基于單片機(jī)的定時(shí)澆水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)控制的定時(shí)澆水電路的設(shè)計(jì)摘 要通過研究盆景花卉正常生長的各種參數(shù)，根據(jù)是否需要水和光照而自動(dòng)澆灌，很好地控制花卉生長的溫度及濕度。考慮干擾的消除措施，有效地避免干擾的產(chǎn)生，采用太陽能給電池充電使之環(huán)保又節(jié)省了資本，系統(tǒng)的器件需要采用高性能低價(jià)原件，降低開發(fā)成本低，而且能夠滿足大多數(shù)用戶的需求。本系統(tǒng)將對溫室環(huán)境中土壤濕度、光照強(qiáng)度、溫度因子的調(diào)控進(jìn)行自動(dòng)化控制以期達(dá)到最佳的控制效果。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，完成硬件原理圖。硬件將通過調(diào)研對比分析，選用高性價(jià)比元件，采用一些成熟電路設(shè)計(jì)，達(dá)到提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性與精度，降低成本，提高市場競爭力的目標(biāo)。程序設(shè)計(jì)流程與程序清單。軟件設(shè)計(jì)將采用C語言設(shè)

2、計(jì)，提高系統(tǒng)的修改、調(diào)試與升級的能力。通過系統(tǒng)仿真，檢驗(yàn)系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)的合理性，達(dá)到預(yù)期的功能。 關(guān)鍵詞 單片機(jī)/澆水電路/溫度/濕度/傳感器 SCM water circuit timing circuit designABSTRACTPotted flowers by studying various parameters of normal growth, according to the need for water and light and automatic watering, good control of temperature and humidity of the g

3、rowth of flowers. Consider the interference cancellation measures to effectively prevent the generation of interference, the use of solar energy to charge the battery to make it environmentally friendly and save the capital, the system uses high-performance low-cost devices that require the original

4、, lower development costs low and meet the needs of most users .The system will be in the greenhouse soil moisture, light intensity, temperature control for automatic control factors to achieve the best control results.System hardware design, complete hardware schematics. Comparative analysis of har

5、dware through research, the choice of cost-effective components, using a number of mature circuit design, to improve system stability, reliability and accuracy, reduce costs, increase market competitiveness objectives. List of programming processes and procedures. Software design will use C language

6、 design and improve system modifications, commissioning and upgrading of skills. Through the system simulation, test system hardware and software design is reasonable, to achieve the desired function. KEY WORDS SEM，water circuit，temperature，humidity，Sensor目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1 研究的背景11.2 自動(dòng)澆灌的現(xiàn)狀與

7、發(fā)展趨勢2 現(xiàn)狀21.2.2 發(fā)展趨勢31.3 本論文的主要研究內(nèi)容41.3.1 基礎(chǔ)研究與設(shè)計(jì)開發(fā)41.3.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)42 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)62.1 應(yīng)用場合和工作環(huán)境62.2 系統(tǒng)的預(yù)期功能和技術(shù)指標(biāo)6 課題研究預(yù)期功能6 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)72.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案7 系統(tǒng)測控原理72.3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)72.4 系統(tǒng)的工作原理93 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)103.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)10 單片機(jī)的選擇10 AT89S52簡介103.1.3 存儲器的配置153.2 太陽能電池板充電電路163.2.1 充電芯片的選擇16 穩(wěn)壓電路的選擇183.2.3 過充保護(hù)電路193.3 數(shù)據(jù)采集電路

8、的設(shè)計(jì)20 傳感器的選擇20 輸出控制電路的設(shè)計(jì)264.軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)324.1總體設(shè)計(jì)思想324.2 傳感器控制模塊設(shè)計(jì)32結(jié) 論37致 謝38參考文獻(xiàn)39附錄1系統(tǒng)原理圖及pcb圖40附錄2系統(tǒng)源程序431 緒論1.1 研究的背景 水對我們的生命起著重要的作用 ,它是生命的源泉，是人類賴以生存和發(fā)展的不可缺少的最重要的物質(zhì)資源之一。人的生命一刻也離不開水，水是人生命需要最主要的物質(zhì)。 而對人體而言的生理功能是多方面，而體內(nèi)發(fā)生的一切化學(xué)反應(yīng)都是在介質(zhì)水中進(jìn)行，沒有水，養(yǎng)料不能被吸收；氧氣不能運(yùn)到所需部位；養(yǎng)料和激素也不能到達(dá)它的作用部位；廢物不能排除，新陳代謝將停止，人將死亡。因此，水對人

9、的生命是最重要的物質(zhì)。 在地球上，哪里有水，哪里就有生命。一切生命活動(dòng)都是起源于水的。 在現(xiàn)代工業(yè)中，沒有一個(gè)工業(yè)部門是不用水的。也沒有一項(xiàng)工業(yè)不和水直接或間接發(fā)生關(guān)系。更多的工業(yè)是利用水來冷卻設(shè)備或產(chǎn)品，例如鋼鐵廠等。水還常常用來作為洗滌劑，如漂洗原料或產(chǎn)品，清洗設(shè)備或地面，每個(gè)工廠都要利用水的各種作用來維護(hù)正常生產(chǎn)，幾乎每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都有水的參與。 所以,水作為大自然賦予人類的寶貴財(cái)富，早就被人們關(guān)注。但是人們經(jīng)常使用“水資源”一詞，卻是近一二十年的事。關(guān)于水資源的定義，有幾十種之多，較普遍的說法是指“可以供人們經(jīng)常取用、逐年可以恢復(fù)的水量”。也就是通常所指的淡水資源。這樣，苦咸的的海水就

