智能浇灌控制系统设计1 系统的外围设备设计1.1 系统示意图1.2（1·单·量·精·分辨·测量区域：90%的影响在围绕中央****的直径3cm、长为6cm的圆柱体内·稳定时间：通电后约1秒·响应时间：响应在1秒内进入稳态过程·工作电压：电流输出为12V—24V DC,电压输出为5V DC·工作电流：50～70mA，典型值50 mA·输出形式：a: 0-5VDC;b: 0～20mA;c: RS232/RS485网络通讯·密封材料：ABS工程塑料·材料：不锈钢或铜·电缆长度：标准长度5m·遥测距离：小于1000米产品特点1）高稳定性，安装维护操作简便。
2）支撑的材料为环氧树脂，强度和寿命得到保证。
3）密封性好，可长期埋入土壤中使用，且不受腐蚀4）采用标准的电流环传送技术使其具有抗干扰能力强，传送距离远，测量精度高，响应速度快。
5）土质影响较小，使用地区广泛,价格低廉，适合中国国情。
（2）控制器：AT89C51单片机太阳能电池板（3）A/D转换器：ADC0809是目前国内使用最广泛的8位通用A/D芯片。
主要特性1）8路输入通道，8位A／D转换器，即分辨率为8位。
2）具有转换起停控制端。
3）转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz时）4）单个＋5V电源供电5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。
6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度7）低功耗，约15mW。
（4）电磁阀：DF-25 电磁阀最高工作压力：0.8MPa1）工作压差：0.03MPa～0.8MPa（其中φ3、φ5为直动式0～0.6MPa）2）环境温度：-10～+50℃3）介质温度：0～75℃4）电压AC：380V； 220V； 36V/50Hz DC：12V；24V；110V；220V5）绝缘等级：B级6）功率：φ5～φ20 12W φ25～φ100 15Wφ125～φ150 30W7）线圈温升：≤80℃8）电源允许波动：-15%～+10%9）工作介质：液体气体油〈20CST10）安装方式：介质流向和电磁阀箭头保持一致，线圈向上，允许倾斜度小于30°11）响应时间：φ3～φ50≤1秒关≤2秒φ65～φ150≤3秒关≤5秒2 系统主要硬件电路设计2.1 单片机控制系统原理图2 单片机控制系统原理框图2．2 单片机主机系统电路AT89C51单片机是51系列单片机的一个成员，是8051单片机的简化版。
内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能COMS八位微处理器，和Intel MCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。
由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。
图3 单片机主机系统图2.2.1时钟电路单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡和外部振荡。
MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTALl和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端，由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用中常采用这种方式，如图3所示在其外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式，片内高增益反向放大器和作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。
图3中外接晶体以及电容C2和C1构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为30P左右，晶振频率选6MHz oRESET2.2.2复位电路为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器，必须采用复位的方式，复位后可使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始正常工作。
单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果RST引脚上持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。
复位后系统将输入/输出(1/0)端口寄存器置为FFH，堆栈指针SP置为07H, SBUF内置为不定值，其余的寄存器全部清0，内部RAM的状态不受复位的影响，在系统上电时RAM的内容是不定的。
复位操作有两种情况，即上电复位和手动(开关)复位。
本系统采用上电复位方式。
图3中R9和Cl组成上电复位电路，其值R取为1KQ, C取为1pF.2.2.3数据存储器的扩展电路AT89C51单片机外接数据RAM时，P2口输出存储器地址的高8位，PO口分时输出地址的低8位和传送指令字节或数据。
