自动灌溉控制器的设计_毕业设计(编辑修改稿)

自动灌溉控制器的设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

,则  22Y G wC。 根据高频电子线路理论可知 0Ck。 其中 ,  表示土壤的介电常数。 0 表示真空中的介电常数 ,等于 10 /Fm。 k 取决于探针的几何结构。 当在探针上加一个电流 i 时 ,在电容两端产生一个幅 值为 u ,相角为  的电压 ju ue ,则探针导纳 可表示为jiY ue。 土壤介电测量通用模型等效电路 ,如图 所示。 图 土壤介电测量模型的等效电路 根据矢量电压表测得的电压和相角以及信号源电流值 ,可以计算出导纳 ,进而求得等效电容 C 和等效电导 G。 当探针结构一定时 ,被测物质的介电常数决定着探针的阻抗 ,而土壤的介电 常数又主要取决于土壤含水量 ,这样最终通过探针阻抗的测量得出土壤含水量的数值。 SHT10 数字温湿度传感器 由瑞士 Sensirion 推出的 SHTxx 系列数字温湿度传感器，基于领先世界的CMOSens 174。 数字传感技术，具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。 全量程标定，两线数字接口，可与单片机直接相连，大大缩短研发时间、简化外围电路并降低费用。 此外，体积微小、响应迅速、低能耗、可浸没、抗干扰能力强、温湿一体，兼有露点测量，性价比高，使该产品能够适于多种场合的应用。 （ 1） 产品特点： ① SHT10 系列为 贴片型温湿度传感器芯片 ② 全量程标定，两线数字输出； ③ 湿度测量范围： 0～ 100%RH； ④ 温度测量范围： 40～ +℃ ； ⑤ 湿度测量精度： 177。 %RH ⑥ 温度测量精度： 177。 ℃ ⑦ 响应时间： 8s(tau63%)； ⑧ 低功耗 80μW(12 位测量， 1 次 /s)； ⑨ 可完全浸没。 （ 2） 应用领域： 数据采集器、变送器、自动化过程控制、汽车行业、楼宇控制 amp。 暖通空调、电力、计量测试、医药业。 湿度传感器与单片机的连接 湿度采集模块组成和单片机的连接示意图如图 所示。 高频信号加到传感器探头 上 ,通过整流滤波电路获取电压信号 ,经过模数转换器 AD574 送入单片机 AT89C51 湿 度 传 感 器 A / D 转 化A T 8 9 C 5 1 图 湿度采集模块组成和单片机的连接图 计算得到含水量值 ,该值与通过键盘设定的门限值比较 ,以决定是否实现自动灌溉 [11]。 通过串行通信模块与上位机通信 ,可以实现对含水量的人工监控 ,同时可以通过上位机下达指令 ,实行定点灌溉。 矩阵 键盘电路设计 矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，图 中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的 I/O 口作为输出端，而列线所接的 I/O口则作为输入。 这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。 行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的 状态就可得知是否有键按下了。 具体的识别及编程方法如下所述。 确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法”。 行扫描法行扫描法又称为逐行 (或列 )扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如 图所示键盘，介绍过程如下。 判断键盘中有无键按下将全部行线 H0H3 置低电平，然后检测列线的状态。 只要有一列的电平为低，则表示键盘中有 键被按下，而且闭合的键位于低电平线与 4根行线相交叉的 4 个按键之中。 若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下 [12]。 判断闭合键所在的位置在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。 其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。 在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。 若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。 图 为本设计的键盘电路图， 为行线， 为列线。 总共构成 16 个键。 其中包含数字键 09 共十个，模 式选 择键手动和自动共两个，功能键启动、停止和数字清零键共三个。 剩下的一个键是空闲键，留作扩展功能用。 图 键盘电路图 LCD 液晶显示电路 12864 液晶显示器 带中文字库的 12864 是一种具有 4 位 /8 位并行、 2 线或 3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点 ASCII 字符集。 利用该模块 灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互 图形界面。 图 12864 液晶显示屏 可以显示 84 行 1616 点阵的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗。 模块有如下基本特性 : （ 1）低电源电压（ VDD: + ~ +） （ 2）显示分辨率 :12864 点 （ 3）内置汉字字库，提供 8192 个 1616 点阵汉字 (简繁体可选 ) （ 4）内置 128 个 168 点阵字符 （ 5） 2MHZ 时钟频率 （ 6）显示方式： STN、半透、正显 （ 7）驱动方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS （ 8）视角方向： 6 点 （ 9）背光方式：侧部高亮白色 LED，功耗仅为普通 LED 的 1/5—1/10 （ 10）通讯方式：串行、并口可选 模块接口说明（此处用的是并行接口） 液晶显示屏 LCD12864 有 20 个引脚，引脚可分类为： ①电源引脚（包括 VSS、 VCC） ②亮度调节引脚 V0 ③数据和指令选择引脚 RS ④使能信号 E ⑥数据传输引脚 DB0~ DB7 ⑦并口串口选择引脚 PSB 表 管脚号 管脚名称 电平 管脚功能描述 1 VSS 0V 电源地 2 VCC +5V 电源正 3 V0 — 对比度（亮度）调整 4 RS(CS） H/L RS=“H”,表示 DB7——DB0 为显 示数据 RS=“L”,表示 DB7——DB0 为显示指令数据 5 R/W(SID) H/L