10、不算在內(nèi)，連千年難化的冰川、不易取用的一部分地下水也排除在外了。水落石出資源是人類調(diào)查了解得最清楚的資源，決不會(huì)像煤、鐵、石油等資源那樣有新的大發(fā)現(xiàn)而改變數(shù)量結(jié)構(gòu)和分布。水資源的價(jià)值在于，水資源地球生命的需求、為人類服務(wù)包括水所具有的發(fā)電、航運(yùn)、養(yǎng)殖、環(huán)境等方面的能力。 我們都知道,水在自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境中，都是極為重要而活躍的因素。山清水秀，鳥語花香，風(fēng)調(diào)雨順，五谷豐登，是人類追求向往的美境，也是人類勞動(dòng)創(chuàng)造和精心愛護(hù)的碩果。水在不停地運(yùn)動(dòng)，在人體里，在農(nóng)田，在工廠，使世界充滿生機(jī)和活力，污物被水流帶走，稀釋了，化解了，又被大自然凈化了。當(dāng)我們徜徉在大自然的懷抱的時(shí)候,其實(shí)我們所面對的全部是

11、水給我們的力量.我們那山木禾水的生活,水給了我們很大的比例。地球有“水球”之稱。“三山七水一分田”，這句俗語，比較形象地概括了地球表面的情況。據(jù)權(quán)威人士估計(jì)，地球上的儲水量達(dá)3.85億立方千米，如果把這些水平鋪在地球的表面，那么地球就會(huì)變成一顆平均水深達(dá)2700多米的“水球”。1.2 自動(dòng)澆灌的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1.2.1 現(xiàn)狀目前國際上園林澆灌技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展已形成系統(tǒng)化，世界上專業(yè)的澆灌制造企業(yè)園林澆灌系統(tǒng)技術(shù)及制造技術(shù)已非常成熟。這包括但不限于泵站技術(shù)、噴滴灌技術(shù)、中心控制系統(tǒng)硬件及軟件技術(shù)、閥門技術(shù)、施肥/施藥技術(shù)等等。我國現(xiàn)代園林澆灌技術(shù)起步較晚，目前尚沒有形成系統(tǒng)化、專業(yè)化的軟件及

12、硬件系統(tǒng)。國內(nèi)許多園林澆灌技術(shù)開發(fā)及生產(chǎn)企業(yè)大都是在學(xué)習(xí)借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)自己的技術(shù)及產(chǎn)品。隨著世界人口的增長和能源、水資源危機(jī)的加劇，園林澆灌設(shè)備正朝著更加環(huán)保、采用新材料、智能化控制、跨行業(yè)開發(fā)、低壓噴灑、降低能耗、綜合利用、多種用途方向穩(wěn)步發(fā)展。隨著塑料模具加工精度越來越高，其加工成本費(fèi)用也大幅度降低，必將大大促進(jìn)各種灌水器及其附件的更新?lián)Q代速度。 國外園林澆灌現(xiàn)已關(guān)注噴滴灌系統(tǒng)中最令人頭痛的堵塞及利用微堿水和城市處理過的廢水進(jìn)行澆灌等問題。在國內(nèi)，從北京市水利局和北京市節(jié)水辦獲悉，北京市已啟動(dòng)替代水源工程，加快雨水和中水的開發(fā)利用，并已經(jīng)列出時(shí)間表，2005 年1月起，城市

13、園林綠化、道路沖灑、建筑降塵、水景觀必須使用中水和河水。到2008 年，全市年利用中水和雨水要達(dá)到2 億立方米。而在中水的利用方面，國外諸如美國雨鳥公司的中水澆灌產(chǎn)品早已在美國加利佛尼亞、佛羅里達(dá)等地區(qū)被廣泛使用。1.2.2 發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，各種智能家電、數(shù)碼產(chǎn)品走進(jìn)人們的生活，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們現(xiàn)代生活中人際交往和獲取知識的一個(gè)不可或缺的平臺。鑒于現(xiàn)在高科技的發(fā)展，未來自動(dòng)澆灌控制系統(tǒng)的發(fā)展也有望朝這些方面發(fā)展。.1 智能化 隨著傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，溫室計(jì)算機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的應(yīng)用將由簡單的以數(shù)據(jù)采集處理和監(jiān)測，逐步轉(zhuǎn)向以知識處理和應(yīng)用為主。因此軟件系統(tǒng)的

14、研制開發(fā)將不斷深入完善，其中以專家系統(tǒng)為主的智能管理系統(tǒng)已取得了不少研究成果，而且應(yīng)用前景非常廣闊。.2 網(wǎng)絡(luò)化 目前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)己成為最有活力，發(fā)展最快的高科技領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了信息傳播。設(shè)施的產(chǎn)業(yè)化程度的提高成為可能。.3 綜合環(huán)境調(diào)控 所謂綜合環(huán)境調(diào)節(jié)，就是以實(shí)現(xiàn)花卉的正常生長為目標(biāo)，把影響花卉生長的多種環(huán)境參數(shù)(如光照、溫度、濕度等)都保持在適宜花卉生長的狀態(tài)，并盡可能使用最少量的環(huán)境調(diào)節(jié)裝置(采光、遮光、通風(fēng)、保溫、加溫、施用C02等)。 智能及無人操作將是未來的各種行業(yè)的發(fā)展趨勢，不僅能大量節(jié)省人們的寶貴時(shí)間還能更好的控制各種成分的細(xì)微比例做到人們自己動(dòng)手所不能做到的效果

