《2022年毕业设计-基于ATC单片机的自动浇花系统 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年毕业设计-基于ATC单片机的自动浇花系统 .pdf（47页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、毕业设计（论文）-基于 AT89C52 单片机的自动浇花系统. 课题：自动浇花系统名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统摘要本系统以方便人们花卉的浇水， 实现智能浇花， 让人们从繁琐的浇花工作中解放出来，自动浇花系统的设计和应用应运而生。本系统采用 AT89C52 单片机，配以相应的外围电路完成土壤含水量的检测和自动浇花的控制过程。由土壤湿度传感器采集土壤信息，再经过信息处理模块处理后由ADC0832 A
2、/D 转换芯片转换成数字信号， AT89C52 单片机作为控制中心。配以 DS1302 时钟芯片、LCD1602 液晶显示模块等组成数据处理控制模块，实现智能浇花，显示时钟功能。 通过一系列的设计实现，简单的电路及低价的成本实现自动浇花系统是可行的，进一步可以推广到蔬菜大棚，园林，草地等的自动浇灌管理。对于实现科技服务生活具有重要意义。关键词：浇花， AT89C52 单片机， ADC0832，DS1302，土壤湿度传感器，时钟名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共
3、 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统Abstract This system for people convenience and intelligent water flowers and plants ， let people work from trival watering the flowers liberate，automatic watering the flowers system design and application arises at the historic moment. The system uses the AT89C52 singl
4、e chip computer，match with corresponding buffer circuit for the soil moisture content detection and finish the control process of automatic watering the flowers. From the soil humidity sensors to collect soil information， and then after the information processing module processing by ADC0832 after A
5、/D conversion chip converted into digital signals， AT89C52 single chip computer as the control center. Match with DS1302 clock chip， LCD1602 LCD module data processing control module， realize intelligent water flowers，display clock function. Through a series of design and implementation ， simple cir
6、cuit and low cost to implement the automatic watering the flowers system is feasible， further can be extended to vegetable shed， garden ， the automatic watering system. For technology service life is Important significance. Keywords: water flowers ， AT89C52 ， ADC0832 ， DS1302， soil moisture sensor ，
7、 clock名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统目录1 前言 . 1.1 论文设计的意义. 1.2 湿度测量方法及湿度测量方案. 1.3 论文的主要内容. 2 自动浇花系统的基本理论. 2.1 土壤湿度传感器. 2.2 土壤湿度信号转换. 2.3 土壤湿度信号调理. 3 系统硬件设计 . 3.1 系统技术指标. 3.2 系统框图 . 3.3 芯片选择 . 3.4 系统传感电路设计. 3.4.1 土壤湿度
