农田自动灌溉系统单片机硬件系统.doc

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1、华北水利水电学院毕业设计目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1项目背景11.2国外研究现状11.3国内研究现状21.4设计任务与要求3第二章 硬件设计元器件的选择42.1单片机at89c5142.1.1单片机简介42.1.2 AT89C51管脚说明52.2液晶显示lcd1602a72.2.1液晶显示器简介72.2.2 1602LCD的基本参数及引脚功能72.2.3 1602LCD的指令说明及时序92.3 温度传感器ds18b20102.4 湿度传感器HIH-4000122.5 模数转换adc080913第三章 单片机硬件设计153.1 系统整体框图153.2 硬件部分模块介绍1

2、53.2.1 时钟电路和复位电路的设计153.2.2 模数转换电路163.2.3 液晶显示电路17第四章 PCB结构设计184.1 PCB设计平台184.2原理图的设计184.3 PCB的绘制21第五章 系统调试与实现255.1 软件仿真255.2 硬件仿真265.3 硬件调试26结 论28致 谢29参考文献30附录一 外文翻译英语原文31附录二 外文翻译中文译文35附录三 毕业设计任务书38附录四 毕业设计开题报告40附录五 proteus硬件设计图40附录六 protel电路设计图41附录七 程序代码42华北水利水电学院毕业设计 摘 要现如今我国大部分地区农田的灌溉还停留在传统的模式上，传

3、统的灌溉模式自动化程度较低，基本上属人工操作，不仅效率低，还不能很好的控制灌水量，对人力物力造成了极大的浪费。为了提高灌溉效率，缩短劳动时间和节约水资源，必须发展自动灌溉技术。 农田自动灌溉系统是进行田间管理的有效手段和工具，它可提高操作准确性，有利于灌溉过程的科学管理，降低对操作者本身素质的要求，除了能大大减少劳动量，更重要的是能准确、定时、定量、高效的给作物自动补充水分，以提高产量、质量、节水、节能。本设计针对不同的植物类型，土壤状况，天气情况等，利用LabVIEW技术进行灌溉模式优化和自动控制。硬件部分的设计主要针对农田进行温度和湿度的采集。采集的过程是个动态的过程，把采集到的两路温度和

4、一路湿度实时显示在液晶上。最后把采集到的数据通过无线模块发送给pc机，给人以直观的印显示，实现很好的人机交互。关 键 词：农田；灌溉；自动控制；单片机The automatic Farmland irrigation systemHardware designAbstractNow most of our areas of farmland irrigation is still stuck in the traditional mode, which caused great waste of manpower and resources. Traditional mode of irrig

5、ation low degree of automation, is basically a manual operation, not only inefficient, and can not control the irrigation amount. In order to improve irrigation efficiency, shorten labor time and save water resources, the development of automatic irrigation technology.The farmland automatic irrigati

6、on system is an effective means of field management and tools, it can improve the accuracy of operation, the scientific management of the irrigation process, reduce the requirements on the quality of the operator, can greatly reduce the amount of labor and, more importantly, heaccurate , time, quant

7、itative, and efficient to crop automatically add moisture to improve yield, quality, saving water and energy.The design for different plant types, soil conditions, weather conditions, which use the LabVIEW technology optimization and automatic control of irrigation mode. The Hardware design for farm

8、land acquisition of temperature and humidity. The acquisition process is a dynamic process, and collected temperature and one humidity which are shown in real time on the LCD,. Finally, the collected data sent by the wireless module to the pc machine,giving the visual impression, good man-machine co

9、mmunication.key words: Farmland; Irrigation; Automatic control; Single chip microcomputer.II华北水利水电学院毕业设计第一章 绪论1.1项目背景我国是农业大国，农田灌溉建设有着悠久的历史，但现代化水平不高，而要使我国农田水利灌溉走上新台阶，就必须加速推进农业的科学化、合理化、现代化进程。我国现在的灌溉方式还基本上停留在传统的灌溉模式上，传统的灌溉模式自动化程度较低，基本上属粗放的人工操作。即便对于给定的量，在操作中也无法进行有效的控制。而自动灌溉设备是针对我国农业引水到田的传统灌溉方式，在现代化农业和即将