PO口先输出低8位地址信号，在ALE有效时将它锁存到外部地址锁存器中，然后PO口作为数据总线使用，此处地址锁存器选用74LS373，实际电路图连接如图4所示。
图4数据存储器的扩展电路2.3数据采集处理电路ADC0809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和数据总线相连。
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。
图5数据采集处理电路本系统中ADC0809和AT89C51单片机的接口如图5所示，采用等待延时方式。
ADC0809的时钟频率范围要求在10-1280kHz , AT89C51单片机的ALE脚的频率是单片机时钟频率的1/6，因此当单片机的时钟频率采用6MHz,ADC0809输入时钟频率即为CLK=1MHz，发生启动脉冲后需延时100Us才可读取A/D转换数据。
如图5连接方式，ADC0809的8位数据输出引脚可直接和数据总线相连，地址译码引脚A, B, C分别和74LS373的A, B, C相连，以选通INO- IN7中的一个通道。
AT89C51的p 2.6作为片选信号，在启动AM转换时，由单片机的写信号WR和p2.。
控制ADC的地址锁存和转换启动。
由于ALE和START连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时也启动转换，在读取转换结果时，用单片机的读信号RD和p2.。
引脚一级或非门产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。
2．4LED显示系统电路微机化测控系统中常用的测量数据的显示器有发光二极管显示器(简称LED或数码管)和液晶显示器(简称LCD)。
这两种显示器都具有线路简单、耗电少、成本低、寿命长等优点，本系统输出结果选用4个LED显示。
LED数码管的外形结构如图6，外部有10个引脚，其中3, 8脚为公共端也称位选端，其余8个引脚称为段选端，当要使某一位数码管显示某一数字((0-9中的一个)必须在这个数码管的段选端加上和数字显示数字对应的8位段选码(也称字形码)，在位选端加上低电平即可。
由于系统要显示的内容比较简单，显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。
LED有共阴极和共阳极两种。
如图6所示。
二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V的电压。
一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）a～g，另一个小数点为dp发光二极管。
当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。
为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻。
符号和引脚 共阴极 共阳极图6 LED 数码管结构原理图因AT89C51单片机I/O 口资源有限，必须对其Il0口进行扩展才能满足实现系统功能，如图7所示为用8155扩展1/0口的4个8位LED 动态显示器，显示扫描由程控实现，其中PA 口输出字型码，PC 口输出位选信号即扫描信号，图中片选线CE 和AT89C51的P2.7口相连，IO/ M 选通输入线和P2.4口相连，该系统中当P2.7=0且P2.4 =1时，选中8155芯片内三个I/O 口。
相应的端口地址分配如表4-1:表4-1 8155端口地址分配图7 显示电路 2.5超限报警电路 为了在某些紧急状态或反常状态下，能使操作人员不致忽视，以便及时处理，往往需要有某种更能引起人们注意提起警觉的报警信号产生，这种报警信号通常有三种类型:闪光报警、鸣音报警、语音报警，本系统采用简单易行的声光报警电路。
如图8所示报警电路，报警设备选用压电式蜂鸣器，它约需要10mA 的驱动电流，只需在其两条引线上加3一15V 的直流电压，即可产生3KHz 左右的蜂鸣声音，图中蜂鸣器的一端接在高电平+SV ，另一端接Pl.0，在初态Pl.0始终输出高电平1，当需要报警时，程序对其端口清零即可，声音的长短可用延时程序控制实现。
图中接入的发光二极管LED 为超高线报警器，当P1.1端输出为低电平“0”时，二极管导通，灯亮发出报警信号。
图8报警电路3系统的软件设计系统软件程序设计主要包括:主程序设计，采样子程序设计，数据处理程序，显示子程序，串口通信程序等。
各芯片地址编码为:RAM6116: OFOOOH-OF7FFH 81551/0口:7FF8H - 7FFDHADC0809: OBFF8H-OBFFFH3．1 系统主程序设计在主程序设计时考虑到扩展性强、识别性高、实时性强的原则，设计主程序，使其易于读取反应迅速。
3．2采样子程序设计根据电路图5，因EOC未接入单片机，故只能采用延时等待的方法来读取A/D转换结果，ADC0809的INO和INl两个地址分别是OBFF8H, OBFF9H, INO通道采集到的11个数据放入以ADTURNO(片内21H)为首址的一片数据区内，IN1通道采集到的11个数据放入以ADTURN1(片内2CH)为首址的另一片数据区内。