8、传感器的设计. 3.4.2 土壤湿度信号调理电路. 3.4.3 A/D 转换处理模块. 3.5 系统显示电路设计. 3.5.1 显示模块的选择. 3.5.2 显示电路 . 3.6 系统控制电路设计. 3.6.1 按键电路 . 3.6.2 电磁阀控制电路. 3.7 电路原理图 . 4 系统软件设计 . 4.1 总设计框图 . 4.2 传感转换流程图. 4.3 控制模块流程图. 5 系统调试 . 5.1 系统硬件测试. 5.2 系统的软件测试. 5.3 系统整体调试. 5.4 系统测量与误差分析. 6 总结 . 附录 . 附录 A 原理图 . 附录 B PCB 图 . 附录 C 程序 . 参考文献
9、 . 致谢 . 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统1 前言1.1 论文设计的意义在电子技术日新月异的今天， 生活中到处都可以看到嵌入式单片机的应用实例。电子产品的设计是服务于人类为出发的，在现代人们离不开电子产品，应用电子产品，让生活生产更加便捷，为人们节省时间，精力，让人们的生活娱乐更加美好。嵌入式单片机已经成为机电产品的核心部件，控制机电产品的工作于操作。依据嵌入式单片机体积小，功耗小，成本低，可
10、靠性高，软件代码少，自动化程度高和响应速度快等特点， 适用于要求实时性和多任务的应用领域。本设计中的自动浇花系统就是以以上为出发点而设计的1。随着人们生活水平的提高， 人们追求高品位的生活， 为了美化环境， 净化空气，人们都喜欢在家中种植一些花草，植物都离不开谁，需要常常浇灌，这无疑是件繁琐的工作，尤其是当你出差，工作，或者忙碌而忘却的时候，植物的供水就好中断，影响植物的正常生长，甚至枯萎而死2。根据以上为出发，自动浇花系统自然将会是我们的生活小帮手，因此，学以致用，把电子科技服务于生活。本设计利用土壤湿度传感器， 进行实时土壤湿度测量与显示， 能对花草的生长情况进行观察统计，准确掌握花草最佳
11、生长模式下的湿度要求以及控制3。再配合时钟行走功能， 即可实现给花草定时浇灌。 这样就可以减轻对花草的护理工作，让人们从照顾花草的繁琐中解脱出来。本产品适合城市居民使用， 尤其对长假外出更是一个好帮手4。此外，运用此装置，进一步也可以为蔬菜大棚，园林，草地进行自动浇灌管理5。1.2 湿度测量方法及湿度测量方案在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制6。对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一，但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。 这是因为测量湿度要比测量温度复杂得多，温度是个独立的被测量，而湿度
12、却受其他因素( 大气压强、温度 ) 的影响。此外，湿度的校准也是一个难题7。国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统1.2.1 湿度定义在计量法中规定，湿度定义为 物象状态的量 。日常生活中所指的湿度为相对湿度， 用 RH% 表示。总言之， 即气体中 ( 通常为空气中 ) 所含水蒸气量( 水蒸气压 ) 与其空气相同情况下饱和水蒸气量( 饱和水蒸气压 ) 的百分比。湿度很久
13、以前就与生活存在着密切的关系，但用数量来进行表示较为困难。对湿度的表示方法有绝对湿度、 相对湿度、 露点、湿气与干气的比值 (重量或体积 )等等8。1.2.2 湿度测量方法湿度测量从原理上划分有二、 三十种之多。但湿度测量始终是世界计量领域中著名的难题之一。 一个看似简单的量值， 深究起来， 涉及相当复杂的物理 - 化学理论分析和计算， 初涉者可能会忽略在湿度测量中必需注意的许多因素，因而影响传感器的合理使用。常见的湿度测量方法有9：动态法 ( 双压法、双温法、分流法)，静态法 (饱和盐法、硫酸法 )，露点法，干湿球法和电子式传感器法。 双压法、双温法是基于热力学P 、V 、T 平衡原理，平衡
14、时间较长，分流法是基于绝对湿气和绝对干空气的精确混合。由于采用了现代测控手段， 这些设备可以做得相当精密，却因设备复杂，昂贵，运作费时费工，主要作为标准计量之用，其测量精度可达2%RH 以上。 静态法中的饱和盐法，是湿度测量中最常见的方法，简单易行。但饱和盐法对液、 气两相的平衡要求很严， 对环境温度的稳定要求较高。用起来要求等很长时间去平衡， 低湿点要求更长。 特别在室内湿度和瓶内湿度差值较大时，每次开启都需要平衡68 小时。 露点法是测量湿空气达到饱和时的温度，是热力学的直接结果，准确度高，测量范围宽。计量用的精密露点仪准确度可达0.2 甚至更高。但用现代光- 电原理的冷镜式露点仪价格昂贵
15、，常和标准湿度发生器配套使用。 干湿球法，这是18 世纪就发明的测湿方法。历史悠久，使用最普遍。干湿球法是一种间接方法， 它用干湿球方程换算出湿度值， 而此方程是有条件的：即在湿球附近的风速必需达到2.5m/s 以上。普通用的干湿球温度计将此条件简化了，所以其准确度只有57%RH， 干湿球也不属于静态法，不要简单地认为只要提高两支温度计的测量精度就等于提高了湿度计的测量精度。 电子式湿度传感器法，电子式湿度传感器产品及湿度测量属于90 年代兴起的行业，近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度测控系
