是衡量一个国家科技发展水平的重要标志。依照中华人民国国家标准(GB/T7665-1987传感器通用术语)的规定，传感器的定义为：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置”，通常由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件“指传感器中能直接感受(或响应)被测量的部分”，此处的被测量一般为非电量；转换元件是“指传感器中能将敏感元件感受(或响应)的被测量转换

28、成适于传输或测量的电信号部分”。 传感器在我国的设施农业中发挥着重要的作用，主要用于环境参数的获取，根据检测对象分为空气环境和土壤环境。前者包括温度、湿度、二氧化碳、光照度等；后者包括土壤温度、土壤含水量、土壤PH值。传感器的原理框图如图3-6所示：图3-6传感器的原理3.4.1温度传感器的选择温度是一个与人类的生活、工作息息相关的物理量，也是现代科学技术中最重要的物理量。常用的温度传感器有热敏电阻、热电偶、成温度传感器、热电阻等。(1)热敏电阻:利用半导体的电阻随温度变化而显著变化的特性制成的半导体测温元件。目前使用的多为瓷热敏电阻。它的优点是:灵敏度高，工作温度围宽，稳定性好，过载能力强，

29、体积小。但它的不足之处在于非线性和互换性差。(2)热电偶:是利用物理学中的金属热电效应制成的温度传感器。结构简单，互换性好，是500800温区的首选温度传感器。(3)PN结温度传感器:实质是一种半导体集成电路，利用晶体二极管、三极管的PN结电压随温度变化而变化的原理制成。线性度好，热惯性小，灵敏度高，但互换性差。(4)集成温度传感器:是把湿敏元件，放大电路、偏置电路与线形化电路集成在同一芯片上的温度传感器。相对其它传感器有较好的线性度和一致性，且体积小，使用方便。据据实际情况可知，温室环境的变化围为040，温度的变化围较小;并且温度的变化速度较慢，因而不需要传感器的反应速度太高。经过对上述几种

30、温度传感器的性能分析比较，认为选用集成温度传感器DS18B20合适。由于具有结构简单不需要外接电路，可用一根 I/0 数据线既供电又传输数据，并且具有体积小，分辨率高，转换快等优点，被广泛用于测量和控制温度的地方。所测温度由P2.7口输入单片机与给定温度进行比较。5DS18B20简介Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，是用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新的概念，现在，新一代DS18B20体积更小、更经济、更灵活。DS18B20同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线接口”，

31、测量温度围为-55C+125C，在-10C85C围精度为0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制。测温类电子产品等。与前一代产品不同，新产品支持3V5V的电压围，使系统设计更灵活。方便，而且新一代产品更便宜体积更小。DS18B20的特征：独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯每个器件有唯一的64位的序列号存储在部存储器中简单的多点分布式测温应用无需外部器件可通过数据线供电，供电围为3.0V到5.5V测温围为-55C+125C（-67+257F）在-10C85C围精度为0.5C温度计分辨率可以被使用者选择

32、为912位数字最多在75ms将温度转换为12位数字用户可定义的非易失性温度报警设置报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统DS18B20与另一款测温软件AD590相比，其外围硬件电路更加简单，通过一个单线接口发送或接受信息，与单片机之间仅需一条连接线，无需外部电源，无需AD转换电路，安装、使用方便，大大的节省了成本。DS18B20的部结构如图3-7所示：图3-7 DS18B20部结构DS18B20的引脚如图3-8所示：图3-8 DS18B20外部引脚引脚说明：GND接地，VCC接电源，Q 是数据IO口。DS18B20

33、测温系统只需外接一个上拉电阻即可实现与单片机之间的通讯线路简单温度检测电路如图3-8所示:图3-9温度检测电路3.4.2湿度传感器的选择湿度是表示空气中水蒸气含量的物理量，常用绝对湿度和相对湿度来表示，影响植物生长的湿度是相对湿度。快速、准确地测定花卉生长环境的湿度信息，对于探明植物生长环境此时是否为最佳状态具有重要意义。 针对室的具体环境，对湿度传感器要求：可应用在线监测易于实现自动化，有良好的灵敏度和精确度、宽量程，测湿围为0100%RH，检测寿命长，可靠性、稳定性高，传感器为线性输出湿度检测模块。 土壤湿度是最重要和最常用的土壤信息，它是科学地控制调节土壤水分状况，进行节水灌溉，实现科学

34、用水的基础。植物一般以土壤水分占土壤持水量的60%80%时生长最好，快速准确地测定土壤水分对于探明植物生长发育期土壤水分盈亏以便适时作出灌溉施肥决策或排水措施等具有重要的意义。 目前，土壤水分的直接测定主要方法有烘干法即土钻法(SA)，间接测量可用石膏电阻块、电容法、力计和中子仪、时域反射仪 (TDR)等。 考虑到成本与电路的复杂程度本系统采用简单电路即可实现，使本系统控制土壤的湿度在60%80%之间。 由V 1和V 2与部分外围元件组成土壤水分检测电路，石墨电极的体电阻随湿度而变化，当土壤湿度较大时，其体电阻较大， V1因其基极电位高而截止，造成V2也截止，其集电极输出低电平。当土壤水分降低

