温室大棚自动灌溉控制器设计毕业设计(编辑修改稿)

温室大棚自动灌溉控制器设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 512 字节 RAM， 32位 I/O 口线， 看门狗 定时器 ，内置 4KBEEPROM，MAX810 复位电路 ， 3 个 16 位 定时器 /计数器， 4 个 外部中断 ，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统51 的 5 向量 2 级中断结构），全双工 串行口。 另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、 定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护 方式下， RAM 内容被保存， 振荡器 被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 最高运作频率 35MHz， 6T/12T 可选 [6]。 STC89C52 的引脚结构图如图 所示。 图 STC89C52 引脚图 VCC：电源电压 GND：地 P0 口： P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，即地址 /数据总线复用口 ，名称为。 P1 口： P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 名称为。 P2 口： P2 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 名称为。 P3 口： P3 口是一组带有 内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口 ，名称为。 RST：复位输出。 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 ，复位后程序计数器 PC=0000H。 陕西理工学院毕业 设计 第 6 页 共 25 页 XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 单片机最小系统 单片机的最小系统应包含单片机、电源电路、时钟电路和复位电路等 ，包含的引脚有 VCC， GND，XTAL1， XTAL2， RST， EA/VPP[7]。 图 为单片机最小系统。 图 单片机最小系统 STC89C52 使用 12MHz 的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在 15pF至 50pF 之间 ，该电路选择 22pF 的电容。 时钟电路的主要任务是给单片机 STC89C52 的 正常工作提供一个稳定的时钟信号 ， 单片机在 这个 时钟信号的节 奏 下逐个地执行指令。 单片机的时钟信号的产生方式有两种，一种是外部时钟方式，另一种是内部时钟方式。 外部时钟方式是把已有的时钟信号从 XTAL1 或 XTAL2 送入单片 机 ， 该方式 一般用于有多个单片机的情况，所以本设计中时钟电路采用 的是 内部时钟方式，选用 12M 的晶振和两个 22pF的电容与片内的高增益反相放大器构成一个自激振荡器。 STC89 系列单片机为高电平复位，通常在复位引脚 RST 上连接一个电容到 VCC，再连接一个电阻到 GND，由此形成一个 RC 充放电回路 ，这样可以 保证单片机在上电时 RST 脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态。 单片机 复位电路 就好比电脑的重启部分，当电脑在使用过程中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。 单片机 也一样，当单片机系统在运行中，受到干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。 为了保证 单片机 系统中的电路能稳定可靠工作，复位能可靠工作，复位电路是不可或缺的一部分，复位电路 包括手动复位和上电复位。 单片机在开始工作时都需要复位，这样就可以使整个系统处于确定的初始状态，从初始状态开始工作。 89 系列单片机的复位信号是从 RST 引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。 当系统工作状态正常，振荡器稳定后，如果 RST 引脚上有一个高电平并且保持 2 个机器陕西理工学院毕业 设计 第 7 页 共 25 页 周期（ 24 个振荡周期）以上，则 CPU 就可以响应并将系统复位。 温湿度采集系统的设计 温度的测量电路 图 为 DS18B20 引脚图。 图 DS18B20 引脚图 DS18B20 数字温度传感器支持“一线总线”接口，测量温度的范围为 － 55℃～＋ 125℃，在 10～+85℃时精度为177。 ℃ ；适应电压范围宽，电压范围为 ～ ，采用外部电源供电的方式。 