16、统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统1.2.3 湿度测量方案的选择现代湿度测量方案最主要的有两种：干湿球测湿法， 电子式湿度传感器测湿法。下面对这两种方案进行比较，以便客户选择适合自己的湿度测量方法10。干湿球测湿法的维护相当简单， 在实际使用中， 只需定期给湿球加水及更换湿球纱布即可。 与电子式湿度传感器相比， 干湿球测湿法不会产生老化，精度下降等问题
17、。所以干湿球测湿方法更适合于在高温及恶劣环境的场合使用。干湿球测湿法采用间接测量方法，通过测量干球、 湿球的温度经过计算得到湿度值，因此对使用温度没有严格限制，在高温环境下测湿不会对传感器造成损坏。干湿球湿度计的特点：早在18 世纪人类就发明了干湿球湿度计，干湿球湿度计的准确度还取决于干球、 湿球两支温度计本身的精度； 湿度计必须处于通风状态：只有纱布水套、水质、风速都满足一定要求时，才能达到规定的准确度。干湿球湿度计的准确度只有5 7 RH 。电子式湿度传感器的特点11： 电子式湿度传感器是近几十年， 特别是近 20 年才迅速发展起来的。 湿度传感器生产厂在产品出厂前都要采用标准湿度发生器来
18、逐支标定，电子式湿度传感器的准确度可以达到2 3 RH 。在实际使用中， 由于尘土、油污及有害气体的影响， 使用时间一长， 会产生老化，精度下降，湿度传感器年漂移量一般都在2% 左右，甚至更高。一般情况下，生产厂商会标明 1 次标定的有效使用时间为1 年或 2 年，到期需重新标定。电子式湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，电子式湿度传感器的长期稳定性和使用寿命不如干湿球湿度传感器。湿度传感器是采用半导体技术， 因此对使用的环境温度有要求， 超过其规定的使用温度将对传感器造成损坏。 所以电子式湿度传感器测湿方法更适合于在洁净及常温的场合使用。1.3 论文的主要内容本次设计的工
19、作包括： 设计方案的设计和功能实现； 芯片和传感器的选择； 设计电路以及制作电路板； 程序的设计； 模块和程序的调试； 总程序的调试； 系统的测试与校正。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统2 自动浇花系统的基本理论2.1 土壤湿度传感器在灌溉系统中，土壤湿度传感器的使用是该系统能否达到适量灌溉的关键，所以土壤湿度传感器的选择就成为灌溉系统的首要问题。目前市场上主要测量土壤湿度的方法有中子衰减、张力计测
20、湿、 介点法速测法12。中子衰减法虽然快速准确， 但此种方法如果屏蔽不好， 容易造成射线泄漏，以致污染环境，危害健康，故不能被采纳。张力计式土壤水分传感器是一种广泛成功地用于某些土壤水分测量的传感器。这种仪表有个多孔瓷头，它通过水的管子与真空表连接。优点是：结构及原理简单，可以在线实时测量，而且可以确定水在土壤内的流动方向和渗透度，缺点也很突出，就是：它的测量范围很大程度上受土质的影响。误差较大，存在滞后和回环，影响测量速度。利用土壤的介电特性来测量土壤含水量是一种行之有效的、快速的、简单的、可靠方法。 对一定几何结构的电容式水分传感器，其电容量与两极间被测物料的介电常数有正比关系。 水的介电
21、常数比一般物料的介电常数要大得多，电容式水分传感器的特点是精确度高、量程宽、可测的物料品种多， 而且响应速度邺较快，可应用于在线监测实现自动化。2.2 土壤湿度信号转换本系统采用 ADC0832 进行转换，下面是单片机对ADC0832 的控制原理：正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为4 条数据线，分别是 CS、CLK、DO、DI。但由于 DO 端与 DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO 和 DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832 未工作时其 CS 输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和 DO/DI 的电平可任意。当要进行 A/D
22、转换时，须先将 CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI 端则使用 DI 端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前 DI 端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3 个脉冲下沉之前DI 端应输入 2 位数据用于选择通道功能。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统当此 2 位数据为 “1”、 “0”