10、推进的精准农业面前的落后现状，及灌溉过程中无法知道农作物需水量的大小，盲目的频繁灌溉、过量灌溉所造成的水资源浪费现状，提出的农田自动灌溉控制系统设计方案。自动控制节水灌溉技术的高低代表着农业现代化的发展状况，灌溉系统自动化水平较低是制约我国高效农业发展的主要原因。从长远利益出发，完善的灌溉系统对农业的长效管理是非常必要的。 现代自动灌溉控制设备的研究使用在我国农业上为数不多，与发达国家相比，有较大的差距，还基本停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉工程的自动化控制系统，也是根据经验法来确定每天灌溉次数和每次灌溉量，如果灌溉量与作物实际需水量相比太少，便不能有效的促进作物健康成长；而灌溉量太

11、多，肥水流失，又会造成资源浪费，同时传统的灌溉法还需要相关专家的实时观察并经验知道生产，劳动生产率低，这也不能与现代化农业向优化，高效化方向发展要求同步。随着计算机技术和传感器技术的迅猛发展，计算机和传感器的价格日益降低。可靠性日益提高，用信息技术改造农业不仅是可能的而且是必要的。用高新技术改造农业产业，实施自动灌溉已成为我国农业乃至国民经济持续发展战略性的根本大事。1.2国外研究现状 灌溉自动化始于20世纪30年代。第二次世界大战前，法国研制了一系列用以实行渠系自动化运行的水利自动闸门，并提出了一套比较完整的自动化灌溉控制方法，开辟了自动化灌溉的先河。20世纪50年代以来，随着电子学和计算机

12、技术的应用和发展，利用电子设备、计算机设备和程序控制的灌溉自动化技术也得到了同步发展，并在法国、美国、日本等发达国家乃至一些发展中国家得到了日益广泛的应用和发展，控制模式也由早期的当地控制发展到可以实现遥测、遥控的集中控制模式。国外由于节水灌溉发展时间长，电子技术水平较高，所以与节水灌溉配套的自动控制系统也比较完善和先进。虚拟仪器技术是20世纪90年代以来，随着计算机技术进步而逐步发展起来的新仪器产品，是将仪器技术、计算机软硬件技术、网络技术和通信技术等有机结合的产物，近几年已在农业领域得到了初步应用，已成为农业控制系统研发新的里程碑。1996年没过Geomatica，Inc利用虚拟仪器技术开

13、发了一套Agrimate自动灌溉系统，系统中的现场处理器有运用LabVIEW的个人计算机控制（它利用RS-232串行通信口与计算机连接）。现场处理器配置了模拟输入。锁存和继电器板，各种检测器和传感器以行星排列的方式与它相连。用户能够监控水箱水位，阀门位置，泵的状态和土壤温度等；而修改设定点即可改变灌溉计划；通过检测降雨情况，可使灌溉计划中补充灌水量。补充灌水量、水的用法、水箱水位和降雨情况等都是存储在灌溉数据库文件里数据。用户能够读出这些数据以与当前月份进行比较；以图形方式显示给定月份的土壤温湿度和外加的水。AgriMate产生的制表软件数据库也提供硬拷贝灌溉状态报告。检测到降雨时，这种报告每

14、天或每小时进行修改。现在Agrimate已成为用户检测水的用法，降低费用的有效工具。现如今在发达的西方国家，广为采用的是自动化灌溉控制系统。据统计，美国的灌溉系统约有百分之九十采用此种控制方法。其优点是投资少，易于操作，灌溉水的有效利用率比手动控制提高很多。从整个国际市场角度看灌溉行业，国外应用远远比国内成熟的多。1.3国内研究现状我国的自动灌溉技术还处于初级发展阶段，系统的成套性还较差，自动化程度低，大部分灌溉工程还停留在人工操作上即使有些地方搞了一些灌溉工程自控系统，也只是从国外引进或者是小规模的局部控制，国内开发的自动灌溉控制系统目前还处于研制、试用阶段。西北水利科学研究院用TP801单