R/W=“H”,E=“H”,数据被读到 DB7——DB0 R/W=“L”,E=“H→L”, DB7 ——DB0 的数据被写到 IR 或 DR[13] 6 E(SCLK) H/L 使能信号 7 DB0 H/L 三态数据线 8 DB1 H/L 三态数据线 9 DB2 H/L 三态数据线 10 DB3 H/L 三态数据线 11 DB4 H/L 三态数据线 12 DB5 H/L 三态数据线 13 DB6 H/L 三态数据线 14 DB7 H/L 三态数据线 15 PSB H/L H： 8 位或 4 位并口方式， L：串口方式（见注释 1） 16 /RESET H/L 复位端，低电平有效 17 VOUT — LCD 驱动电压输出端 18 A VDD 背光源正端（ +5V） 19 K VSS 背光源负端 模块主要硬件构成说明 控制器接口信号说明： （ 1） RS， R/W 的配合选择决定控制界面的 4 种模式： 表 RS R/W 功能说明 L L MPU 写指令到指令暂存器（ IR） L H 读出忙标志（ BF）及地 址记数器（ AC）的状态 H L MPU 写入数据到数据暂存器（ DR） H H MPU 从数据暂存器（ DR）中读出数据 （ 2） E 信号 表 E 状态 执行动作 结果 高 —低 I/O 缓冲 —DR 配合 /W 进行写数据或指令 高 DR—I/O 缓冲 配合 R 进行读数据或指令 低 /低 —高 无 无 （ 3） 忙标志 BF： BF 标志提供内部工作情况。 BF=1 表示模块在进行内部操作 ,此时模块不接受外部指令和数据。 BF=0 时 ,模块为准备状态 ,随时可接受外部指令和数据。 利用 STATUS RD 指令 ,可以将 BF 读到 DB7 总线 ,从而检验模块之工作状态。 （ 4） 字型产生 ROM（ CGROM） ： 字型产生 ROM（ CGROM）提供 8192 个此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。 DFF=1 为开显示（ DISPLAY ON),DDRAM 的内容就显示在屏幕上， DFF=0 为关显示（ DISPLAY OFF)。 DFF 的状态是指令DISPLAY ON/OFF 和 RST 信号控制的。 （ 5） 显示数据 RAM（ DDRAM） ： 模块内部显示数据 RAM 提供 642 个位元组的空间，最多可控制 4 行 16 字（ 64 个字）的中文字型显示，当写入显示数据 RAM 时，可分别显示 CGROM 与 CGRAM 的字型；此模块可显示三种字型，分别是半角英数字型 (16*8)、 CGRAM 字型及 CGROM 的中文字型，三种字型的选择，由在 DDRAM中写入的编码选择，在 0000H—0006H 的编码中（其代码分别是 0000、 000 0000006 共 4 个）将选择 CGRAM 的自定义字型， 02H—7FH 的编码中将选择半角英数字的字型，至于 A1 以上的编码将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码形成中文字型的编码 BIG5（ A140—D75F）， GB（ A1A0F7FFH）。 （ 6） 字型产生 RAM(CGRAM)：字型产生 RAM 提供图象定义 (造字 )功能 , 可以提供四组 1616 点的自定义图象空间，使用者可以将内部字型没有提供的图象字型自行定义到 CGRAM 中，便可和 CGROM 中的定义一样地通过 DDRAM 显示在屏幕中。 （ 7） 地址计数器 AC：地址计数器是用来贮存 DDRAM/CGRAM 之一的地址 ,它可由设定指令暂存器来改变，之后只要读取或是写入 DDRAM/CGRAM 的值时，地址计数器的值就会自动加一，当 RS 为 “0”时而 R/W 为 “1”时，地址计数器的值会被读取到 DB6DB0 中。 步进电机驱动电路 步进电机简介和原理 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。 在非超载的情况下，电机的转速 、 停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。 这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。 使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 感应子式步进电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。 电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。 而方向由导电顺序决定 [14]。 图 四相步进电机步进 示 意图 图 是四相反应式步进电机工作原理示意图。 开始时，开关 SB 接通电源， SA、SC、 SD 断开， B 相磁极和转子 0、 3 号齿对齐，同时，转子的 4 号齿就和 C、 D相 绕组磁极产生错齿， 5 号齿就和 D、 A 相绕组磁极产生错齿。 当开关 SC 接通电源， SB、 SA、 SD 断开时，由于 C 相绕组的磁力线和 4 号齿之间磁力线的作用，使转子转动， 4 号齿和 C 相绕组的磁极对齐。 而 0、 3 号齿和 A、 B 相绕组产生错齿， 5 号齿就和 A、 D 相绕组磁极产生错齿。 依次类推， A、 B、 C、 D 四相绕组轮流供电，则转子会 沿着 A、 B、 C、 D 方向转动。 四相步进电机按照通电顺序的不 同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。 单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。 ULN2803 驱动芯片 （ 1） ULN2803 引脚说明 [15]： 18 号 引脚：输入端 1118 号 引脚：输出端 9 号 引脚：地端 10 号 引脚：电源 + （ 2） 达林顿驱动的典型应用： ① 用于大功率开关电路 ,电机调速 ,逆变电路。 利用 CMOS 电路经过达林顿管驱动高灵敏度继电器的电路。 ② 驱动 LCD 智能显示屏 LCD 智能显示屏是由微型计算机控制 ,以 LCD 矩 阵板作显示的系统 ,可用来显示各种文字及图案。 该系统中的行驱动器和列驱动器均可采用高 β, 高速低压降的达林顿管。 应注意的是 ,达林顿管由于内部由多只管子及电阻组成 ,用万用表测试时 ,基极的正反向阻值与普通三极管不同。 步进电机驱动模块图 ACBD ABCD1B12B23B34B45B56B67B78B81C182C173C164C155C146C137C128C11CO M10+ 8 8 . 8X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 0。