23、时，只对 CH0 进行单通道转换。 当 2 位数据为 “1”、“1”时，只对 CH1 进行单通道转换。当2 位数据为 “0”、“0”时，将 CH0 作为正输入端 IN+， CH1 作为负输入端 IN-进行输入。当 2 位数据为 “0”、 “1”时，将 CH0作为负输入端 IN-，CH1 作为正输入端 IN+进行输入。到第 3 个脉冲的下沉之后DI 端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO 进行转换数据的读取。从第4 个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO 端输出下一位数据。直到第 11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据
24、输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11 个字节的下沉输出DATA0。随后输出 8 位数据，到第 19 个脉冲时数据输出完成， 也标志着一次 A/D 转换的结束。最后将 CS 置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。作为单通道模拟信号输入时ADC0832 的输入电压是 05V 且 8 位分辨率时的电压精度为 19.53mV。如果作为由 IN+与 IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与 IN-的输入时，如果 IN-的电压大于 IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。2.3 土壤湿度信号调
25、理土壤湿度传感器的输出电压在02V 左右，需要将此电压信号经过信号处理模块，进行电压信号放大。以便获得更高的转换精度。信号调理电路信号处理电路， 把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、 执行计算显示读出或其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、光强等.但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等， 使其适合于模 /数转换器 (ADC) 的输入。然后，ADC 对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到MCU 或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。信号调理简
26、单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。是指利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等) 来改变输入的讯号类型并输出之。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统3 系统硬件设计3.1 系统技术指标测量湿度范围： 080vol% (m3/m3) 供电电压： 512VDC 精度：非饱和范围内为 3显示方式 : LED 显示。3.2 系统框图图 3-1 系统框图3.3 芯片选择主
27、控芯片选择：方案一：使用STC 系列的单片机，驱动能力强，运行相对稳定，抗干扰能力强，内置 A/D 转换。与 AT 系列的相比，性价比更高。方案二：使用最普遍的AT89S52，熟悉其原理，相关的资料丰富，相对比较便宜，容易购买，使用的过程中有疑问容易在网上找到相关资料或者查阅书刊，但是定时器、中断、 ROM 等较少，抗干扰能力不强，无内置A/D 转换，等其他功能13。综合考虑选用方案二，使用AT89S51单片机作为主控芯片。芯片如图3-2 土壤湿度传感器A/D 转换模块ADC0832 AT89C52 单片机显 示 模 块LCD1602 键盘执 行 机 构时钟模块DS1302 名师资料总结 -
28、- -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统图 3-2 AT89C52 A/D 转换芯片选择：ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片，其最高分辨可达256 级，可以适应一般的模拟量转换要求。 其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在 05V 之间。芯片转换时间仅为 32 s， 据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差， 转换速度快且稳定性能强。 独立的芯片使能输入， 使多器件挂接和处理器控制变的