15、板机研制出了微灌单板机自控系统，但该系统还存在一些问题，如测量土壤水势的负压计的质量不过关，工作不稳定，精度差等。由中国灌排技术开发公司开发的集中或分散式微灌自动监控系统，他以INTEL公司的8098单片机为核心采取时间控制方式，根据灌溉计划自动对微灌工程进行监视、控制和事故处理。北京农业工程大学研制了以INTEL公司的8031系列单片机问核心的自动化灌溉控制系统，该系统为多通道土壤水分检测、多路控制灌溉的控制系统。吴斌生等还同时开发了微机农田节水灌溉自动监视系统。张建丰等研发的多功能网络式自动灌溉方法及其装置，实现了定量、定时、根据土壤湿度、预先制定灌溉制度进行灌水的功能。总体来看，到目前为

16、止，国内相关产品的技术推广和实践还处于较低的水平，大部分项目还是引进国外的产品。但是那些引进的国外灌溉自动控制设备，是为国外的具体情况设计的，没有考虑我国的气候条件，土壤条件。作物类型等因素，并不适合我国的国情，不能充分发挥它的优势，而且引进的设备价格昂贵。因而急需要进行自动灌溉控制系统的国产化研发。1.4设计任务与要求本设计针对不同的植物类型，土壤状况，天气情况等，利用LabVIEW技术进行灌溉模式优化和自动控制。系统通过监视农田的当前状态，包括空气温度，土壤温度，土壤湿度，光照等的信息采集以及各个设备的开关状态等，实现对农田灌溉设备控制、环境数据的不间断采集、整理、统计。该系统由多传感器模

17、块、单片机数据采集模块、LabVIEW 软件平台等组成，实现了农田灌溉需水量的决策控制管理系统。可实现的功能如下：1、实现土壤温湿度自动检测，通过特定的温度和湿度传感器实时采集土壤温湿度2、实现空气温度的自动检测，3、检测到的温湿度在1602液晶上显示，给人以直观的印象，保证良好的人机交互界面。第二章 硬件设计元器件的选择2.1单片机at89c51 2.1.1单片机简介AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、

18、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大3。AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。图2.1为AT89C51单片机的基本组成功能方块图。由图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。 振荡器和时序OSC程序存储器4 KB ROM数据存储器256 B RAM/SFR定时器/计数器 2 16 AT89C51CPU64 KB总线 扩展控制器可编程 I/O可编程全双工串行口内中断 外时

19、钟源 外部事件计数 外中断 控制 并行口 串行通信图2.1 AT89C51 功能方块图2.1.2 AT89C51管脚说明ATMEL公司的AT89C51是一种高效微控制器。采用40引脚双列直插封装形式。如图2.2所示AT89C51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。 图2.2 AT89C51引脚图VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FLA

20、SH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存

21、取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址1时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INT0（外部中断0）P3.3 INT1（外部中断1）P3.4 T0

22、（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 （外部数据存储器写选通）P3.7 （外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/：当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置

23、0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。PSEN：外部程序存储器的选通信号端。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/VP：当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件，应不接。2.2液晶显示l

24、cd1602a2.2.1液晶显示器简介 在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示器。发光管和LED数码管比较常用，软硬件都比较简单， 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：1、显示质量高2、数字式接口3、体积小、重量轻4、功耗低2.2.2 1602LCD的基本参数及引脚功能 1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光

25、的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如图2.3所示：图2.3 1602LCD尺寸图1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符 芯片工作电压:4.55.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.954.35(WH)mm引脚功能说明：1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表2.1所示:表2.1 1602引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14

26、D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。 第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对 比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。 第6脚：E端为使能端，当E端由高电平

27、跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。2.2.3 1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2.2所示：表2.2控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01

28、BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。 指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。 指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪

29、烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。2.3 温度传感器ds18b20该产品采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具

30、有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。技术性能描述 ：1、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 2、测温范围 55125，固有测温分辨率0.5。 3、支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定，实现多点测温 4、工作电源: 35V/DC 5、在使用中不需要任何外围元件 6、测量结果以912位数字量方式串行传送 7、不锈钢保护管直径 6 8、适用于DN1525, DN40DN250