15、。1.2.2.4 高移植性 稍微修改一些系統(tǒng)的參數(shù)及設(shè)備即可應(yīng)用于別的環(huán)境下，省時(shí)省力，節(jié)省大量資金及研發(fā)成本。 在不久的將來，不僅能實(shí)現(xiàn)對辦公室花卉的控制而且可以實(shí)現(xiàn)路邊及所有公共場所花草樹木的自動(dòng)灌溉，而且可以加入遠(yuǎn)程控制，可視頻控制，更大限度的節(jié)省人力物力，這將是世界澆灌系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢。1.3 本論文的主要研究內(nèi)容1.3.1 基礎(chǔ)研究與設(shè)計(jì)開發(fā) 通過研究盆景花卉正常生長的各種參數(shù)，根據(jù)是否需要水和光照而自動(dòng)澆灌，很好地控制花卉生長的溫度及濕度?？紤]干擾的消除措施，有效地避免干擾的產(chǎn)生，如何采用太陽能給電池充電使之環(huán)保又節(jié)省了資本，系統(tǒng)的器件需要采用高性能低價(jià)原件，降低開發(fā)成本低，而且

16、能夠滿足大多數(shù)用戶的需求。1.3.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)1、本系統(tǒng)將對溫室環(huán)境中土壤濕度、光照強(qiáng)度、溫度因子的調(diào)控進(jìn)行自動(dòng)化控制，以期達(dá)到最佳的控制效果。2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，完成硬件原理圖。硬件將通過調(diào)研對比分析，選用高性價(jià)比元件，采用一些成熟電路設(shè)計(jì)，達(dá)到提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性與精度，降低成本，提高市場竟?fàn)幜Φ哪繕?biāo)。3、程序設(shè)計(jì)流程與程序清單。軟件設(shè)計(jì)將采用C語言設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的修改、調(diào)試與升級（增加控制因子)的能力。4、通過系統(tǒng)仿真，檢驗(yàn)系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)的合理性，能否達(dá)到預(yù)期的功能。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 應(yīng)用場合和工作環(huán)境該單片片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)主要應(yīng)用于辦公室、家庭內(nèi)，價(jià)格低，操作方

17、便，主要面向喜愛花卉但沒有時(shí)間管理者經(jīng)營者。其工作環(huán)境溫度為040C。2.2 系統(tǒng)的預(yù)期功能和技術(shù)指標(biāo) 課題研究預(yù)期功能 現(xiàn)實(shí)生活中很多花卉溫度、濕度和光照需要保持在一個(gè)既定的值上，超出或者低于這個(gè)預(yù)定值將對花卉的生長產(chǎn)生影響。該系統(tǒng)要求用單片機(jī)測控來實(shí)現(xiàn)花卉生長環(huán)境因子信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理，而后輸出控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境濕度、溫度和光照強(qiáng)度的測控，達(dá)到節(jié)水節(jié)能，省時(shí)省工的效果。具體功能如下:1、實(shí)現(xiàn)按需灌溉功能。按照花卉的需求開啟和關(guān)閉灌溉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一般的控制。具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，操作方便。2、通過傳感器檢測花卉生長的環(huán)境溫度、土壤濕度和光照強(qiáng)度，依據(jù)設(shè)定的植物要求的溫度、濕度和光照

18、強(qiáng)度的上下限值，由單片機(jī)來控制開關(guān)窗戶、電磁閥和窗簾，從而調(diào)節(jié)溫度、濕度和光照。當(dāng)空氣溫度高于上限值時(shí)，自動(dòng)打開窗戶進(jìn)行自然降溫，達(dá)到要求值時(shí)則自動(dòng)關(guān)閉。3、室內(nèi)環(huán)境中土壤濕度是重要因子，要求當(dāng)土壤含水量過低己不能滿足花卉最低需求時(shí)，就打開電磁閥進(jìn)行灌溉，當(dāng)濕度滿足要求是關(guān)閉電磁閥。4、光照強(qiáng)度控制因子考慮到生產(chǎn)成本問題，但是本系統(tǒng)不足之處是未考慮人工增光設(shè)備，如果光照強(qiáng)度高于上限值時(shí)，關(guān)閉窗簾降低光照，如果光照強(qiáng)度低，打開窗簾網(wǎng)。2.2.2 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)（夏天）要求具體見表2-1所示，其控制范圍亦可據(jù)具體作物的需要來設(shè)定，%RH(Relative Humidity)為相對百分?jǐn)?shù)

19、 ，其中硬件成本由于單個(gè)制作跟批量生產(chǎn)有一定的差值。 表2-1 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)控制參數(shù)土壤濕度%RH溫度C光照強(qiáng)度LX太陽能電池板硬件總成本控制范圍6080203035萬尺寸112mm*65mm*4mm，開路6V，短路電流150MA50702.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案 系統(tǒng)測控原理在控制技術(shù)方面，有諸如開環(huán)、閉環(huán)反饋控制，模糊控制，自適應(yīng)控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)代控制技術(shù)。模糊控制技術(shù)當(dāng)前應(yīng)用最廣泛，一般用于有上、下位機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的閉環(huán)控制技術(shù)，系統(tǒng)控制原理邏輯框圖見圖2-2所示： 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（1）本文針對實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了一套溫度、濕度和光照檢測與控制系統(tǒng)，保證花卉在生長的各個(gè)

20、時(shí)期有適宜的生長環(huán)境，整個(gè)測控系統(tǒng)由傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分構(gòu)成。整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2-2所示電磁閥、電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)AT89S512花卉的各種參數(shù)給定值溫度濕度光照傳感器圖2-1 閉環(huán)控制邏輯原理框圖（2）硬件電路以AT89S52單片機(jī)為核心，系統(tǒng)輸入由采集土壤水分傳感器、光照傳感器和溫度傳感器及傳感器信號處理電路組成，輸出控制由繼電器、執(zhí)行器構(gòu)成。（3）軟件用C語言作為編程語言，采用模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 單片機(jī) AT89S52放大電路穩(wěn)壓濾波太陽能電池板電池充電集成電路濕度傳感器溫度傳感器光照傳感器電磁閥繼電器窗戶電機(jī)驅(qū)動(dòng)器窗簾步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 圖2-2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖2.4