29、更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。芯片如图 3-3 使用 ADC0832 完全可以满足系统要求，与ADC0809 相比，可以减少引脚连线，简化控制。图 3-3 ADC0832 时钟芯片：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统DS1302 是涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和 31 字节静态RAM ，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒 -分-
30、时-日-日期-月-年的信息，每月的天，数和闰年的天数可自动调整。时钟操作可通过 AM/PM 指示决定采用24 或 12 小时格式。 DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线1 、RE（复位） 2、I/ O（数据线）3 、 （SCLK 串行时钟）时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信。DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于 1mW。3.4 系统传感电路设计系统传感电路的设计包括三个方面： 一、 土壤湿度传感器的选择与参数分析；二、土壤湿度信号的调理电路的设计，由于传感器的输出信号一般较小，不足以获得高的 A/
31、D 转换精度，此部分由运算放大电路构成，是系统的重要部分；三、A/D 转换的处理。3.4.1 土壤湿度传感器的设计土壤湿度传感器在原理与结构上千差万别，根据具体的测量目的、 测量对象以及测量环境合理地选用土壤湿度传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题14。当传感器确定之后， 与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。土壤湿度测量结果的成败， 在很大程度上取决于土壤湿度传感器的设计和选用是否合理。本设计之初，原本打算选用FDS-100土壤水分传感器，其可测量土壤相对含水率，与土壤本身的机理无关，是目前国际上最流行的土壤水分测量方法。FDS-100土壤水分传感器是一款高精度、高灵敏度的
32、测量土壤水分的传感器。可深埋土中，长期测量且性能稳定。但由于FDS-100 的价格偏贵，动辄接近一千，这是不符合我们的设计理念的。 而市场上土壤湿度的型号和资料也较少，价格也不尽如人意， 难以找到一款合适的土壤湿度传感器，所以根据土壤湿度的测量原理，就地取材， 从土壤在不同湿度的情况下的电阻不同的特性。设计了一个简单的湿度传感。配以相应的外围电路，变形成了一个简易土壤湿度传感器了。从某个侧面看出， 对土壤湿度的测量在技术及成本上还有待突破，不像空气湿度测量成熟。 在仿真中我们采用一个低压电源和一个可调电阻进行模拟，不同的电阻值对应输出不同的电压信号，这点等同于电阻测土壤湿度， 在不同湿度情名师
33、资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统况下的不同电阻，产生对应于湿度信息的电压湿度信号。如图是系统在protues中的仿真模拟。图 3-4 土壤湿度传感器模拟3.4.2 土壤湿度信号调理电路信号处理电路，把土壤湿度模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。我们所使用的土壤湿度传感器是模拟传感器可测量土壤湿度信息， 但由于湿度传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输
34、出是相当小的电压、电流或电阻变化， 因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC 对模拟信号进行数字化， 并把数字信号送到MCU或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。信号调理将您的数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统，这是通过帮助您直接连接到广泛的传感器和信号类型(从热电偶到高电压信号 )来实现的。关键的信号调理技术可以将数据采集系统的总体性能和精度提高10 倍。在本设计中， 考虑到晶体管的放大电路的繁琐以及不稳定，故而采用基本运放电路的形式进行信号放大。 因为没有外在干扰， 所以最基本的运算电路就可满足
35、系统的要求。我们将采用比例运算放大电路。比例运算电路的输出电压与输入电压之间存在比例关系，即电路可实现比例运算。比例电路是最基本的运算电路，是其他各种运算电路的基础，本章随后将要介绍的求和电路、 积分和微分电路、 对数和指数电路等等， 都是在比例电路的基础上，加以扩展或演变以后得到的。根据输入信号接法的不同， 比例电路有三种基本形式：反相输入、同相输入以及差分输入比例电路。使用单个集成运放构成运算电路时存在两个缺点，一是电阻的选取和调整不方便，二是对于每个信号源的输入电阻均较小。因此，必要时可采用两级电路。我们使用图 3-5 所示电路实现差分比例运算放大。第一级为同相比例运算电路；第二级为差分
