基于单片机的定时喷水控制系统控制电路设计

基于单片机的定时喷水控制系统控制电路设计内容摘要：

电磁阀进行灌溉，当湿度满足要求是关闭电磁阀。 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，主要有 MCS4 MCS51和 MCS96三大系列，其中 MCS51 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 Intel80C51/52作为内核，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 MCS51 用户进行电子设计与开发的优选单片机品种。 下面我用 at89c52 和 at89s51 做一个比较： 方案一：采用 at89c52 作为系统的控制器。 AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位 单片机 ，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL公司 的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元， AT89C52 单片机在电子行业中有着广泛的应用。 主要功能特性 陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 8 a、兼容 MCS51 指令系统 b、 8k 可反复 擦写 (大于 1000 次） Flash ROM； c、 32 个双向 I/O 口； d、 256x8bit 内部 RAM； e、 3 个 16 位可编程定时 /计数器中断； f、时钟频率 024MHz； g、 2 个串行中断，可编程 UART 串行通道； h、 2 个外部中断源，共 8 个中断源； i、 2 个读写中断口线， 3 级加密位； j、低功耗空闲和掉电模式， 软件 设置睡眠和唤醒功能； k、有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等几种封装形式，以适应不同产品的需求。 方案二：采用 at89s51 单片机作为系统的控制器 AT89S51 单片机简介 AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8位中央处理器和 ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S51 具有如下特点： 40 个引脚， 4k Bytes Flash 片内程序存储器， 128 bytes的随机存取数据存储器（ RAM）， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）口， 5 个中断优先级2 层中断嵌套中断， 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2个全双工串行通信口，看门狗（ WDT）电路，片内时钟振荡器。 功能特性： MCS51 指令系统 个双向 I/O 口 个 16 位可编程定时 /计数器 UART 串行中断口线 个外部中断源 （ WDT）电路 ISP 字节和分页编程 可反复擦写 (1000 次） ISP Flash ROM 工作电压 033MHz 内部 RAM 基于单片机的定时喷水控制系统控制电路设计 9 级加密位 综合考虑，本次设计选用市场上比较普遍的单片机 AT89S51来实现系统设计，其内部带有 4KB的程序存储器， 128字节的数据存储器，足以满足系统要求。 并且他们的引脚相同， at89s51单片机的成本更低廉，对于我们来说也比较熟悉。 传感器的选择 传感器技术和计算机技术及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。 依照中华人民共和国国家标准 (GB/T76651987 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。 方案一：选用温度采集模块和湿度采集模块。 温度采集 温度的采集采用的 DS18B20 温度传感器，通过温度传感器来检测空气的温度来判断当前的天气状况，以此温度作为参考是否灌溉的一个标准。 DS18B20 温度传感器有超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强等优点，而且全数字温度转换及输出，最高 12 位分辨率，精度可达土 摄氏度。 检测温度范围为 – 55176。 C ~+125176。 C (– 67176。 F ~ +257176。 F)，完全适用于本产品的开发与要求。 湿度采集 湿度采集采用的是 AM1001 湿度传感器，可以实时检测土壤中的湿度，土壤过湿或者过干，通过湿度传感器检测的土壤湿度来判断植物是否缺 水。 湿度传感器 AM1001 具有低功耗，小体积、带温度补偿、单片机校准线性输出、使用方便、成本低、完全互换、超长的信号传输距离、精确校准等优点。 采集外界的模拟信号，传给单片机处理。 第二种方案：将温度和湿度合成一个模块来处理。 采用 AM2301 来对土壤中的温湿度进行采集。 AM2301 湿敏电容数字温湿度模块是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合传陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 10 感器。 它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。 传感器包括一个电容式感湿元件和一个高精度测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。 因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。 每个传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。 校准系数以程序的形式储存在单片机中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这 些校准系数。 标准单总线接口，使系统集成变得简易快捷。 超小的体积、极低的功耗，信号传输距离 可达 20 米以上，使其成为温湿度测量的最佳选择。 显示器的选择 方案一：选择 led 七位数码管显示 LED数码管实际上是由七个发光管组成 8 字形构成的，加上小数点就是 8 个。 这些段分别由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 来表示。 当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的 2 个 8 数码管字样了。 它有原理简单，容易理解和操作的特点，对于一些简单的显示系统是非常理想的器件。 方案二：选择液晶显示屏 液晶显示器，即 LCD，为英文 Liquid Crystal Display 的缩写，是一种现在非常普遍的数字显示技术，广泛应用于微型计算机系统中。 与传统的阴极射线管（ CRT）相比， LCD 具有占用空间小、低功耗、低辐射、无闪烁、降低视觉疲劳、重量轻、易于携带等优点。 LCD 的原理与 CRT大不相同。 LCD是基于液晶电光效应的显示器件 ,是一种借助外界光线照射液晶材料而实现显示的被动显示器件。 可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，利用液晶的物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过，让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透，在平面面板上产生图象。 LCD 虽然功能强大，但是操作复杂，并且 led 在本系统中就足以发挥作用，并且成本低廉，所以在本次设计中选用 LED 作为显示用。 程序开发语言选择 本课题的软件设计主要由 数据输入子程序 ， 液晶显示 子程序， 数据处理程序 程序及输出程序 程序组成。 汇编语言程序则具有较高的效率并且容易精确计算程序运行的时间， C 语言它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。 C 程序设计有利于实现较复杂的算法，根据课题以及实际情况选择 C 语言。 开发工具我选用 Keil uVision3， KeilSoftware 公司推出的 uVision3 是一款可用于多种 8051MCU 的集成开发环境 (IDE)，该 IDE 同时也是 PK51 及其它开发套件的一个重要组件。 除增加了源代码、功能导航器、模板编辑以及改进的搜索功能外， uVision3还提供了一 个配置向导功能，加速了启动代码和配置文件的生成。 此外其内置的仿真器基于单片机的定时喷水控制系统控制电路设计 11 可模拟目标 MCU，包括指令集、片上外围设备及外部信号等。 uVision3 提供逻辑分析器，可监控基于 MCUI/O 引脚和外设状态变化下的程序变量。 uVision3 提供对多种最新的 8051 类微处理器的支持，包括 AnalogDevices 的ADuC83x 和 ADuC84x，以及 Infineon 的 XC866 等。 陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 12 3 系统硬件主要器件选择 系统硬件的组成部分 这个控制系统的接受网络是由许多网络传感器子节点组成的，每一个子节点包括： 1 个 地表温湿度传感器 ，及相关电路。 如图 31 所示 显 示 部分数 据 分析 部 分数 据 采集 部 分数 据 输出 部 分 图 3— 1 系统原理图 系统主控制器采用的是单片机作为主控芯片，供电系统主要是由 控压 芯片组成。 供电，由 220v 交流电供电的。 单片机通过土壤温湿度传感器 采集地表的水分 和温度数据，并读取自己片内非遗失性数据储存器中的上下限数 据，得出控制结果控制电磁阀实施滴灌操作。 主控制器 系统中我们选择主控制器芯片的时候需要考虑整个系统的功耗要低，并且有非易失性的程序和数据存储器方便数据的掉电存储，要集成内部基准电压源并采用 at89s51 单片机。 AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存基于单片机的定时喷水控制系统控制电路设计 13 储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS51指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元， AT89S51 在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。 AT89S51 的管脚图如图 42 所示。