21、系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作中，有太陽能電池給電池充電，電池的輸出經(jīng)過穩(wěn)壓模塊，避免電壓的較大變化，電池為整個(gè)系統(tǒng)提供電能。經(jīng)過溫度、濕度及光照檢測的傳感器把被測對象的溫度、濕度光照轉(zhuǎn)換成電壓信號，轉(zhuǎn)換為0-1數(shù)字信號后送入單片機(jī)中，與給定的所要控制的溫度、濕度值進(jìn)行比較，根據(jù)單片機(jī) AT89S52中設(shè)置的參數(shù)，輸出相應(yīng)溫度、濕度值對應(yīng)的被控對象電機(jī)和電磁閥的值，帶動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，不斷減少與單片機(jī)中設(shè)置值的差值，溫度過高時(shí)，單片機(jī)控制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器打開窗戶，進(jìn)行自然散熱，溫度適合時(shí)關(guān)閉窗戶。當(dāng)土壤濕度過低時(shí)，單片機(jī)通過繼電器控制電磁閥使其打開進(jìn)行澆水，澆水后濕度適中時(shí)關(guān)閉電磁閥。光照檢測電

22、路將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成0-1代碼，輸入單片機(jī)，當(dāng)光照過強(qiáng)時(shí)關(guān)閉窗簾，光照適合時(shí)打開窗簾。溫度濕度不斷地檢測、控制，使之達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡。3.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 電子技術(shù)飛速發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)不斷更新?lián)Q代。其中單片機(jī)更是一枝獨(dú)秀，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，使其自動(dòng)化程度大提高。 單片機(jī)具有體積小，價(jià)格低廉，功能強(qiáng)大，穩(wěn)定可靠，運(yùn)算速度快，功耗低，擴(kuò)展容易，抗干擾能力強(qiáng)，系列齊全，使用方便靈活等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制、自動(dòng)監(jiān)測、智能儀器儀表、家用電器等領(lǐng)域。單片機(jī)成為當(dāng)今世界上銷售量最大、應(yīng)用面最廣、價(jià)格最便宜的微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。 目前世界上最具實(shí)力的單片機(jī)開發(fā)公司有

23、:美國的Intel，ATMEL，荷蘭的PhilipS，德國的SiemenS等。其中Intel公司一直處于領(lǐng)先地位，主要有MCS-48、MCS-51和MCS-96三大系列，其中MCS-51系列是 1980年推出的高檔8位單片機(jī)，代表著單片機(jī)的發(fā)展方向，成為單片機(jī)領(lǐng)域中的主流產(chǎn)品。ATMEL公司的89系列Flash單片機(jī)以 Intel80C51/52作為內(nèi)核，并采用可重復(fù)編程FlashROM技術(shù)，是一種源于8051而又優(yōu)于8051的單片機(jī)，己成為廣大MCS-51用戶進(jìn)行電子設(shè)計(jì)與開發(fā)的優(yōu)選單片機(jī)品種。根據(jù)實(shí)際情況與要求，本系統(tǒng)選用ATMEL公司89系列標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)AT89S52，其價(jià)格適中功能強(qiáng)大

24、，這應(yīng)當(dāng)是比較符合我國國情的選擇。 AT89S52簡介AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS -51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。.1 單片機(jī)基本特征 與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，256字節(jié)RAM 可

25、反復(fù)擦寫1000次 全靜態(tài)操作：0Hz33Hz 三級加密程序存儲器 32個(gè)可編程I/O口線 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 八個(gè)中斷源 全雙工UART串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門狗定時(shí)器 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識符 圖3-1 AT89S52外部引腳.2 引腳配置及功能 AT89S52單片機(jī)有40個(gè)引腳，為CMOS工藝雙列直插封裝(DIP)，其引腳配置見圖3-1所示，各引腳功能簡述如下: 1、主電源引腳VCC:電源端，+5V 。GND:接地 2、4個(gè)8位I/O端口P0、P1、P2和P3 P0口：PO口為一個(gè)8位漏級開路雙向工/0口，每個(gè)引腳可吸收8個(gè)TTL門電流。P0能夠用于外部

26、程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/0口，P1口緩沖器能接收輸出4個(gè)TTL門電流。Pl口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0口，P2口緩沖器可接收輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳

27、被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址1時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/0口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89S52的一些特殊功能口，如表3-1所示:3、控制信號引

28、腳RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE：低電平有效，當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFRSEH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX、MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。表3-1 P3口的特

29、殊功能 口管腳 備選功能 P3.0 RXD 串行輸入口 P3.1 TXD 并行輸入口 P3.2 /INT0 外部中斷0 P3.3 /INT1 外部中斷1 P3.4 T0 計(jì)時(shí)器0外部輸入 P3.5 T1 計(jì)時(shí)器1外部輸入 P3.6 / 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 P3.7 / 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 PSEN：低電平有效，外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP即:當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時(shí)，麗將內(nèi)部鎖定為RE

30、SET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。4、時(shí)間振蕩電路： XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 存儲器的配置 AT89系列單片機(jī)的存儲器采用的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開編址的，它們有各自的尋址系統(tǒng)、控制信號和特定功能。程序和數(shù)據(jù)存儲器在物理和邏輯上均分為兩個(gè)地址空間:內(nèi)部存儲空間和外部存儲空間。本系統(tǒng)的代碼程序不太大，AT89S521片內(nèi)的8KB ROM閃速存儲器256字節(jié)的RAM即可滿足要求，無需擴(kuò)展片外ROM跟RAM。 時(shí)鐘電路與復(fù)位電路的設(shè)計(jì).1 時(shí)鐘電路