35、到规定值时，V1因其基极电位降低而导通，于是V2也导通，由V 2 集电极输出高电平，单片机控制电磁阀打开开始放水；待土壤水分降低至规定值时，检测电路中的V2管就输出高电平，经反向器U6反向后输出低电平给单片机的P2.5端，控制电磁阀关闭。通过调节RES的阻值，可以控制土壤湿度的围在%60%80之间，具体阻值由后期实验测定。土壤湿度传感器电路组成如图3-9所示：图3-10湿度传感器电路组成3.6光照检测电路的选择光照是作物生长的必要条件，是植物制造营养物质的能源，没有光的存在光合作用就不能进行，作物的生长发育就要受到影响。快速准确地测定作物生长环境的光照强度，对于探明作物生长环境状态是否为最佳，

36、是否适宜作物生长，以便与时做出调控等具有重要的意义。 光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，以光电器件作为转换元件的传感器，它是把光信号(红外、可见与紫外光辐射)转变成为电信号的器件。可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等;也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点。 本系统的光照检测电路采用LM324作比较器，光电三极管作感光元件，当有光照并且达到一定的强度的时候，光电三极管导通，LM324输出低电平，单片机接受低电平信号控制步进电机做出相应的动作。光照检测电路如图3-11所示图3-11光照检

37、测电路3.7输出控制电路的设计自动控制系统通过传感器对受控对象的有关参数信息数据的实时采集，经过数字化变换进入单片机CPU进行必要的处理，而后输出以驱动执行器件或机构产生相应的动作，直接推动被控对象来调整被测参量，最终目的以使受控参量始终处于要求值或围。 在单片机完成控制处理后总是以数字信号通过I/O口线或数据总线输出至受控对象的。对受控设备的驱动常采用模拟量或数字量输出驱动两种方式。而在实际的单片机测控系统中，数字量输出控制已越来越广泛地被应用，尤其是其中的开关量输出驱动和控制。目前单片机I/0口线的驱动能力和与CPU直接接口的一般TTL电路或CMOS电路的驱动能力很有限的，不足以驱动那些功

38、率开关(如继电器、电机、电磁开关等)和强电设备、大功率负载，且由于工作现场环境恶劣、输出通道接近控制对象与周围的电磁等干扰严重，所以输出控制电路设计主要是解决输出隔离即干扰防治和功率驱动问题。其逻辑框图见图3-11所示:光耦单片机输出驱动开关量执行器件继电器图3-11输出通道控制示意图本系统的执行器件和机构只有开启和停闭两种状态，采用开关量形态输出控制，经I/0口到受控对象，据输出控制具体情况附加功率放大驱动电路后驱动执行器件直接推动受控对象。 单片机与功率放大电路间易产生电磁干扰，因此采用光电耦合器隔离等抗干扰措施。开关量输出电路中最主要的干扰是在控制动力设备启停时的冲击干扰。开关量输出隔离

39、的目的在于隔断单片机与执行机构之间的直接电气联系，以防地电位差、外界电磁场等干扰因素造成执行机构地误动作，甚至导致智能仪器本身的损坏。 目前常用的开关量输出驱动隔离器件主要有：功率晶体管、光电耦合器件和继电器等。功率晶体管适合于负载所需电流不太大的场合，常用来驱动微型继电器、LED显示等。光电耦合器件具有输出信号与输入信号在电气上完全隔离，抗干扰能力强，隔离电压可达千伏以上;无触点，寿命长，可靠性高;响应速度快，易与TTL电路配合使用，兼有隔离驱动功能。继电器是利用改变金属触点位置使动触点和定触点闭合或分开，所以继电器具有接触电阻小，流过电流大和耐压高等优点;并且继电器触点的负载能力远远大于光

40、电耦合的负载能力，它能直接控制强电动力回路，且外电路安排灵活，且还有很大的电流放大作用是一种很好的开关量输出隔离与驱动器件。 本系统中被控对象都要用到功率驱动器件，其中电磁阀约5V/个、天窗电机约10W/台。电磁阀选用的是直流电磁阀，具有使用方便，高灵敏度，高效节能，寿命长，高可靠性的特点。产品适用于小型自动供水。窗户电机选用日本/THINK系列/直流马达/DC24V/小齿轮减速电机。对输出控制的前置隔离功放驱动电路均采用功率晶体管、具有隔离驱动功能的光电祸合器件和继电器，其中隔离控制继电器选用电磁式继电器，继电器两端加接泄流二极管回路，用来保护驱动器。3.8硬件的抗干扰设计 在自动浇灌控制系