31、各种介质工业管道和狭小空间设备测温 9、标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选 10、PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。 接线说明 ：特点 独特的一线接口，只需要一条口线通信 多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源 测量温度范围为-55 C 至+125 。华氏相当于是-67 F到257华氏度 -10 C至+85 C范围内精度为0.5 C 温度传感器可编程的分辨率为912位 温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒 用户可定义的非易失性温度报警设置 应用范围包括恒温控

32、制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统 。该DS18B20的数字温度计提供9至12位可编程设备温度读数。从DS18B20 通过1线接口，所以中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。 图2.4 ds18b20引脚图DS18B20寄生电源供电方式电路图如图2.5所示，在寄生电源供电方式下，DS18B20从单线信

33、号线上汲取能量：在信号线DQ处于高电平期间把能量储存在内部 电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。 图2.5 DS18B20寄生电源供电方式2.4 湿度传感器HIH-4000HIH-4000 系列测湿传感器是专为大量生产的原始设备制造厂(OEM)用户而设计的。 利用这传感器的线性电压输出可直接输入到控制器或其他装置。一般仅需取出 200A电流，HIH-4000 系列测湿传感器就能理想地用于低引出、电池供电系统。传感器良好的互换性减少或消除了 OEM的生产校验成本。可以提供单个传感器校准数据。 HIH-4000 系列测湿传感器作为一个低成本、

34、可软焊的单个直插式组件(SIP)提供仪表测量质量的相对湿度(RH)传感性能。RH传感器可用在二引线间有间距的配量中，它是以一个热固塑料型电容传感元件，其芯片内具有信号处理功能。 传感元件的多层结构对应用环境的不利因素， 诸如潮湿、灰尘、污垢、油类和环境中常见的化学品具有最佳的抗力。 图2.6 HIH-4000引脚图 2.5 模数转换adc0809ADC0809是一种8位逐次逼近式A/D转换器，内部具有锁存控制的8路模拟开关，外接8路模拟输入端，可同时对8路0-5V的输入模拟电压信号分时进行采集转换，本系统只用到INO和INl两路输入通道。ADC0809转换器的分辨率为8位，最大不可调误差小于士

35、1LSB，采用单一+5V供电，功耗为15mW,不必进行零点和满度调整。由于ADC0809转换器的输出数据寄存器具有可控的三态输出功能，输出具有TTL三态锁存缓冲器，故其8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。A/D转换器需外部控制启动转换信号方能进行转换，这一启动转换信号可由CPU提供，不同型号的A/D转换器，对启动转换信号的要求也不同，分脉冲启动和电平启动两种，ADC0809采用脉冲启动转换，只需给A/D转换器的启动控制转换的输入引脚(START)上，加入正脉冲信号，即启动A/D转换器进行转换，转换开始后，转换结束信号输出端(EOC)信号变低，转换结束时，EOC返回高电平，以通知主机读取转换结

36、果的数字量，这个信号可以作为A/D转换器的状态信号供查询，也可以用作中断请求信号。Adc0809管脚与内部结构如下图：图2.7 adc0809引脚图ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，各引脚功能如下：IN0IN7：8路模拟量输入端。 2-12-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此

37、端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一+5V。 GND：地。第三章 单片机硬件设计3.1 系统整体框图土壤温度土壤湿度空气温度单片机控制系统无线通信模块labview操作环境灌溉设备 图3.1 系统框图 总体功能介绍： 本系统是农田自动灌溉系统，分为信息采集、无限通信、labview控制等环节。首先，利用单片机控制系统，通过温湿度传感器实时采集空气温度、土壤温

38、度、土壤湿度等信息，并动态显示在液晶显示器上，让操作者可以直观的看到温湿度信息。然后单片机把采集到的信息发送给无线通信模块，无线通信模块实现的功能是把信息远程传送给pc机，然后通过labview分析所采集到的信息，总结灌溉算法，并计算出切实可行的灌溉模式。最后把灌溉信息发送给单片机，让单片机控制灌溉系统进行灌溉。 3.2 硬件部分模块介绍3.2.1 时钟电路和复位电路的设计XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所

39、以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。本设计使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如下图示为复位电路。图3.2 单片机最小系统3.2.2 模数转换电路图3.3 模数转换电路 本系统中adc0809与at89c51单片机的接口如上图所示，采用等待延时方式。Adc0809的始终频率范围要求在101280kHz