该温度传感器 有三个引脚， VCC 为外接供电电源输入端， GND 为电源地， DA 为数字信号输入 /输出端 [8]。 图 该温度传感器 三个引脚， VCC 接工作电源； GND 接地； DA 接单片机 口。 在该电路中， VCC引脚与 DQ 引脚之间接一个上拉电阻，阻值约为 ，使电路不工作时处于高电平。 DS18B20 所采集的温度数据经过 ADS1286 模数转换器 转化为相应的数字信号，然后将数字信号传送给单片机，通过单片机作相应的数据处理得到温度值。 土壤湿度检测器的介绍 土壤湿度检测器原理图如图 所示 陕西理工学院毕业 设计 第 8 页 共 25 页 图 土壤湿度检测器原理图 土壤湿度检测器是为了检测土壤的含水量，做土壤墒情监测和农业灌溉。 本设计中土壤湿度检测器是电阻式土壤湿度检测器，土壤的电 阻值与其湿度有关，通过土壤溶液的导电性和土壤水分含量的关系测定土壤湿度。 通过测试土壤的电阻值来观察电压的示数。 土壤越干燥，土壤的电阻值越大，电压示数越小。 反之亦然。 湿度的采集可以用湿度传感器来实现。 将湿度传感器看作可调变阻器，当湿度传感器采集到湿度时，电阻值发生变化，湿度最小时的电阻值为 10K，湿度最大时为。 变化的幅度是根据湿度传感器采集到的湿度大小而定。 随着电阻值的变化，电路的输出电压也跟着变化。 调节电阻值的大小，可得到想要的电压，满足电路的需求。 此次设计采用的是土壤湿度传感器 YL69。 土壤湿度传感器特性： （ 1）土壤湿度传感器 YL69，表面采用镀镍处理，有加宽的感应面积，可以提高导电性能 ，防止接触土壤容易生锈的问题，延长使用寿命； （ 2）可以宽范围控制土壤的湿度，通过电位器调节控制相应阀值，湿度低于设定值时， DO 输出高电平；高于设定值时， DO 输出低电平； （ 3）采用三线制，界限简单，只需把 VCC 外接 电压， GND 外接数字地， DO“小板数字量输出接口（ 0 和 1）”接到单片机即可； （ 4）比较器采用 LM393 芯片，工作稳定； （ 5）设 有固定螺栓孔，方便安装。 值得说明的是：此传感器适用于土壤的湿度检测；模块中蓝色的电位器是用于土壤湿度的阀值调节，顺时针调节，控制的湿度会越大，逆时针越小；数字量输出 D0 可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测土壤湿度 [9]。 将土壤湿度检测器探头埋在作物根部的土壤里检测土壤湿度，该土壤湿度检测器检测到的数据经 A/D 转换器将转换过的数据传至主控制器，由主控制器决定控制状态，如果湿度过低，则通过继电器控制接在水源的电磁阀进行灌溉，湿度过高则停止灌溉。 ADS1286模数转换器 ADS1286 引脚图如图 所示 图 ADS1286 引脚 陕西理工学院毕业 设计 第 9 页 共 25 页 图 A/D 转换电路图 ADS1286 是一个 12 位低功耗 A/D 转换芯片，其供电电流为 250uA，采样率为 20KHz,支持两线或三线接口通信，并且与 SPI 或 SSI 均兼容。 该芯片有 8 个引脚， VREF 为参考电压输入端； +In 为同相输入端； In 为反相输入端； GND 为接地端； CS/SHDN 为片选端 /低功耗模式选择，当该引脚出现低电平时，芯片片选有效，当该引脚为高电平时为低功耗模式； DOUT 为串行数据输出端； DCLOCK 为时钟输入端； +VCC 为电源正端。 显示模块的设计 考虑到本设计的特点（工作时的温湿度、显示行列数、光线等），本次设计中采用的是 LCD5110显示器。 5110 显示器具有显示清晰、视觉范围广、价格低等优点。 LCD5110（ LPH7366)是诺基亚公司生产的一款性价比高、接口简单、运行速度快、工作电压低的液晶显示模块，具有掉电模式，不仅应用于移动电话，而且还 广泛应用于各类便携式移动设备的显示系统 [10]。 与其他类型的产品相比，该模块具有以下特点： 84x48 的点阵 LCD，可以显示 4 行汉字；采用串行接口与主处理器进行通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源和地在内的信号线仅有 9 条；支持多种串行通信协议（如 AVR 单片机的 SPI、MCS51 的串口模式 O 等），传输速率高达 4Mbps，可全速写入显示数据，无等待时间；可通过导电胶连接模块与印制版，而不用连接电缆，用模块上的金属钩可将模块固定到印制板上，因而非常便于安装和更换； LCD 控制器／驱动器芯片已绑定到 LCD 晶片 上，模块的体积很小。 其液晶显示模块图 所示 ： 图 LCD5110 液晶显示模块 陕西理工学院毕业 设计 第 10 页 共 25 页 报警电路的设计 当温室大棚内的温湿度超过上下限时，就需要通过报警来提醒工作人员进行温湿度调节，而报警用到的就是蜂鸣器。 蜂鸣器分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种。 压电式蜂鸣器用直流电压就可以驱动它鸣叫，那是因为它内部集成了振荡源。 而电磁式蜂鸣器内部没有振荡源，所以一般使用2K5K 方波来驱动。 在本次设计中使用的是有电磁式蜂鸣器， 电磁式。