基于单片机的智能浇灌控制系统

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

图1 智能浇灌控制系统示意图

1.2 外围设备选型

（1）土壤湿度传感器： TR-5型 土壤水分传感器 测量参数： 土壤容积含水量 ·单 位： %（m3/m3） ·量 程： 0～100%（m3/m3）

·精 度：

0～50%（m3/m3）范围内为±2%（m3/m3）

·分 辨 率： 0.1%（m3/m3 ）

·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

太阳能电池板

·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，应用地区广泛,价格低廉，适合中国国情。

（2）控制器：AT89C51单片机

（3）A/D转换器：ADC0809

是目前国内应用最广泛的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：0.8MPa

1）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；220V

5）绝缘等级：B级

6）功率：φ5～φ20 12W φ25～φ100 15W

φ125～φ150 30W

7）线圈温升：≤80℃

8）电源允许波动：-15%～+10%

9）工作介质：液体气体油〈20CST

10）安装方式：介质流向与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

土壤土壤湿度传感A/D转换

AT89C51单片机

LED显示报警放大驱动

电磁阀

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，与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与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 o

RESET

2.2.2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