40、，at89c51单片机的ALE脚的频率是单片机时钟频率的六分之一，因此当单片机的始终频率采用12MHz，adc0809输入时钟频率即为CLK=2MHz，发生启动脉冲后需延时0.5us以上才可读取A/D转换数据。adc0809的8为数据输出引脚可直接与单片机的p0口相连，地址译码引脚A、B、C分别与单片机的p2.2、p2.3、p2.4相连，以选通IN0-IN7中的通道。At89c51的P3.6作为片选信号，在启动A/D转换时，由单片机的p3.6控制adc0809的转换启动。3.2.3 液晶显示电路图3.4 液晶显示电路如上图所示，1602的数据口与单片机的p1口相连，由于p1口内部自带上来电阻，

41、可以直接相连。控制端口RS,RW,E三个端口与单片机的p2.5，p2.6，p2.7相连。采用5v供电，系统工作后首先出现“WELCOME”“ GUAN GAI XI TONG”，之后就显示采集到的温度和湿度数据信息。操作者可以直观的看到温湿度的值，达到很好的人机交流。第四章 PCB结构设计4.1 PCB设计平台本设计是采用Protel 99SE作为原理图和PCB的绘制工具。Protel是目前国内最流行的通用EDA软件，它是将电路原理图设计、PCB板图设计、电路仿真和PLD设计等多个实用工具软件组合后构成的EDA工作平台，是第一个将EDA软件设计成基于Windows的普及型产品。Protel 9

42、8率先集成了软件界面，Protel 99增加了仿真功能和PLD设计和信号完整性分析。Protel 99SE是Protel公司于2000年推出的一款EDA软件，是Protel家族中性能较为稳定的一个版本。它不仅是以前版本的升级，更是一个全面、集成、全32位的电路设计系统。Protel 99SE的功能十分强大，在电子电路设计领域占有极其重要的地位。4.2原理图的设计1、创建SCH 文档，进入和编辑原理图设计环境。先设计好规格大小，图纸大小，选择公制，加好库元件。2、放置电路原理图的元件，画出自己定义的非标准器件的封装库。对于标准库和自己的常用库里面没有的元件封装进行制作，要注意画俯视图，注意尺寸，

43、焊盘大小，位置，号，内孔大小，方向，(印法好量尺寸)。名字用英文，容易看为好，最好有标明对应的尺寸，以便下次用时查找(可以使用名字和对应尺寸对应的表格形式保存)。对于常用的二极管，三极管应该注意标号的表示方法，最好在自己库里面有常用系列的二极管，三极管封装，如9011-9018，1815，D880等。对发光二极管LED，RAD0.1，RB.1/.2，等常用而标准库没有的元件封装应该都在自己库里面有。应该很熟悉常用元件(电阻，电容，二极管，三极管)的封状形式。3、线路连接按电路功能模块画好图，元件，和线的画法应让人很容易看清楚原理。尽量均匀，美观，元件里面不要走线，注意不要在管脚中间走线，因为这

44、样是没电器连接关系的。最好不要让两个元件管脚直接相连，画完后可以自动编号(特殊要求例外)，然后加上对应标称值，最好把标称值改为红色，粗体，这样可以和标号区分开。最好把标号和标称值放在合适位置，一般左边为标号，右边为标称值，或上面为标号，下面没标称值。过程中习惯性保存，生成电路原理图如下： 图4.1 原理图4、对元器件进行封装元件的封装就是元件的外形，对于每个装入的元件必须有相应外形封装，才能保证电路板布线的顺利进行。本次设计用到的原件封装属性如下：电阻AXIAL系列 电容RAD系列晶振XTAL1 AT89S52DIP40Lcd1602 SIP16 adc0809DIP28Ds18b20 SIP3 电解电容RB系列5、对电路进行ERC检测返回到原理图，点菜单Tools工具ERC电气规则检查，如果电路中存在电气错误就会给出报告并在原理图上显示出来，修改原理图中的错误，直至无错误则进行下一步。图4.2即为ERC检测结果图 图4.2 ERC检测结果图6、生成元件列表打开原理图文件，执行菜单命令Reports/Bill of Material,一直点击NEXT直到最后FINISH