31、設(shè)計(jì) AT89S52單片機(jī)內(nèi)部有個(gè)振蕩器，可以用作CPU的時(shí)鐘源。本系統(tǒng)時(shí)鐘選用內(nèi)部方式。AT89S52內(nèi)部含有一個(gè)高增益的反相放大器，通過XTAL1(輸入端)、XTAL2(輸出端)外接作為反饋元件的片外石英晶體(或陶瓷諧振器)和電容C1，C2組成的并聯(lián)諧振電路后便構(gòu)成片內(nèi)自激振蕩器，從而利用它內(nèi)部的振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘。連接方法見圖3-2所示，其中晶體呈感性，其決定著振蕩器的振蕩頻率；電容Cl，C2對頻率有微調(diào)作用。電路中反饋元件選用石英晶體，電容Cl和C2均為22PF，電容與晶體的安裝位置應(yīng)盡量靠近單片機(jī)。圖3-2 時(shí)鐘電路.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 89系列單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)也需要復(fù)位使CPU及系統(tǒng)各部件

32、處于確定的初始狀態(tài)，并從初始態(tài)開始工作。按下SW，電源對C充電，使RST端快速到達(dá)高電平；松開按鍵，C向芯片內(nèi)阻放電，恢復(fù)為低電平，從而使單片機(jī)可靠復(fù)位，一般R1選470，R2選8.2k，C選22uF。AT89S52的按鍵復(fù)位電路見圖3-3，電路簡單可靠。圖3-3 按鍵復(fù)位電路3.2 太陽能電池板充電電路 充電芯片的選擇CN3068是可以對單節(jié)可充電鋰電池進(jìn)行恒流/恒壓充電的充電器電路。該器件內(nèi)部包括功率晶體管，應(yīng)用時(shí)不需要外部的電流檢測電阻和阻流二極管。CN3068只需要極少的外圍元器件，熱調(diào)制電路可以在器件的功耗比較大或者環(huán)境溫度比較高的時(shí)將芯片溫度控制在安全范圍內(nèi)。內(nèi)部固定的恒壓充電電壓

33、為4.2V，也可以通過一個(gè)外部的電阻調(diào)節(jié)。充電電流通過一個(gè)外部電阻設(shè)置。當(dāng)輸入電壓掉電時(shí)，CN3068自動(dòng)進(jìn)入低功耗的睡眠模式，此時(shí)電池的電流消耗小于3微安。其它功能包括輸入電壓過低鎖存，自動(dòng)再充電，電池溫度監(jiān)控以及充電狀態(tài)/充電結(jié)束狀態(tài)指示等功能。.1 CN3068原理 CN3068是專門為一節(jié)鋰電池而設(shè)計(jì)的線性充電器電路，利用芯片內(nèi)部的功率晶體管對電池進(jìn)行恒流和恒壓充電。充電電流可以用外部電阻編程設(shè)定，最大持續(xù)充電電流可達(dá)500mA，不需要另加阻流二極管和電流檢測電阻。CN3068包含兩個(gè)漏極開路輸出的狀態(tài)指示輸出端，充電狀態(tài)指示端STAT2和充電結(jié)束指示輸出端STAT1。芯片內(nèi)部的功率管

34、理電路在芯片的結(jié)溫超過115時(shí)自動(dòng)降低充電電流，這個(gè)功能可以使用戶最大限度的利用芯片的功率處理能力，不用擔(dān)心芯片過熱而損壞芯片或者外部元器件。這樣，用戶在設(shè)計(jì)充電電流時(shí)，可以不用考慮最壞情況，而只是根據(jù)典型情況進(jìn)行設(shè)計(jì)就可以了，因?yàn)樵谧顗那闆r下，CN3068會(huì)自動(dòng)減小充電電流。 當(dāng)輸入電壓大于電源低電壓檢測閾值和電池端電壓時(shí)，CN3068開始對電池充電，STAT2管腳輸出低電平，表示充電正在進(jìn)行。如果電池電壓Kelvin檢測輸入端(FB)的電壓低于3V，充電器用小電流對電池進(jìn)行預(yù)充電。當(dāng)電池電壓Kelvin檢測輸入端(FB)的電壓超過3V時(shí)，充電器采用恒流模式對電池充電，充電電流由IR管腳和G

35、ND之間的電阻RIR.確定。當(dāng)電池電壓Kelvin檢測輸入端(FB)的電壓接近電池端調(diào)制電壓時(shí)，充電電流逐漸減小，CN3068進(jìn)入恒壓充電模式。當(dāng)充電電流減小到充電結(jié)束閾值時(shí)，充電周期結(jié)束，STAT2端輸出高阻態(tài)，STAT1端輸出低電平，表示充電周期結(jié)束，充電結(jié)束閾值是恒流充電電流的10%。如果要開始新的充電周期，只要將輸入電壓斷電，然后再上電就可以了。當(dāng)電池電壓Kelvin檢測輸入端(FB)的電壓降到再充電閾值以下時(shí)，自動(dòng)開始新的充電周期。芯片內(nèi)部的高精度的電壓基準(zhǔn)源，誤差放大器和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)確保電池端調(diào)制電壓的誤差在1%以內(nèi)，滿足了電池的要求。當(dāng)輸入電壓掉電或者輸入電壓低于電池電壓時(shí)，充電

36、器進(jìn)入低功耗的睡眠模式，電池端消耗的電流小于3uA，從而增加了待機(jī)時(shí)間。CN3068的管腳排列如圖3-4所示： CN3068 STAT2IR GNDSTAT1 VCCBAT圖3-4 CN3068的管腳排列.2 CN3068特點(diǎn)（1）輸入電壓范圍：4.35V 到 6V （2）不需要外部阻流二極管和電流檢測電阻 （3）恒壓充電電壓 4.2V，也可外接電阻調(diào)整恒壓充電電壓（4）可設(shè)置的持續(xù)恒流充電電流可達(dá) 500mA （5）采用恒流/恒壓/恒溫模式充電，既可以使充電電流最大化，又可以防止芯 片過熱 （6）電源電壓掉電時(shí)自動(dòng)進(jìn)入低功耗的睡眠模式 （7）充電狀態(tài)和充電結(jié)束狀態(tài)雙指示輸出（8）封裝形式SO

