单片机在自动微灌溉控制器中的应用设计.doc
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单片机在自动微灌溉控制器中的应用设计,全文46页 约21000字论述详细摘 要本论文详细地论述了由单片机为处理器的自动微灌溉控制器的硬件、软件设计、系统编程和抗干扰设计等方面的问题。本控制器以atmel公司的at89c51单片机为核心，由传感器，信号处理电路，键盘、显示电路，输出控制电路，故障报警电路等构成。它能实现多路...
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单片机在自动微灌溉控制器中的应用设计
全文46页 约21000字 论述详细
摘 要
本论文详细地论述了由单片机为处理器的自动微灌溉控制器的硬件、软件设计、系统编程和抗干扰设计等方面的问题。本控制器以ATMEL公司的AT89C51单片机为核心，由传感器，信号处理电路，键盘、显示电路，输出控制电路，故障报警电路等构成。它能实现多路数据采集、多路控制信号输出，通过传感器自动检测土壤水分实现自动闭环控制和预编定时程序的时间控制等多种自动灌溉控制方式，并具有土壤水分超出设定范围自动报警功能。
硬件方面，土壤含水量的测量采用先进的HM1500电容式水分传感器；A/D转换采用了ADC0809芯片；键盘、显示分别采用了独立式按键和LED显示块；故障报警选用了压电式蜂鸣器；输出控制电路由三极管、光电耦合器、继电器、电磁阀等组成。软件设计采取了流行的模块化编程方法，软件程序的开发全部采用了C51高级语言。主要包含的程序有：主程序；键盘扫描子程序；A/D采样子程序；定时设定子程序等。同时，在软、硬件设计时均采取了有效的抗干扰措施。
经过实验室的连续调试实验证明：该控制器具有可靠性高、功能强等特点，有着广阔的开发应用前景。另外，本文对整个自动灌溉控制系统今后的进一步发展和完善提出了几点建议。
关键词：单片机；微灌；自动控制
The design and application of single chip microprocessor in automatic microirrigation controller
Abstract
The hardware layout and software development for single chip microprocessor automatic micro-irrigation controller and system programming were presented in detail in this paper. Based on the AT89C51 single chip microprocessor, the whole system consists of soil moisture sensors, signal transfer circuit, keyboard and monitor display circuit, out port control circuit, malfunction alarm circuit as well as system software. This controller could control multi-input and multi-output. It could work in several ways such as closed loop control with sensors, opened loop control based on the preset timing program. In addition, it had automatic alarm function when the soil moisture exceeded the preset range.
As far as the hardware design was concerned, here chose the HM1500 capacitive moisture sensor as the soil moisture sensor, ADC0809 as the A/D conversion, independent key as the keyboard, LED display unit as the monitor display and chose the simple piezoelectric buzzer as the malfunction alarm device. The out port control circuit was composed of AT89C51，triode, photoelectric coupler, relay, electromagnetic valve and so on. The software designing adopted the popular modularized structure. The development of software programs applied C51 language entirely. The primary programs were main program, keyboard scanning subroutine, A/D sampling subroutine, timer presetting subroutine. Meanwhile, the efficient anti-interference measures were adopted during the design of the hardware and software.
The successive debug experiments proved that controller was characterized by high reliability, capable control function. The system had a bright prospect for development and application. In addition, suggestions about further development and improvement of the irrigation controller were made in this paper.
Key words: single chip microprocessor；micro-irrigation；automatic control
目 录
摘要
Abstract
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 水资源的流失 1
1.1.2 节水灌溉的必然趋势 1
1.2 微灌技术国内外发展趋势 1
1.2.1 微灌技术的发展及应用 1
1.2.2 微灌自动化技术国内外对比 2
1.3 研究目的和意义 2
1.4 设计的任务和要求 3
2 微灌系统总体设计 4
2.1 传统微灌系统的介绍 4
2.2 自动化微灌系统的介绍 4
2.3 微灌灌水技术的简介 4
2.3.1 微灌灌溉制度的选定 5
2.3.2 微灌水量分布均匀性分析 5
3 系统硬件设计 7
3.1 传感器的选用 7
3.1.1 土壤水分传感器的确定 7
3.1.2 HM1500的性能参数介绍 7
3.1.4 HM1500在田间的位置确定 8
3.2 单片机的选用 8
3.2.1 单片机的概况 8
3.2.2 AT89C51单片机性能介绍 9
3.3 系统的电路设计 13
3.3.1 电路设计的总体方案 13
3.3.2 A/D转换器的介绍 13
3.3.3 显示电路的介绍 15
3.3.4 输出控制电路设计 16
3.3.5 故障报警电路设计 18
3.3.6 键盘接口电路设计 18
4 数据处理 22
4.1 数学模型与标定 22
4.2 数字滤波算法 22
5 系统软件设计 24
5.1 主程序设计 24
5.2 键盘扫描子程序设计 24
5.3 实时时钟中断与控制功能的完成 24
5.3.1 传感器自动闭环控制功能的实现 29
5.3.2 时间灌溉控制功能的实现 29
6 结论 32
参考文献
附录
致谢
部分参考文献
[17] 雷廷武，许一飞等.自动灌溉控制器及其应用.果树调亏灌溉密植节水增产技术指南.北京：北京农业大学出版社，1994
[18] 柯南.非常电路图设计.北京：中国铁道出版社，2000
[19] 马志勇.常用自动化控制器件手册.北京：机械工业出版社，1996