41、统中，系统可靠性的保证是非常重要的，单片机硬件系统的可靠性决定了整个系统的可靠性。硬件抗干扰技术主要体现在过程通道抗干扰设计、供电系统抗干扰设计和印刷电路板抗干扰设计三个方面。单片机硬件系统的抗干扰能力与元器件质量、装配质量等因素都有关系，但主要取决于设计的可制造性(DEM)，本系统采取如下相应的抗干扰措施。1、采用抗干扰稳压电源采用具有抗干扰能力的稳压电源，绝大部分干扰都可以克服。提高稳压电源抗干扰能力，通常采用的措施:采用电源滤波和退祸；通过低通滤波器接入电网。2、采用良好的接地系统。3、抑制电路部产生的干扰。沿着单片机主板边缘，安置上一圈地线和电源线，并将0.luF的电容置于电源和地线间

42、，以确保电源稳定。4、采用光电耦合器隔离数字信号，强电与弱电之间采用继电器隔离。5、印刷线路板大小要适中，且要合理分区按照单点接电源、单点接地的原则送电。在进行印刷电路板抗干扰设计时除了遵循抗干扰设计原则外，在印刷电路板的重要元器件电源处均配置了退祸电容以有效地去除高频成分的干扰。6、模拟电路与数字电路地线分开。模拟电路与数字电路地线分开有利于防止模拟电路与数据电路的干扰导致传感器数据采集误差，从而保证模拟信号的可靠采集。3.9电磁阀控制电路电磁阀控制电路主要由NPN共集-共射复合管与继电器组成，当单片机P2.4给出高电平,复合管导通，继电器接通，将开关吸合，电磁阀接通开始放水。电磁阀控制电路

43、如图3-11所示：图3-12电磁阀控制电路第四章软件系统的设计4.1总体设计思想 目前支持单片机应用系统开发的语言一般有机器语言、汇编语言和高级语言(如C51)。本系统选用适时性强与透明度高的C语言作为编程语言，系统软件的开发全部采用Keil uVision3进行。系统程序的开发，采用了流行的模块化设计方法。在程序设计中，可根据系统功能，将整个软件系统划分为若干个功能相对独立易于解决的模块，每个模块是一个结构完整，相对独立的程序段，能完成某一规定的任务，实现某个具体的功能。模块化程序结构清晰，组合灵活，可读性好，易于验证，可靠性高，便于功能扩充和版本升级，程序的修改可局部进行，还可建立频繁调用

44、的子程序。系统主程序如图4-1所示：图4-1 系统主程序4.2传感器控制模块设计通过对传感器输入的模拟信号进行转换、处理分析并与预设参数限值进行比较，予以判断，满足一定条件则执行相应控制功能。对应的程序流程如图4-2所示：图4-2土壤湿度判定程序流程图结束语5.1论文总结 基于温度、土壤湿度与光照强度等多因子的自动喷灌控制系统，由以AT89S52为核心的控制电路、传感器电路和执行器件与机构组成，硬件电路简单，不需要传A/D转换器件，系统也不需扩展，经过实验调试，系统设计基本可以满足预期功能要求。硬件电路采用成熟的电路设计，元件选用成本较低的器件，电路稳定，扩干扰力强，性价比较高。软件开发用C语

45、言，采用模块式结构，系统功能易于扩展。5.2工作展望环境量自动控制工程是一个耗时长的大型系统工程，涉与到电子与计算机等行业，需要投入大量的人力和物力。因本人水平、时间与试验条件有限，本文中还存在很多的不足，今后还应进行如下研究:1、自动定时喷灌控制系统的改进：一要解决所用继电器的寿命问题；二是要完善产品的结构与外壳的设计；三是加大推广力度，搞高经济效益与社会效益。2、基于环境多因子的自动浇灌控制系统在如下方面有待作进一步的研究：(1)传感器件国水平较低，需在以后进行更具体的试验。(3)因本人主要是从事电子的，软件设计有待进一步优化处理。(4)要达到室或温室环境自动控制，必须尽可能全面考虑具体的

46、环境调节和具体的植物生理的特点、不同植物对环境因子的不同要求、同一植物在不同生理阶段对于环境因子的要求以与各环境因子的相互影响。今后在研究中要逐步加入这些问题，以便更实用。(5)本系统鉴于时间与水平所限没有充分考虑光照补偿，温度补偿等措施，在以后的研究中应该加上这些思想。参考文献文献、资料名称编著者出版单位微型计算机控制技术51单片机C语言开发与实例C程序设计 单片微型机原理与应用继电器用户实用手册温室自动喷灌控制系统设计与研究新民，王燕芳汤竞南，国琴谭浩强徐维样，旭敏吴义彬吴水平电子工业 人民邮电清华大学理工大学国防工业农业大学此表由学生填写所参考的文献、资料致首先衷心地感我的导师XXX。本文从选题到完成，从理论上的探讨到实际问题的解决，大部分是在老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。在此谨向老师致以诚挚的意和崇高的敬意。我还要感在一起愉快的度过毕业论文舍友们，正是由于你们的帮助，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的意！最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感！