37、P8 (9)無鉛產(chǎn)品 穩(wěn)壓電路的選擇 穩(wěn)壓電源電路采用LM7805系列集成穩(wěn)壓器，可以輸出正5V直流電壓。C7、C8分別為輸入端和輸出端采用濾波電容，輸出端接一個(gè)齊納二極管進(jìn)一步穩(wěn)定輸出電壓。 過充保護(hù)電路 為了防止把電池充壞，本系統(tǒng)還采用了簡單自己設(shè)計(jì)的過沖保護(hù)電路，本電路還需以后的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在不發(fā)生過充時(shí)，由于二極管D1的阻隔三極管不導(dǎo)電。當(dāng)充電電壓升到5V左右時(shí)，三極管（2N3055）開始導(dǎo)通，它對電池進(jìn)行分流，以防止過充。Q1應(yīng)裝在中等尺的散熱板上。Q1選用低電壓的齊納管。 太陽能電池板充電的電路圖如圖3-5所示： 圖3-5 太陽能電池板充電的電路圖電池正極的恒壓充電電壓為： Vbat

38、 4.23.0410-6Rx （3-1）其中，Vbat的單位是伏特；Rx的單位是歐姆。太陽能電池板采用尺寸112mm*65mm*4mm，開路6V，短路電流150MA。充電池采用四節(jié)鎳鎘電池3.3 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì) 傳感器的選擇.1 傳感器基本概念 傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信機(jī)技術(shù)構(gòu)成了信息技術(shù)，成為信息時(shí)代的三大支柱。后兩者發(fā)展迅速，唯有傳感器技術(shù)發(fā)展滯后。傳感器技術(shù)是衡量一個(gè)國家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。 依照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T7665-1987傳感器通用術(shù)語)的規(guī)定，傳感器的定義為：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置”，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元

39、件組成。其中敏感元件“指傳感器中能直接感受(或響應(yīng))被測量的部分”，此處的被測量一般為非電量；轉(zhuǎn)換元件是“指傳感器中能將敏感元件感受(或響應(yīng))的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分”。 傳感器在我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，主要用于環(huán)境參數(shù)的獲取，根據(jù)檢測對象分為空氣環(huán)境和土壤環(huán)境。前者包括溫度、濕度、二氧化碳、光照度等；后者包括土壤溫度、土壤含水量、土壤PH值。傳感器的原理框圖如圖3-6所示：被測敏感元件接口電路轉(zhuǎn)換元件量電信號輔助電源圖3-6 傳感器的原理.2 溫度傳感器的選擇 溫度是一個(gè)與人類的生活、工作息息相關(guān)的物理量，也是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中最重要的物理量。常用的溫度傳感器有熱敏電阻

40、、熱電偶、成溫度傳感器、熱電阻等。 (1)熱敏電阻:利用半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化而顯著變化的特性制成的半導(dǎo)體測溫元件。目前使用的多為陶瓷熱敏電阻。它的優(yōu)點(diǎn)是:靈敏度高，工作溫度范圍寬，穩(wěn)定性好，過載能力強(qiáng)，體積小。但它的不足之處在于非線性和互換性差。 (2)熱電偶:是利用物理學(xué)中的金屬熱電效應(yīng)制成的溫度傳感器。結(jié)構(gòu)簡單，互換性好，是500-800溫區(qū)的首選溫度傳感器。 (3)PN結(jié)溫度傳感器:實(shí)質(zhì)是一種半導(dǎo)體集成電路，利用晶體二極管、三極管的PN結(jié)電壓隨溫度變化而變化的原理制成。線性度好，熱慣性小，靈敏度高，但互換性差。 (4)集成溫度傳感器:是把濕敏元件，放大電路、偏置電路及線形化電路集成在同

41、一芯片上的溫度傳感器。相對其它傳感器有較好的線性度和一致性，且體積小，使用方便。據(jù)據(jù)實(shí)際情況可知，溫室內(nèi)環(huán)境的變化范圍為0-40，溫度的變化范圍較小;并且溫度的變化速度較慢，因而不需要傳感器的反應(yīng)速度太高。經(jīng)過對上述幾種溫度傳感器的性能分析比較，認(rèn)為選用集成溫度傳感器DS18B20合適。由于具有結(jié)構(gòu)簡單不需要外接電路，可用一根 I/0 數(shù)據(jù)線既供電又傳輸數(shù)據(jù)，并且具有體積小，分辨率高，轉(zhuǎn)換快等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于測量和控制溫度的地方。所測溫度由P2.7口輸入單片機(jī)與給定溫度進(jìn)行比較，當(dāng)溫度大于給定溫度時(shí)控制步進(jìn)電機(jī)正傳一定步數(shù)，打開窗簾；當(dāng)溫度低于給定溫度時(shí)，控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，關(guān)閉窗簾。Dalla

42、s半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，是用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新的概念，現(xiàn)在，新一代DS18B20體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。DS18B20同DS1820一樣，DS18B20也支持“一線總線接口”，測量溫度范圍為-55C +125C，在-10C 85C范圍內(nèi)精度為0.5C。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制。測溫類電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新產(chǎn)品支持3v5v的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活。方便，而且

43、新一代產(chǎn)品更便宜體積更小。具有如下特性：獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊每個(gè)器件有唯一的64位的序列號存儲在內(nèi)部存儲器中簡單的多點(diǎn)分布式測溫應(yīng)用無需外部器件可通過數(shù)據(jù)線供電，供電范圍為3.0V到5.5V測溫范圍為-55C +125C（-67 +257F）在-10C 85C范圍內(nèi)精度為0.5C溫度計(jì)分辨率可以被使用者選擇為912位數(shù)字最多在75ms內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)品、溫度計(jì)或任何熱感測系統(tǒng)DS18B20的引腳如圖3-7所示：DALLASDS18B20DS18B