[20] 余永权，李小高等.单片机应用系统的功率接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，1992
[21] 王彤.PC机在测量和控制中的应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995
全文46页 约21000字 论述详细
摘 要
本论文详细地论述了由单片机为处理器的自动微灌溉控制器的硬件、软件设计、系统编程和抗干扰设计等方面的问题。本控制器以ATMEL公司的AT89C51单片机为核心，由传感器，信号处理电路，键盘、显示电路，输出控制电路，故障报警电路等构成。它能实现多路数据采集、多路控制信号输出，通过传感器自动检测土壤水分实现自动闭环控制和预编定时程序的时间控制等多种自动灌溉控制方式，并具有土壤水分超出设定范围自动报警功能。
硬件方面，土壤含水量的测量采用先进的HM1500电容式水分传感器；A/D转换采用了ADC0809芯片；键盘、显示分别采用了独立式按键和LED显示块；故障报警选用了压电式蜂鸣器；输出控制电路由三极管、光电耦合器、继电器、电磁阀等组成。软件设计采取了流行的模块化编程方法，软件程序的开发全部采用了C51高级语言。主要包含的程序有：主程序；键盘扫描子程序；A/D采样子程序；定时设定子程序等。同时，在软、硬件设计时均采取了有效的抗干扰措施。
经过实验室的连续调试实验证明：该控制器具有可靠性高、功能强等特点，有着广阔的开发应用前景。另外，本文对整个自动灌溉控制系统今后的进一步发展和完善提出了几点建议。
关键词：单片机；微灌；自动控制
The design and application of single chip microprocessor in automatic microirrigation controller
Abstract
The hardware layout and software development for single chip microprocessor automatic micro-irrigation controller and system programming were presented in detail in this paper. Based on the AT89C51 single chip microprocessor, the whole system consists of soil moisture sensors, signal transfer circuit, keyboard and monitor display circuit, out port control circuit, malfunction alarm circuit as well as system software. This controller could control multi-input and multi-output. It could work in several ways such as closed loop control with sensors, opened loop control based on the preset timing program. In addition, it had automatic alarm function when the soil moisture exceeded the preset range.
As far as the hardware design was concerned, here chose the HM1500 capacitive moisture sensor as the soil moisture sensor, ADC0809 as the A/D conversion, independent key as the keyboard, LED display unit as the monitor display and chose the simple piezoelectric buzzer as the malfunction alarm device. The out port control circuit was composed of AT89C51，triode, photoelectric coupler, relay, electromagnetic valve and so on. The software designing adopted the popular modularized structure. The development of software programs applied C51 language entirely. The primary programs were main program, keyboard scanning subroutine, A/D sampling subroutine, timer presetting subroutine. Meanwhile, the efficient anti-interference measures were adopted during the design of the hardware and software.
The successive debug experiments proved that controller was characterized by high reliability, capable control function. The system had a bright prospect for development and application. In addition, suggestions about further development and improvement of the irrigation controller were made in this paper.
Key words: single chip microprocessor；micro-irrigation；automatic control
目 录
摘要
Abstract
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 水资源的流失 1
1.1.2 节水灌溉的必然趋势 1
1.2 微灌技术国内外发展趋势 1
1.2.1 微灌技术的发展及应用 1
1.2.2 微灌自动化技术国内外对比 2
1.3 研究目的和意义 2
1.4 设计的任务和要求 3
2 微灌系统总体设计 4
2.1 传统微灌系统的介绍 4
2.2 自动化微灌系统的介绍 4
2.3 微灌灌水技术的简介 4
2.3.1 微灌灌溉制度的选定 5
2.3.2 微灌水量分布均匀性分析 5
3 系统硬件设计 7
3.1 传感器的选用 7
3.1.1 土壤水分传感器的确定 7
3.1.2 HM1500的性能参数介绍 7
3.1.4 HM1500在田间的位置确定 8
3.2 单片机的选用 8
3.2.1 单片机的概况 8
3.2.2 AT89C51单片机性能介绍 9
3.3 系统的电路设计 13
3.3.1 电路设计的总体方案 13
3.3.2 A/D转换器的介绍 13
3.3.3 显示电路的介绍 15
3.3.4 输出控制电路设计 16
3.3.5 故障报警电路设计 18
3.3.6 键盘接口电路设计 18
4 数据处理 22
4.1 数学模型与标定 22
4.2 数字滤波算法 22
5 系统软件设计 24
5.1 主程序设计 24
5.2 键盘扫描子程序设计 24
5.3 实时时钟中断与控制功能的完成 24
5.3.1 传感器自动闭环控制功能的实现 29
5.3.2 时间灌溉控制功能的实现 29
6 结论 32
参考文献
附录
致谢
部分参考文献
[17] 雷廷武，许一飞等.自动灌溉控制器及其应用.果树调亏灌溉密植节水增产技术指南.北京：北京农业大学出版社，1994
[18] 柯南.非常电路图设计.北京：中国铁道出版社，2000
[19] 马志勇.常用自动化控制器件手册.北京：机械工业出版社，1996
[20] 余永权，李小高等.单片机应用系统的功率接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，1992
[21] 王彤.PC机在测量和控制中的应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995