36、比例运算电路。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统图 3-5 高输入电阻的差分比例运放电路第一级有1111011uRRuf利用叠加原理，第二级电路的输出123213201uRRuRRufof若1321,ffRRRR，则1112321uuRRufo从电路的组成可以看出，无论对于11u ，还是对于12u ，均可以认为输入电阻为无穷大。在第一级中： 对同相比例运算电路有： 相比例运算放大电路是一个深度的电压
37、串联负反馈电路。因为u = u =iu ，所以不存在 “ 虚地” 现象，在选用集成运放时要考虑到其输入端可能具有较高的共模输入电压。电压放大倍数11RRAfuf，即输出电压与输入电压的幅值成正比，且相位相同。也就是说，电路实现了同相比例运算。ufA 也只取决于电阻fR 和1R 之比，而与集成运放的内部参数无关，所以比例运算的精度和稳定性主要取决于电阻fR 和1R 的精确度和稳定度。一般情况下，ufA 值恒大于 1。当fR =0 或1R = 时，1fR，这种电路称为电压跟随器。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精
38、心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统由于引入深度电压串联负反馈， 因此电路的输入电阻很高， 输出电阻很低。图 3-6 同相比例运算电路在第二级中：输入电压iu 和/iu 分别加在集成运放的反相输入端和同相输入端，从输出端通过反馈电阴fR 接回到反相输入端。为了保证运放两个输入端对地的电阻平衡， 同时为了避免降低共模抑制比， 差分比例运算电路的电压放大倍数为1RRAfuf可知，电路的输出电压与两个输入电压之差成正比，实现了差分比例运算。其比值旧ufA同样决定于电阻fR 和1R 之比，而与集成运放内部参数无关。由以上分析还
39、可以知道， 差分比例运算电路中集成运放的反相输入端和同相输入端可能加有较高的共模输入电压，电路中不存在虚地现象。差分比例运算电路除了可以进行减法运算以外，还经常被用作测量放大器。差分比例运算电路的缺点是对元件的对称性要求比较高，如果元件失配， 不仅在计算中带来附加误差， 而且将产生共模电压输出。 电路的另一个缺点是输入电阻不够高。图 3-7 差分比例运算电路我们将采用 LM358 设计此电路。 LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器， 适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式， 在推荐的工作条件下， 电源电流与电源电压无关。 它的使用名师资料总结
40、 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统范围包括传感放大器、 直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 LM358 该型号，市场上比较常见，在各大网站上，搜索比较频繁，价格一直相对平稳。 有些分析人士， 还把该型号归类为电源电路，因为它使用范围比较宽。 LM358 最近一段时间市场销量比较稳定，主流品牌是TI、NS、国产品牌，国外品牌的价格一直相对偏高， 最新报价有小幅度下滑， 在 0.4-0.7
41、 元/PCS区间波动。国产品牌价格就非常低，相比月初，价格同样也有了小幅度下滑，网络报价一般在在 0.13-0.15元之间波动。特性(Features): 内部频率补偿直流电压增益高 (约 100dB) 单位增益频带宽 (约 1MHz) 电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源 ( 1.5 一 15V) 图 3-8 LM358 3.4.3 A/D 转换处理模块我们选用前面介绍过的ADC08328 位分辨率 A/D 转换芯片，经过处理之后的信号进入 CH0 通道，在 A/D 模块中模拟电压信号转化成离散数字信号，供单片机使用。其中串行数据控制使A/D 模块工作的关键。故在此介绍读取程序。ADC
42、_CS=0; ADC_DI=1; /启动位转换ADC_CLK=1; ADC_CLK=0; ADC_DI=1; /配置位 1 ADC_CLK=1; ADC_CLK=0; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统ADC_DI=0; /配置位 2 ADC_CLK=1; ADC_CLK=0; /空闲位ADC_CLK=1; ADC_DI=1; for(i=0;i8;i+) ADC_CLK=0; delaynus(5