44、20與另一款測溫軟件AD590相比，其外圍硬件電路更加簡單，通過一個(gè)單線接口發(fā)送或接受信息，與單片機(jī)之間僅需一條連接線，無需外部電源，無需AD轉(zhuǎn)換電路，安裝、使用方便，大大的節(jié)省了成本。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-8所GND DQ VCC圖3-7 DS18B20外部引腳64位ROM和單線接口存儲器和控制邏輯溫度靈敏器件高速緩存存儲器內(nèi)部VDD低溫觸發(fā)器TL高溫觸發(fā)器TH 配置寄存器電源探測8位CRC生成器圖3-8 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳說明：GND 接地，VCC接電源， DQ 是數(shù)據(jù)IO口。 DS18B20構(gòu)成測溫系統(tǒng)只需外接一個(gè)上拉電阻即可實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)之間的通訊線路簡單溫度檢測電路如

45、圖3-9所示 圖3-9 溫度檢測電路.3 濕度傳感器的選擇 濕度是表示空氣中水蒸氣含量的物理量，常用絕對濕度和相對濕度來表示，影響植物生長的濕度是相對濕度。快速、準(zhǔn)確地測定花卉生長環(huán)境的濕度信息，對于探明植物生長環(huán)境此時(shí)是否為最佳狀態(tài)具有重要意義。 針對室內(nèi)的具體環(huán)境，對濕度傳感器要求：可應(yīng)用在線監(jiān)測易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，有良好的靈敏度和精確度、寬量程，測濕范圍為0-100%RH，檢測壽命長，可靠性、穩(wěn)定性高，傳感器為線性輸出濕度檢測模塊。 土壤濕度是最重要和最常用的土壤信息，它是科學(xué)地控制調(diào)節(jié)土壤水分狀況，進(jìn)行節(jié)水灌溉，實(shí)現(xiàn)科學(xué)用水的基礎(chǔ)。植物一般以土壤水分占土壤持水量的60%80%時(shí)生長最好，快

46、速準(zhǔn)確地測定土壤水分對于探明植物生長發(fā)育期內(nèi)土壤水分盈虧以便適時(shí)作出灌溉施肥決策或排水措施等具有重要的意義。 目前，土壤水分的直接測定主要方法有烘干法即土鉆法(SA)，間接測量可用石膏電阻塊、電容法、張力計(jì)和中子儀、時(shí)域反射儀 (TDR)等。 考慮到成本及電路的復(fù)雜程度本系統(tǒng)采用簡單電路即可實(shí)現(xiàn)，使本系統(tǒng)控制土壤的濕度在60%80%之間。 由V 1和V 2及部分外圍元件組成土壤水分檢測電路，石墨電極的體電阻隨濕度而變化，當(dāng)土壤濕度較大時(shí)，其體電阻較大， V1因其基極電位高而截止，造成V2也截止，其集電極輸出低電平。當(dāng)土壤水分降低到規(guī)定值時(shí)，V1因其基極電位降低而導(dǎo)通，于是V2也導(dǎo)通，由V 2

47、集電極輸出高電平，單片機(jī)控制電磁閥打開開始放水；待土壤水分降低至規(guī)定值時(shí)，檢測電路中的V2管就輸出高電平，經(jīng)反向器U6反向后輸出低電平給單片機(jī)的P2.5端，控制電磁閥關(guān)閉。通過調(diào)節(jié)RES的阻值，可以控制土壤濕度的范圍在%60-%80之間，具體阻值由后期實(shí)驗(yàn)測定。土壤濕度傳感器電路組成如圖3-10所示：圖3-10 濕度傳感器電路組成.4 光照檢測電路的選擇 光照是作物生長的必要條件，是植物制造營養(yǎng)物質(zhì)的能源，沒有光的存在光合作用就不能進(jìn)行，作物的生長發(fā)育就要受到影響?？焖贉?zhǔn)確地測定作物生長環(huán)境的光照強(qiáng)度，對于探明作物生長環(huán)境狀態(tài)是否為最佳，是否適宜作物生長，以便及時(shí)做出調(diào)控等具有重要的意義。 光

48、電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器，它是把光信號(紅外、可見及紫外光輻射)轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等;也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)。 本系統(tǒng)的光照檢測電路采用LM324作比較器，光電三極管作感光元件，當(dāng)有光照并且達(dá)到一定的強(qiáng)度的時(shí)候，光電三極管導(dǎo)通，LM324輸出低電平，單片機(jī)接受低電平信號控制步進(jìn)電機(jī)做出相應(yīng)的動(dòng)作（拉開窗簾）。光照檢測電路如圖3-11所示圖3-11 光照檢測電路 輸出控制電路的設(shè)計(jì) 自動(dòng)控制系統(tǒng)通

49、過傳感器對受控對象的有關(guān)參數(shù)信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，經(jīng)過數(shù)字化變換進(jìn)入單片機(jī)CPU進(jìn)行必要的處理，而后輸出以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器件或機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，直接推動(dòng)被控對象來調(diào)整被測參量，最終目的以使受控參量始終處于要求值或范圍內(nèi)。 在單片機(jī)完成控制處理后總是以數(shù)字信號通過I/O口線或數(shù)據(jù)總線輸出至受控對象的。對受控設(shè)備的驅(qū)動(dòng)常采用模擬量或數(shù)字量輸出驅(qū)動(dòng)兩種方式。而在實(shí)際的單片機(jī)測控系統(tǒng)中，數(shù)字量輸出控制已越來越廣泛地被應(yīng)用，尤其是其中的開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)和控制。目前單片機(jī)I/0口線的驅(qū)動(dòng)能力和與CPU直接接口的一般TTL電路或CMOS電路的驅(qū)動(dòng)能力很有限的，不足以驅(qū)動(dòng)那些功率開關(guān)(如繼電器、電機(jī)、電磁開關(guān)等)和強(qiáng)

50、電設(shè)備、大功率負(fù)載，且由于工作現(xiàn)場環(huán)境惡劣、輸出通道接近控制對象及周圍的電磁等干擾嚴(yán)重，所以輸出控制電路設(shè)計(jì)主要是解決輸出隔離即干擾防治和功率驅(qū)動(dòng)問題。其邏輯框圖見圖3-12所示:光耦單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)開關(guān)量繼電器執(zhí)行器件圖3-12 輸出通道控制示意圖 本系統(tǒng)的執(zhí)行器件和機(jī)構(gòu)只有開啟和停閉兩種狀態(tài)，采用開關(guān)量形態(tài)輸出控制，經(jīng)I/0口到受控對象，據(jù)輸出控制具體情況附加功率放大驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器件直接推動(dòng)受控對象。 單片機(jī)與功率放大電路間易產(chǎn)生電磁干擾，因此采用光電耦合器隔離等抗干擾措施。開關(guān)量輸出電路中最主要的干擾是在控制動(dòng)力設(shè)備啟停時(shí)的沖擊干擾。開關(guān)量輸出隔離的目的在于隔斷單片機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的

51、直接電氣聯(lián)系，以防地電位差、外界電磁場等干擾因素造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)地誤動(dòng)作，甚至導(dǎo)致智能儀器本身的損壞。 目前常用的開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)隔離器件主要有：功率晶體管、光電耦合器件和繼電器等。功率晶體管適合于負(fù)載所需電流不太大的場合，常用來驅(qū)動(dòng)微型繼電器、LED顯示等。光電耦合器件具有輸出信號與輸入信號在電氣上完全隔離，抗干擾能力強(qiáng)，隔離電壓可達(dá)千伏以上;無觸點(diǎn)，壽命長，可靠性高;響應(yīng)速度快，易與TTL電路配合使用，兼有隔離驅(qū)動(dòng)功能。繼電器是利用改變金屬觸點(diǎn)位置使動(dòng)觸點(diǎn)和定觸點(diǎn)閉合或分開，所以繼電器具有接觸電阻小，流過電流大和耐壓高等優(yōu)點(diǎn);并且繼電器觸點(diǎn)的負(fù)載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光電耦合的負(fù)載能力，它能直接控制強(qiáng)電動(dòng)

52、力回路，且外電路安排靈活，且還有很大的電流放大作用是一種很好的開關(guān)量輸出隔離及驅(qū)動(dòng)器件。 本系統(tǒng)中被控對象都要用到功率驅(qū)動(dòng)器件，其中電磁閥約5V/個(gè)、天窗電機(jī)約10W/臺。電磁閥選用的是直流電磁閥，具有使用方便，高靈敏度，高效節(jié)能，壽命長，高可靠性的特點(diǎn)。產(chǎn)品適用于小型自動(dòng)供水。窗戶電機(jī)選用日本/THINK系列/直流馬達(dá)/DC24V/小齒輪減速電機(jī)。對輸出控制的前置隔離功放驅(qū)動(dòng)電路均采用功率晶體管、具有隔離驅(qū)動(dòng)功能的光電禍合器件和繼電器，其中隔離控制繼電器選用電磁式繼電器，繼電器兩端加接泄流二極管回路，用來保護(hù)驅(qū)動(dòng)器。.1 硬件的抗干擾設(shè)計(jì) 在自動(dòng)澆灌控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)可靠性的保證是非常重要的，

53、單片機(jī)硬件系統(tǒng)的可靠性決定了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。硬件抗干擾技術(shù)主要體現(xiàn)在過程通道抗干擾設(shè)計(jì)、供電系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)和印刷電路板抗干擾設(shè)計(jì)三個(gè)方面。單片機(jī)硬件系統(tǒng)的抗干擾能力與元器件質(zhì)量、裝配質(zhì)量等因素都有關(guān)系，但主要取決于設(shè)計(jì)的可制造性(DEM)，本系統(tǒng)采取如下相應(yīng)的抗干擾措施。1.采用抗干擾穩(wěn)壓電源 采用具有抗干擾能力的穩(wěn)壓電源，絕大部分干擾都可以克服。提高穩(wěn)壓電源抗干擾能力，通 常采用的措施:采用電源濾波和退禍;通過低通濾波器接入電網(wǎng)2.采用良好的接地系統(tǒng)。3.抑制電路內(nèi)部產(chǎn)生的干擾。沿著單片機(jī)主板邊緣，安置上一圈地線和電源線，并將0.luF的電容置于電源和地線間，以確保電源穩(wěn)定。4.采用光電耦

54、合器隔離數(shù)字信號，強(qiáng)電與弱電之間采用繼電器隔離。5.印刷線路板大小要適中，且要合理分區(qū)按照單點(diǎn)接電源、單點(diǎn)接地的原則送電。在進(jìn)行印刷電路板抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)除了遵循抗干擾設(shè)計(jì)原則外，在印刷電路板的重要元器件電源處均配置了退禍電容以有效地去除高頻成分的干擾。6、模擬電路與數(shù)字電路地線分開。模擬電路與數(shù)字電路地線分開有利于防止模擬電路與數(shù)據(jù)電路的干擾導(dǎo)致傳感器數(shù)據(jù)采集誤差，從而保證模擬信號的可靠采集。.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 由ULN2003作步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)P1.0，P1.1，P1.2，P1.3輸出至ULN2003 的IN1-IN4，電阻R是大功率電阻，增大驅(qū)動(dòng)電流。電路并聯(lián)一個(gè)電容，吸收步進(jìn)電機(jī)線圈電感產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢，以保護(hù)ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片。此設(shè)計(jì)中假設(shè)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)6