43、); if(ADC_DO=1)temp|=0 x01; temp=1; delaynus(5); ADC_CLK=1; ADC_CS=1; return temp; 其程序思想沿用一般的串行数据传输规则。通过对时钟信号的控制，分别进行地址传输，之后数据传输。图 3-9 A/D 转换处理3.5 系统显示电路设计3.5.1 显示模块的选择在显示模块选择时有两种， 一种是用液晶显示屏， 一种则是选用数码管。 液晶显示屏具有轻薄短小， 低耗电量， 无辐射危险， 平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点15，可以显示汉字等各种符号。但一般需要利用控制芯片
44、创建字符库，编程工作量大。而数码管具有低能耗、 低损耗、低压、寿命长、耐老化、对外界环境要求低，易于维护的特点，同时精度比较高，称量快，精确可靠，编程容易，操作简单。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统缺点是不能实现汉字显示，多数据多行显示。本设计中采用第一种方案，液晶显示屏能够直观的显示出各种模式下的内容，包括显示实时土壤湿度，浇花启动土壤湿度，当前时间，浇花启动时间，浇花时长。硬件电路的设计也相对
45、简单16。3.5.2 显示电路1602LCD 主要技术参数：显示容量 :16 2 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 :2.95 4.35(W H)mm 寄存器选择控制表：表 3-1 LCD1602 控制表RS R/W 操作说明0 0 写入指令寄存器（清除屏等）0 1 读 busy flag（DB7 ），以及读取位址计数器（DB0DB6 ）值1 0 写入数据寄存器（显示各字型等）1 1 从数据寄存器读取数据我们通过对 LCD1602 寄存器的控制进行读写操作。其程序为：void WriteInstruction (u
46、nsigned char dictate) RS=0; RW=0; E=0; _nop_(); P1=dictate; _nop_(); E=1; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统_nop_(); E=0; 图 3-10 为显示电路。图 3-10 液晶显示电路其中液晶显示模块是LCD1602，数据接口与P1 口连接； RS，RW，E，端分别于 P20P22连接；VSS，VEE，接地； VDD 接+
47、5V 电源。3.6 系统控制电路设计3.6.1 按键电路本设计通过 3 个按键实现对系统的控制及设置。分别为模式键， 设置键，加值键。其中模式键可使液晶显示模块进入不同显示模式以显示不同的内容。设置键可以对需要设置的值进入设置，如浇花湿度，设置时间，时长。进入设置模式之后，通过加值键改变设置值。如图3-5。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统图 3-11 按键电路浇花控制由单片机控制继电器来启动/关闭
48、水电磁阀17。当系统满足湿度，时间要求是， 系统通过继电器启动水电磁阀，浇花开始， 而当时间超过所设定的浇花时长后，系统关闭电磁阀。3.6.2 电磁阀控制电路本设计中电磁阀的控制相对简单， 通过继电器控制大电压对电磁阀的开断进行控制其中继电器和电磁阀的规格型号应对应系统就行选取18。图 3-12 电磁阀仿真3.7 电路原理图该系统电路设计的比较简单，单片机采用AT89S52 或其兼容系列。采用12MHz 高精度的晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。单片机连接液晶显示屏 LCD1602，ADC0832，DS1302，按键电路，配以相应的外围电路，通过定时定量控制电磁阀变可实现自动浇花功能
49、。其中最小系统有复位电路，晶振电路。其图分别如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 47 页 - - - - - - - - - 自动浇花系统图 3-13 晶振电路图 3-14 复位电路以上所有电路模块构成了整个系统。主电路图如下：图 3-15 自动浇花系统主电路图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 47 页 - - -
50、 - - - - - - 自动浇花系统4 系统软件设计4.1 总设计框图主程序首先进行对LCD，时钟芯片的初始化，之后定时采集土壤湿度值，按键管理 LCD 显示，系统参数设置，当满足浇花条件时，执行浇花动作。其中对浇花条件的设置， 考虑花卉的植物特性， 需要进行湿度下限设置， 浇花时间长度，以及浇花时间的程序设定。如图4-1。图 4-1 4.2 传感转换流程图开始结束执行浇花采集土壤湿度值显示模式初始化N Y 系统参数设置满足浇花条件？按键设置名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -