大棚自動(dòng)官噴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、i摘 要未來幾十年，在世界范圍內(nèi)，水資源的矛盾將日趨緊張。我國的水資源嚴(yán)重短缺，且分布很不平衡。農(nóng)業(yè)用水占總用水的 80%。在農(nóng)業(yè)灌溉中推廣自動(dòng)化控制，不僅可以緩解水資源嚴(yán)重短缺的矛盾，同時(shí)可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，降低農(nóng)產(chǎn)品的成本。本文介紹一種系統(tǒng)，它用于大棚、花窖、房間噴水、消毒的自動(dòng)及人工控制,實(shí)現(xiàn)大棚噴水消毒系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對(duì)房間濕度采集并計(jì)算判斷濕度是否符合該房間植物生長的標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)需要及時(shí)進(jìn)行噴水。同時(shí)為了防御病蟲害，也具備定時(shí)噴灑農(nóng)藥和消毒溶液的功能；由于不同植物的不同特性，本系統(tǒng)還能對(duì)液體（包括水，藥液）的流量、流速進(jìn)行控制，以適應(yīng)噴灑更均勻、有效。本系統(tǒng)采用多機(jī)串行通信方法，實(shí)

2、現(xiàn)任一點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的通信，使管理人員可以使用一臺(tái) ibm-pc 機(jī)控制其它點(diǎn)的工作。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：rs-422 單片機(jī) 串行通信iiabstractnext several dozens years, around the world, water resources contradiction day by day anxious. our countrys water resources critical shortage, and distributes is not very balanced. the agricultural water occupies the total

3、water used 80%. promotes the automated control in the agricultural irrigation, not only may alleviate the water resources critical shortage the contradiction, simultaneously may enhance the crops the output, reduces the agricultural product the cost. this article introduces a kind of system applied

4、for watering and spraying disinfectants. the system can watering automatically by judging the humidity whether its comfortable to plants in the room and can spraying disinfectants against plant diseases and insect pests. according to meet the need of pouring demand，the system can be adjusted to cont

5、rol the rate and the speed of flow. this system adopts pc to multi-single chip microcomputer serial communication network which tallies with rs-422 standard. it can achieve point to point or point to points corresponding which the jockey can take advantage of to control single chip microcomputer thr

6、ough ibm-pc.keywords:keywords:rs-422 scm serial communicationiii目 錄緒 論.10.1 選題背景.10.2 研究目的.10.3 當(dāng)前形勢.1第 1 章 系統(tǒng)方案論證與總體設(shè)計(jì) .21.1 方案論證.21.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì).2第 2 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì).32.1 濕度測量部分.32.1.1 概述.32.1.2 濕度控制的基本原理.32.1.3 感濕特性曲線.42.2 a/d 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì).92.3 微處理器 at89c51.132.4 流速控制電路設(shè)計(jì).162.4.1 數(shù)字電位器.162.5 鍵盤及顯示電路設(shè)計(jì).202.5.1 軟件設(shè)

7、計(jì).212.6 串行通信電路設(shè)計(jì).222.6.1 簡介.222.6.2 端口串行通信接口卡.232.6.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu).232.6.4 通信協(xié)議.23第 3 章 肥料、水選擇部分.263.1 施肥系統(tǒng).263.2 肥料和水的調(diào)配方法.26第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .274.1 系統(tǒng)總圖.27iv4.2 軟件設(shè)計(jì).27總 結(jié).31致 謝.32參考文獻(xiàn) .33附錄 1： .34附錄 2： .37附錄 3： .411 緒 論0.1 選題背景目前國外設(shè)施栽培技術(shù)比比較先進(jìn)的國家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)按照作物生長的最適宜生態(tài)條件，在現(xiàn)代化溫室內(nèi)實(shí)現(xiàn)作物的自動(dòng)灌溉和自動(dòng)施肥。而這一節(jié)水高效的先進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)在我國還屬于起步階

8、段，國內(nèi)在這方面雖有自主研發(fā)的自動(dòng)澆灌系統(tǒng),但技術(shù)比較簡單、落后。目前我國溫室中采用的微灌設(shè)備幾乎都是從農(nóng)業(yè)園林設(shè)施發(fā)達(dá)的歐美國家引進(jìn)。而國內(nèi)成套引進(jìn)的系統(tǒng)成本較高。0.2 研究目的灌溉自動(dòng)化是發(fā)展高效節(jié)能農(nóng)業(yè)和園藝的重要手段。由于我國水資源缺乏, 因此實(shí)現(xiàn)按需、按期、按量噴灌, 既可節(jié)省寶貴的水資源, 也可節(jié)省人工費(fèi)用, 具有較強(qiáng)的實(shí)用性。這對(duì)于貫徹黨中央的 “建設(shè)節(jié)能型社會(huì) ”的號(hào)召非常有利, 有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。0.3 當(dāng)前形勢我國現(xiàn)有近 33 萬多 hm 2 溫室大棚，主要種植各種時(shí)令蔬菜、花卉和經(jīng)濟(jì)作物，絕大多數(shù)采用傳統(tǒng)的畦灌，水的利用率只有 40，灌水定額為 4053m 立

9、方米h 平方米。進(jìn)入 90 年代，我國開始大面積推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，先后開發(fā)和引進(jìn)先進(jìn)國家的溫室灌溉設(shè)備（主要是滴灌、微灌和與之相配套的設(shè)備） ，促進(jìn)了我國溫室大棚節(jié)水灌溉設(shè)備的生產(chǎn)和應(yīng)用。大城市郊區(qū)已開始大面積推廣溫室大棚滴灌設(shè)備，灌水定額僅為 20 多立方米平方米，節(jié)水效果十分明顯，增產(chǎn)0.21.0 倍，提高了作物的品質(zhì)，節(jié)省勞力，為發(fā)展工廠化農(nóng)業(yè)奠定了基礎(chǔ)。2第 1 章 系統(tǒng)方案論證與總體設(shè)計(jì)1.1 方案論證 本文介紹一套用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)灌溉、自動(dòng)施肥及營養(yǎng)液濃度自動(dòng)控制的微灌系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠按作物所需灌溉水量、施肥量自動(dòng)灌溉、施肥及按作物所需營養(yǎng)液濃度自動(dòng)進(jìn)行營養(yǎng)液的混合。并且可以通過

10、用戶界面輸入控制指令、監(jiān)控系統(tǒng)工作、查詢系統(tǒng)信息等。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉。1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 現(xiàn)代化微灌系統(tǒng)中農(nóng)作物所需要養(yǎng)分來自營養(yǎng)液，所以在灌溉過程中不但要根據(jù)作物需求灌溉水，還要將是以作物生長的一定濃度的營養(yǎng)液通過灌溉水提供給作物。系統(tǒng)由單片機(jī)控制器、灌溉管路、檢測系統(tǒng)等幾部分組成。 當(dāng)注水泵 1 運(yùn)行時(shí)，管道 1 中的灌溉水在穩(wěn)壓閥的作用下以恒定壓力流動(dòng)，這樣灌溉水量就與灌溉時(shí)間成正比。其中大部分灌溉水流經(jīng)管道 2 流向灌溉水（如微噴頭、滴灌器等）完成作物的灌溉。在每個(gè)灌溉支路上裝有一個(gè)電磁閥，當(dāng)某種作物需要灌溉時(shí)，則打開該支路上的控制電磁閥。當(dāng)混合罐中的水位達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，液位控制

11、閥關(guān)閉管道 3 與混合罐之間的通道。需要施加營養(yǎng)液時(shí)，打開通往混合罐的電磁閥即可。將傳感器安裝在水泵出水口的好處是經(jīng)過水泵后水與液肥能夠進(jìn)一步的混合，以提高檢測精度。3第 2 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2.1 濕度測量部分2.1.12.1.1 概述概述濕度是電子、化工、電力、機(jī)械制造等行業(yè)重要的檢測參數(shù) 。 由于濕度傳感的非線性輸出及一致性較差，使?jié)穸鹊臏y量方法和手段相對(duì)復(fù)雜，而且濕度傳感器的特性又與溫度密切相關(guān)，溫度變化直接影響傳感器參數(shù)特性變化，因此濕度測量比其他物理量測量要復(fù)雜，控制難度大。目前國內(nèi)對(duì)于濕度大多數(shù)設(shè)備屬于只測不控 ,或采用簡單的開關(guān)控制，精度低、誤差大、能耗高，往往不能滿足工藝

12、要求。 針對(duì)上述問題，該文設(shè)計(jì)了一套基于新型單片機(jī) at89c51 為核心器件，高精度的傳感器作為檢測元件，液晶圖形顯示作為人機(jī)界面，控制算法優(yōu)良的高精度、低成本自動(dòng)控制系統(tǒng)。2.1.22.1.2 濕度控制的基本原理濕度控制的基本原理濕度是表示空氣中水蒸汽的含量的物理量，常用絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、露點(diǎn)等表示。所謂的絕對(duì)濕度就是單位體積空氣內(nèi)所含的水蒸汽的質(zhì)量，也就是指空氣中水蒸汽的密度。一般用一立方米空氣中水蒸汽的克數(shù)表示，即為： vmhva式中， 是待測空氣中水蒸汽的質(zhì)量，v 為待測空氣的體積。單位為 g/m 。mv3相對(duì)濕度是表示空氣中實(shí)際所含水蒸汽的分壓（pw）和同溫度下飽和水蒸汽的分壓（

13、pn）的百分比，即為： rhpphtnwt%100*)/(通常，用 rh%表示相對(duì)濕度。當(dāng)溫度和壓力變化時(shí)，因飽和水蒸汽變化，所以氣體中的水蒸汽氣壓即使相同，其對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度也會(huì)發(fā)生變化。日常生活所說的空氣濕度，實(shí)際上說的就是相對(duì)濕度。濕度高的氣體，含水蒸汽越多。若將其氣體冷卻，即使其中所含水蒸汽量不變，相對(duì)濕度將逐漸增加，增到某一個(gè)溫度時(shí)，相對(duì)濕度達(dá) 100%，呈飽和狀態(tài)，再冷卻時(shí)，蒸汽的一部分凝聚成露，于是我們把這個(gè)溫度稱之為露點(diǎn)溫度。即空氣在氣壓不變下為了使其所含水蒸汽達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)所必須冷卻到的溫度稱為露點(diǎn)溫4度。氣溫和露點(diǎn)溫度的差越小，表示空氣越接近飽和。2.1.32.1.3 感濕特

14、性曲線感濕特性曲線感濕特性曲線是指濕敏傳感器的感濕特性量隨環(huán)境濕度的變化曲線。圖 21是典型 tio -v o 濕敏傳感器的感濕特性曲線，該曲線反映出相應(yīng)傳感器的最佳225使用范圍及靈敏度的高低。圖 21 典型 tio -v o 濕敏傳感器的感濕特性曲線225靈敏度：由于大多數(shù)濕敏傳感器的感濕特性曲線是非線性的，在不同的濕度范圍內(nèi)具有不同的斜率，故目前多用傳感器在不同環(huán)境濕度下的濕度特征量之比來表示其靈敏度。a）測濕量程這是指濕敏傳感器能夠比較精確測量環(huán)境濕度的最大范圍。b）響應(yīng)時(shí)間當(dāng)環(huán)境濕度改變時(shí)，濕度傳感器完成吸濕或者脫濕以及動(dòng)態(tài)平衡（感濕特征量達(dá)到穩(wěn)定值）過程所需要的時(shí)間，稱為響應(yīng)時(shí)間。

15、感濕特征量的變化滯后與環(huán)境濕度的變化，這種現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。實(shí)際多采用 63。2%或者 90%響應(yīng)時(shí)間，即感濕特征量的改變量達(dá)到總改變量的 63.2%或者 90%所需要的時(shí)間。圖 2-2 表示出了典型的 k o-fe o 濕敏傳感器的響223應(yīng)特性曲線。106105104相對(duì)濕度/ %rh8010060400205圖 2-2 表示出了典型的 k o-fe o 濕敏傳感器的響應(yīng)特性曲線223c）溫度系數(shù)這是指在感濕特征量的條件下，環(huán)境相對(duì)濕度的變化率。對(duì)于相對(duì)濕敏傳感器而言，單位是%rh/ c。0d）濕滯回差一般情況下，濕敏傳感器在吸濕和脫濕過程中的兩條曲線不相重合，而是形成一閉合的濕滯回線，如

16、下圖 2-3。濕滯回差是指濕滯回線上對(duì)應(yīng)同一感濕特征量值下，環(huán)境濕度的最大差值。100110104105106107時(shí)間/s6圖 2-3 濕滯回差示意圖集成濕度傳感器集成濕度傳感器的測量范圍一般可達(dá)到 0100%。但有的廠家為保證精度指標(biāo)而將測量范圍限制為 10%95%。設(shè)計(jì)+3.3v 低壓供電的濕度/溫度測試系統(tǒng)時(shí)，可選用 sht11、sht15 傳感器。這種傳感器在測量階段的工作電流為 550a，平均工作電流為 28a（12 位）或 2a（8 位） 。上電時(shí)默認(rèn)為休眠模式（sleep mode） ，電源電流僅為 0.3a（典型值） 。測量完畢只要沒有新的命令，就自動(dòng)返回休眠模式，能使芯片功

17、耗降至最低。此外，它們還具有低電壓檢測功能。當(dāng)電源電壓低于+2.45v0.1v 時(shí)，狀態(tài)寄存器的第 6 位立即更新，使芯片不工作，從而起到了保護(hù)作用。濕度傳感器的溫度系數(shù) 濕敏元件除對(duì)環(huán)境濕度敏感外，對(duì)溫度亦十分敏感，其溫度系數(shù)一般0.20.8%rh/范圍內(nèi)，而且有的濕敏元件在不同的相對(duì)濕度下，其溫度系數(shù)又有差別。溫漂非線性，這需要在電路上加溫度補(bǔ)償式。采用單片機(jī)軟件補(bǔ)償，或無溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葌鞲衅魇潜ＷC不了全溫范圍的精度的，濕度傳感器溫漂曲線的線性化直接影響到補(bǔ)償?shù)男Ч?，非線性的溫漂往往補(bǔ)償不出較好的效果，只有采用硬件溫度跟隨性補(bǔ)償才會(huì)獲得真實(shí)的補(bǔ)償效果。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數(shù)。

18、多數(shù)濕敏元件難以在 40以上正常工作。 相對(duì)濕度/ %rh脫濕吸濕10210810020401041067 ih-3605 是一種電容式集成濕敏傳感器，主要性能參數(shù)如下：v+=5v；t =25ac；精度2%rh（0%到 100%rh） ；互換性5%rh（0%到 60%） ，8%rh（90%rh）典0型值；線性度0.5%rh（典型值） ；遲滯1.2%rh(全量程)；響應(yīng)時(shí)間慢流動(dòng)空氣中為 30s；工作電壓范圍 4-9v，標(biāo)定時(shí)的工作電壓為 5v；工作電流為 200a，工作電壓時(shí)為 9v 時(shí)，工作電流為 2ma；輸出電壓 5v 工作電壓時(shí)為 0.8-4v（典型值） ，其他工作電壓時(shí)，輸出電壓與工作

19、電壓成正比；工作溫度范圍-40 到+85 c。溫度0補(bǔ)償可按下式計(jì)算，即 真實(shí) rh 值=傳感器 rh 值/（1.0546-0.00216t） 式子中，t 為環(huán)境溫度（ c） 。0例如，環(huán)境溫度為 85 c 時(shí)，濕敏傳感器輸出電壓為 3.05v，則其真實(shí)的輸出電壓0值應(yīng)如下計(jì)算，即，真實(shí) rh 值=3.05v/（1.0546-0.00216*85）=4.02v 。出廠時(shí)，每個(gè)濕敏集成傳感器有兩個(gè)已經(jīng)標(biāo)定的數(shù)據(jù)，即 0%rh 的輸出電壓值和75%rh 的輸出電壓值。由于該傳感器有極好的線性度，所以可以根據(jù)上述兩個(gè)標(biāo)定點(diǎn)畫出整個(gè)濕度特性，如下圖 24。使用時(shí)可以按這兩個(gè)點(diǎn)的電壓對(duì)電路進(jìn)行檢測、調(diào)整

20、，不必再對(duì)濕度進(jìn)行標(biāo)定。圖 24 溫度系數(shù)示意圖25 c 時(shí)，0%rh=0.958v0 75%rh=3.268v58060相對(duì)濕度/ %r出電壓8ih-3605 可以直接接 0 到 5v 直流電壓表構(gòu)成制度檢測儀表，由于沒有濕度補(bǔ)償，但精度稍差。電路硬件圖中的一部分是帶溫度補(bǔ)償濕敏電路。在 0%到 100%rh時(shí)相應(yīng)輸出 0 到 10v。ih-3605 的輸出信號(hào)經(jīng)過集成運(yùn)放 a 處理，使在 0%rh 時(shí)輸1出為 0v；25 c 時(shí)，100%rh 的輸出為 10v。pt100 鉑電阻為溫度傳感器，經(jīng)過集成0運(yùn)放 a 放大，輸出與溫度成比例的信號(hào)。pt100、rp 、r

21、 及 r 構(gòu)成電橋，集成2312運(yùn)放 a 的輸出提供其工作電壓，以滿足圖 25 所示的補(bǔ)償特性。a 為加法器，13將濕度放大后的信號(hào)及溫度補(bǔ)償信號(hào)（取自 rp ）相加，其輸出電壓即是經(jīng)過溫4度補(bǔ)償?shù)妮敵鲭妷骸穸葴y量電路如圖 26圖 25 溫度補(bǔ)償特性補(bǔ)償量85 c025 c08060108相對(duì)濕度/ %rh061002040249d d d d d d k k k k k 3 k k k 0 k k a c 圖 26 濕度測量電路2.2 a/d 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)雙積分式 a/d 轉(zhuǎn)換器常采用動(dòng)態(tài)輸出的方法，我們可以通過三態(tài)緩沖器把它的輸出數(shù)據(jù)線與 cpu 的數(shù)據(jù)總線相連接，然后根據(jù)動(dòng)態(tài)輸出的時(shí)序

22、將其逐位讀入。mc14433 是 3 1/2 位的雙積分式 a/d 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度每秒 110 次，量程為 1.999v 或 199.9mv，以 bcd 碼的形式輸出，其邏輯符號(hào)如圖 2-7 所示。10圖 2-7 mc14433 的邏輯符號(hào)mc14433 的數(shù)據(jù)信號(hào)有：ds1ds4 多路選通脈沖輸出，ds1 為千位，ds4 為個(gè)位。q0q3 bcd 碼輸出。-or 過量程標(biāo)志輸出，當(dāng)|vx|vr 時(shí)，-or 為低電平。du 更新轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出。eoc 轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)志。與模擬輸入有關(guān)的信號(hào)有：r1，r1c1，c1 外接積分電阻與電容。在量程為 2v 時(shí)，r1=470k，c1=0.1f 。量程

23、為 200mv 時(shí)，r1=27k，c1=0.1f 。c01，c02 補(bǔ)償電容，0.1f 。clk0，clk1 時(shí)鐘振蕩器外接電阻、典型值為 470 k，電阻加大，時(shí)鐘頻率降低。vr 基準(zhǔn)電壓輸入端，選 2.0v 或 200mv。vx 被測電壓輸入端。vag 被測電壓，基準(zhǔn)電壓接地端。vdd，vss，vee 正負(fù)電源及接地端。圖 2-8 為輸出選通脈沖的時(shí)序圖。11圖 2-8 mc14433 輸出選通脈沖時(shí)序圖在 ds1 有效時(shí)輸出千位數(shù)據(jù)，ds4 有效時(shí)輸出個(gè)位數(shù)據(jù)。每個(gè)選通脈沖寬度為 18 個(gè)時(shí)鐘周期。兩個(gè)相鄰脈沖之間的間隔為 2 個(gè)時(shí)鐘周期。dsl 有效時(shí)輸出的千位數(shù)據(jù)的含義如下：q3 位

24、表示千位，如 q3=1，則千位為0，如 q3=0，則千位為 1。q2 位表示極性，q2=1 表示輸入電壓為正，反之為負(fù)。q0 位=1 時(shí)表示超出量程范圍，在 q0=1 時(shí)為欠量程，q0=0 時(shí)為過量程。mc14433 可通過 74ls244 與 cpu 的數(shù)據(jù)總線相連，其連接方法如圖 2-9 所示。12圖 2-9 mc14433 接口將 du 與 eoc 相連，這樣每次 a/d 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，數(shù)據(jù)都被更新。eoc 信號(hào)還可作為中斷申請信號(hào)，在轉(zhuǎn)換結(jié)束后申請中斷。中斷響應(yīng)后即可讀入數(shù)據(jù)，根據(jù)輸出選通脈沖的時(shí)序，先用查詢方法判斷是否為 ds1 有效。若是 ds1 有效，則按q0，q2，q3 來決定是

25、否超量程、信號(hào)的極性及千位為 1 還是 0。然后等待 ds2 周期，讀入百位數(shù)的 bcd 碼。在 ds3、ds4 周期內(nèi)分別讀入十位和個(gè)位的 bcd 碼。讀入數(shù)據(jù)的程序流程圖如圖 2-10 所示。13圖 2-10 讀入數(shù)據(jù)的程序流程圖2.3 微處理器 at89c51at89c51 是一種帶 4k 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能 cmos8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。at89c2051 是一種帶 2k 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反

26、復(fù)擦除 100 次。該器件采用 atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 mcs-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 cpu 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel 的 at89c51是一種高效微控制器，at89c2051 是它的一種精簡版本。at89c 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖 2-11 所示14圖 2-11 at89c51 的引腳排列圖主要特性： 與 mcs-51 兼容 4k 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000 寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年 全靜態(tài)工作：0hz-24mhz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128

27、8 位內(nèi)部 ram 32 可編程 i/o 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路管腳說明： vcc：供電電壓。 gnd：接地。ea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30txd11rxd15 p0 口：p0 口為一個(gè) 8 位漏

28、級(jí)開路雙向 i/o 口，每腳可吸收 8ttl 門電流。當(dāng) p1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 fiash 編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng) fiash 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0 輸出原碼，此時(shí) p0 外部必須被拉高。 p1 口：p1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 口緩沖器能接收輸出 4ttl 門電流。p1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，p1 口作為第八位地址接收。 p2 口：p

29、2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) ttl 門電流，當(dāng) p2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 p3 口：p3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 i/o 口，可接收輸出

30、 4 個(gè)ttl 門電流。當(dāng) p3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3 口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3 口也可作為 at89c51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /int0（外部中斷 0） p3.3 /int1（外部中斷 1） p3.4 t0（記時(shí)器 0 外部輸入） p3.5 t1（記時(shí)器 1 外部輸入） p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） p3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制

31、信號(hào)。16 rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 rst 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ale 脈沖。如想禁止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址上置 0。此時(shí)， ale只有在執(zhí)行 movx，movc 指令是 ale 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀

32、態(tài) ale 禁止，置位無效。 /psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /ea/vpp：當(dāng)/ea 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)，/ea 將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 flash 編程期間，此引腳也用于施加 12v 編程電源（vpp）。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性: x

33、tal1 和 xtal2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.4 流速控制電路設(shè)計(jì)2.4.12.4.1 數(shù)字電位器數(shù)字電位器數(shù)字電位器也稱為數(shù)控電位器，是一種用數(shù)字信號(hào)控制其阻值改變的器件(集成電路)。字電位器與機(jī)械式電位器相比，具有可程控改變阻值、耐震動(dòng)、噪聲小、壽命長、抗環(huán)境污染等重要優(yōu)點(diǎn)，因而，已在自動(dòng)檢測與控制、智能儀器儀表、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等許多重要領(lǐng)域得到成功應(yīng)用。

34、但是，數(shù)字電位器額定阻值誤17差大、溫度系數(shù)大、通頻帶較窄、滑 動(dòng)端允許電流小 (一般 13ma)等，這在很大程度上限制了它的應(yīng)用。數(shù)字電位器取消了活動(dòng)件，是一個(gè)半導(dǎo)體集成電路。其優(yōu)點(diǎn)為：調(diào)節(jié)精度高；沒有噪聲，有極長的工作壽命；無機(jī)械磨損；數(shù)據(jù)可讀寫；具有配置寄存器及數(shù)據(jù)寄存器；多電平量存儲(chǔ)功能，特別適用于音頻系統(tǒng)；易于軟件控制；體積小，易于裝配。它適用于家族影院系統(tǒng)，音頻還繞控制，音響功放和有線電視設(shè)備等。 設(shè)計(jì)原理x9241 內(nèi)部包括一個(gè) i2c 接口和四個(gè)數(shù)字電位器。每個(gè)數(shù)字電位器由電阻陣列及與之對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)端計(jì)數(shù)寄存器 wcr、四個(gè) 8 位數(shù)據(jù)寄存器 r0r3等部分構(gòu)成。其引腳配置如（附

35、錄圖 2）所示。a)電阻陣列每個(gè)電阻陣列由 63 個(gè)串聯(lián)連接的分立的電阻段組成。每個(gè)電阻陣列的物理終端等效于機(jī)械電位器的固定端（vh和 vl輸入端）。每個(gè)陣列的 vh和 vl以及每個(gè)電阻段之間的接點(diǎn)（即抽頭）通過 fet 開關(guān)連接滑動(dòng)輸出端 vw；而滑動(dòng)端 vw在電阻陣列中的位置由 wcr 控制。如果將四個(gè)電阻陣列中的兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè)串聯(lián)起來可構(gòu)成 127、190 或 253 個(gè)抽頭的數(shù)字電位器。 x9241 電位器電阻陣列的阻值種類根據(jù)后綴的不同而不同。當(dāng)分別為 y、w、u 時(shí)，則電阻陣列分別為四個(gè)2k、四個(gè) 10k、四個(gè) 50k 的數(shù)字電位器；而當(dāng)為 m 時(shí)，其內(nèi)部四個(gè)數(shù)字電位器阻值分別為

36、 2k、10k、10k、50k。b)滑動(dòng)端計(jì)數(shù)寄存器 wcr滑動(dòng)端計(jì)數(shù)寄存器 wcr 實(shí)際上是一個(gè) 6 位帶有譯碼輸出的計(jì)數(shù)器，用來實(shí)現(xiàn)選擇六十四選一的 fet 開關(guān)的位置，即控制滑動(dòng)端在電阻陣列中的位置。wcr 是一種易失性存貯器，其內(nèi)容可通過指令改寫，上電時(shí)裝入數(shù)據(jù)寄存器 r0的內(nèi)容（注意：此值可能與斷電時(shí)的值不同）。c)數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容可由用戶讀出或?qū)懭耄鋬?nèi)容可傳輸?shù)交瑒?dòng)計(jì)數(shù)寄存器wcr 以設(shè)置滑動(dòng)端的位置。每個(gè)數(shù)字電位器有四個(gè) 8 位非易失性數(shù)據(jù)寄存器r0r3。d)串行接口18x9241 支持 i2c 串行雙向總線的定向規(guī)約：實(shí)際應(yīng)用時(shí) x9241 為從器件，由主機(jī)啟動(dòng)數(shù)據(jù)

37、的傳輸，并為發(fā)送和接收操作提供時(shí)鐘。數(shù)據(jù)線 sda 和時(shí)鐘線 scl 的信號(hào)間關(guān)系（起始條件、終止條件及應(yīng)答條件）見圖 3-1。器件尋址及指令結(jié)構(gòu)a)器件尋址 在起始后，主器件輸出它所要訪問的從器件地址，該地址的格式如下： 對(duì)于 x9241 來說，這個(gè)地址的高 4 位固定為：0101，低 4 位由物理的器件地址 a0a3 輸入端狀態(tài)決定。這樣，x9241 把串行數(shù)據(jù)流與地址輸入端的狀態(tài)進(jìn)行比較，若所有位都比較成功，則該器件在總線上作出一個(gè)應(yīng)答響應(yīng)。b)指令結(jié)構(gòu)主器件在發(fā)送完起始條件及器件地址，且從器件作出應(yīng)答之后，送到 x9241 的下一個(gè)字節(jié)包括指令及寄存器指針的信息。其格式如下： 其中低

38、4 位中前兩位（r0 和 r1）指出四個(gè)寄存器中的一個(gè)，后兩位（p0 和p1）選擇四個(gè)電位器中的哪一個(gè)；高 4 位決定指令，x9241 共有 9 條指令見（附錄表 1） 。9 條指令中包括四條兩字節(jié)指令，四條三字節(jié)指令和一條增加/減少指令。 兩字節(jié)指令：這四條兩字節(jié)指令用作在 wcr 與數(shù)據(jù)寄存器中的一個(gè)之間交換數(shù)據(jù)；這種傳輸可以發(fā)生在四個(gè)電位器之一與它們的一個(gè)輔助寄存器之間，或全局性地發(fā)生在所有四個(gè)電位器與它們的一個(gè)輔助寄存器之間；操作時(shí)序見圖 2-12（a） 。 三字節(jié)指令：這四條指令是在主機(jī)和 x9241 之間傳輸數(shù)據(jù)，無論是主機(jī)與一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器或是主機(jī)直接與 wcr 間都可以；這些指令

39、是讀、寫 wcr（即讀出、寫入選定電位器的當(dāng)前滑動(dòng)端的位置）或讀、寫數(shù)據(jù)寄存器（即讀出、寫入選定的非易失性寄存器的內(nèi)容） ；操作時(shí)序見圖 2-12（b） 。 增加/減少指令：這條指令與其它的指令不同，一旦這條指令發(fā)出且 x9241已用一個(gè)應(yīng)答來響應(yīng)后，主機(jī)才能夠以時(shí)鐘來觸發(fā)選定的滑動(dòng)端升或降一個(gè)電阻19段；這個(gè)操作的命令時(shí)序見圖 2-12（c） 。圖 2-12 三種時(shí)序圖電位器的內(nèi)部金結(jié)構(gòu)圖 2-13 是 x9241 與單片微機(jī)之間的一種有代表性的連接，在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用 i2c 總線數(shù)字電位器可以收到降低成本、簡化電路的效果；然而在數(shù)字電位器帶來硬件設(shè)計(jì)簡化的同時(shí)，卻增加了軟件的工作

40、量，原因是對(duì)其訪問需要一套嚴(yán)格而復(fù)雜的操作；假如有了接口程序模塊，使用 i2c 總線數(shù)字電位器就很方便了。為此，本文給出筆者已成功應(yīng)用的 i2c 總線數(shù)字電位器與 mcs 系列單片機(jī)的接口程序模塊，讀者幾乎不需改動(dòng)就可采用;該程序模塊略加修改還可用于串行 e2pr0 讀寫。 x9241sclsdaa3a2a1a0+5v89c51 p1.4p1.520圖 2-13、89c51 與 x9241 的典型連接方法在圖 2-8 的連接中，單片機(jī)的時(shí)鐘為 6mhz。由于只連接一片 x9241 數(shù)字電位器，則地址 a3a2a1a0=0000，故 x9241 的器件地址固定為 50h。調(diào)用時(shí)將直接位 02h

41、用作滑動(dòng)端的增減位，命令字節(jié)放 30h 單元，要寫入的數(shù)據(jù)放 32h 單元；程序執(zhí)行結(jié)束將讀出的數(shù)據(jù)放 31h 單元。2.5 鍵盤及顯示電路設(shè)計(jì)以基于單片機(jī)的醫(yī)療設(shè)備控制系統(tǒng)中的鍵盤顯示模塊為例，該模塊中hd7279a 器件與單片機(jī) at89c52 只有 3 條線相連，如圖 4 所示，其中 3 引腳插座j1 是單片機(jī) at89c52 與 hd7279a 的連接線占用單片機(jī)的 3 條 i0 端口線：p17clk 是單片機(jī)產(chǎn)生的控制同步時(shí)鐘，p16cs 是 hd7279a 的片選線；p15/data 是命令數(shù)據(jù)輸出輸入線。鍵盤中斷線 key 懸空，cs 端由單片機(jī)控制是基于省電考慮，也可接地。hd

42、7279a 器件控制 4 個(gè) led 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，并監(jiān)測 16 鍵鍵盤。clk 時(shí)鐘頻率約 100 khz，由單片機(jī)編程延時(shí)決定。在 clk 的同步時(shí)鐘作用下，控制命令、顯示數(shù)據(jù)以及采用查詢方式讀取鍵盤鍵值代碼數(shù)據(jù)等均由 data 端輸入輸出。采用查詢方式讀取鍵值代碼可節(jié)省一條單片機(jī)的 i0 端口線，但需占用較多軟件資源，由于該實(shí)例中單片機(jī)的任務(wù)并不復(fù)雜，因此每間隔 30 ms 讀取一次鍵值代碼。 圖 4 中 dig4dig7 既是 4 位共陰式數(shù)碼管位選控制線，又是鍵盤列掃描線。ssassg,sdp 共 8 條線是 4 位數(shù)碼管的段選控制線，分別通過 200 的限流電阻與 hd7279a

43、 器件的 sasg，dp 相連接，其中 ssdssg 同時(shí)為鍵盤的行掃描線。排電阻 rx1 是 8lo k 的下拉電阻，不可省去。連接到 hd7279a 器件 rc 端的振蕩電路中，電阻 r13=15 k，電容 c2=15 pf 都是必須的，且 r13 在 12 k 的21阻值范同內(nèi)變化，c2 在 10p20 pf 范圍內(nèi)變化時(shí)，該電路均能穩(wěn)定工作，而在此范圍之外有可能導(dǎo)致 led 意外閃爍或響應(yīng)鍵盤不靈敏，需要注意的是 r13 與 c2必須盡量靠近 hd7279a 器件的 rc 端放置，以防止相互干擾。cl=100f，為濾波電容，有利于降低 led 大電流工作對(duì)電源的沖擊。ldlld4 選用

44、 4 位獨(dú)立共陰式高亮度數(shù)碼管 led，hd7279a 采用動(dòng)態(tài)掃描方式控制 led 的顯示，因此應(yīng)該將 4 位不顯示位全部消隱，進(jìn)一步提高亮度。為了使 4 位 led 全亮并保證足夠的亮度，整個(gè)顯示模塊的工作電流降低到 50 ma，可以將 8 個(gè)限流電阻增大到 250270。需要注意的是 hd7279a 不具有雙鍵鎖定功能，因此在需要雙鍵鎖定功能的應(yīng)用場合，可利用另外的單片機(jī)的 io 線與 hd7279a 器件聯(lián)合判定 由于 hd7279a 與單片機(jī)采用串行接口(最少 2 線)，對(duì)鍵盤的行列監(jiān)控掃描線與顯示控制的位選段選線共用，外圍元件少，元件取值范圍較寬，工作電流較小，工作穩(wěn)定可靠，因此接

45、口電路設(shè)計(jì)簡單簡潔，操作方便，性價(jià)比極高。2.5.12.5.1 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)針對(duì)圖 4 中的鍵盤顯示模塊，給出了圖 2-14 所示的軟件編程流程圖。常規(guī)任22務(wù)是指單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)需要執(zhí)行的其他任務(wù)，一次執(zhí)行時(shí)間不超過 20 ms；顯示任務(wù)是指單片機(jī)發(fā)送給 hd7279a 器件的顯示或控制命令，執(zhí)行時(shí)間不超過 5 ms；鍵盤一次按下保持時(shí)間一般在 60 ms 以上，而定時(shí)讀取鍵值代碼的時(shí)間間隔大約為 30 ms，因此只要合理安排軟件執(zhí)行時(shí)序，則常規(guī)任務(wù)、顯示任務(wù)和鍵盤操作就不會(huì)產(chǎn)生任何沖突，而且不會(huì)漏掉任何一次按鍵動(dòng)作。常規(guī)任務(wù)與顯示管理系統(tǒng)初始化有按鍵?讀鍵值代碼鍵值代碼=0ffh?執(zhí)行按

46、鍵功能ynyn圖 2-14 軟件編程流程圖2.6 串行通信電路設(shè)計(jì)2.6.12.6.1 簡介簡介在數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控管理及集散控制、尤其是多從機(jī)的集散控制等工業(yè)過程中，通常都要求集中控制室能夠?qū)ΜF(xiàn)場的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，以使各系統(tǒng)間可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高速地進(jìn)行通信。而串行通信方式是計(jì)算機(jī)之間經(jīng)常使用的一種有效通信手段。由于它具有高效、可靠等特點(diǎn)，同時(shí)又遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。 利用通用串行通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信一般采用 rs232 口來進(jìn)行。在分布式監(jiān)測系統(tǒng)中，為了和多處理機(jī)進(jìn)行通信，往往要用到超過 4 個(gè)以上的串行通信口，23但一般 pc 機(jī)只提供兩個(gè) rs232 標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口。因此

47、，在集散式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中往往需要使用多端口卡來擴(kuò)展串行端口數(shù)。本文著重研究使用多串行口進(jìn)行多處理機(jī)通信的硬件原理和軟件設(shè)計(jì)方法。2.6.22.6.2 端口串行通信接口卡端口串行通信接口卡 c168p 是 moxa 公司生產(chǎn)的八端口串行通信接口板，它擴(kuò)展了 8 路串行通信端口，是一個(gè)可用于 pcat 總線的多端口的串行通信卡。該通信接口板采用 asic芯片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 ics 芯片，其傳輸速度范圍可達(dá)到 50bps1152bps，同時(shí)它還支持 rs232 標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)。它的 8 個(gè)端口可以分配給不同的中斷向量或同一中斷向量。另外，moxa 公司還提供了在 microsoft win32 api

48、函數(shù)下開發(fā)的 pcomm軟件庫，該軟件庫可用于上層多進(jìn)程或多線程串行通信的軟件開發(fā)，適用于vb、vc、delphi 等高級(jí)語言軟件開發(fā)環(huán)境。由于該串行通信接口板性能優(yōu)良，使用方便，所以被廣泛應(yīng)用于多端口串行通信中。該卡的具體設(shè)置如表 1 所列。 2.6.32.6.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)該通信系統(tǒng)采用 89c51 單片機(jī)作為下位機(jī)，而以工業(yè)控制 pc 機(jī)作為上位主機(jī)。下位機(jī)和上位機(jī)之間通過 rs232 串行口以半雙工方式進(jìn)行通信。由于rs232 電平的最大通信距離只有 15m，因此遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集對(duì)距離的要求。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，筆者自制了一塊可將 rs232c 電平轉(zhuǎn)換成rs485 電

49、平的八路電平轉(zhuǎn)換板，并在單片機(jī)端采用了可將 rs485 電平轉(zhuǎn)換成ttl 電平的電平轉(zhuǎn)換芯片 max1483。由于該系統(tǒng)采用了平衡發(fā)送和差分接收電路，因而能檢測低達(dá) 200mv 的電壓，從而使最大通信距離可達(dá)到 1200m，并在總線上最多可掛接 256 個(gè)收發(fā)器。該系統(tǒng)的單路通信電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示，其它七路與此類同。242.6.42.6.4 通信協(xié)議通信協(xié)議 在 pc 機(jī)與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)編程通信之前，兩者之間需要規(guī)定握手協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)收發(fā)的正確性。在本系統(tǒng)中，pc 機(jī)與單片機(jī)應(yīng)采用同樣格式的通信協(xié)議。其協(xié)議格式如表 2 所列。 表 2 中 id0、id1 為兩個(gè)字節(jié)地址碼，它們的內(nèi)容相

50、同，代表各從機(jī)地址。q為特征字符，表明是否為數(shù)據(jù)幀。com0 位是主機(jī)向從機(jī)發(fā)送的命令 1。而 com1 位則是主機(jī)向從機(jī)發(fā)送的命令 2。實(shí)際上，命令 1 與 2 可以相同?！叭铡蔽挥糜诖娣湃掌谧止?jié)?！皵?shù)據(jù)字節(jié)區(qū)”用來存放從機(jī)回送給主機(jī)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)共 11 個(gè)字節(jié)；“月”位用于存放月字節(jié)；“年”用來存放年字節(jié)；“校和 1”表示從 018求和的結(jié)果；而“校和 2”則表示從 019 的求和結(jié)果。 2.6.52.6.5 編程方法編程方法 上位 pc 機(jī)編程 在 win9x 操作系統(tǒng)提供的串行通信驅(qū)動(dòng)程序的基礎(chǔ)上，可利用 windows api函數(shù)來實(shí)現(xiàn)串行口的編程。但在本系統(tǒng)中，可用 vc60 作

51、為編程環(huán)境，并利用 moxa 公司提供的 pcomm 軟件庫來實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)的采集。它把 win32 api 封裝在自己的軟件包內(nèi)，因而可簡化編程步驟，并縮短編程時(shí)間。pcomm 對(duì)串口進(jìn)行編程通信通常涉及下面的四個(gè)處理過程： （1）打開一個(gè)要通信的串行端口； （2）配置串口；25 （3）通過串口收發(fā)數(shù)據(jù)； （4）釋放串口。 其函數(shù)形式如下： (1) sio_open(plrt);(2)sio_ioctl(port,b38400,p_nonebit_8stop_1); /*port control*/(3)sio_write(port,“abcde”,5); /* output data fun

52、ction*/ sio_read(port,ibuf,length); /* input data function*/(4)sio_close(port); /*port control,disable the port*/下位89c51的串行通信編程由于89c51串行口共有四種工作方式，而多處理機(jī)通信必須工作在方式2或方式3，方式2的波特率為fosc64或fosc32，而方式3的波特率則可以變化。在89c51利用串行控制寄存器scon中的sm2和rb8來實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信時(shí)，首先應(yīng)使下位機(jī)開串行中斷并設(shè)定所有下位機(jī)的sm2位為1，而上位機(jī)則發(fā)送rb8為1的地址幀，這樣，所有的89c51都會(huì)響應(yīng)并

53、進(jìn)入串行中斷服務(wù)程序，同時(shí)在中斷服務(wù)程序中與本機(jī)地址進(jìn)行比較，如果是上位機(jī)所選擇的地址，此地址的下位機(jī)則置sm2為0，如果不是上位機(jī)所選擇的地址，則退出中斷，以使sm2繼續(xù)為1。然后再由上位機(jī)發(fā)送rb8為0的數(shù)據(jù)命令幀，以使sm2為0的89c51發(fā)生響應(yīng)，并將上位機(jī)所需的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)。以此來實(shí)現(xiàn)pc機(jī)利用多端口對(duì)多處理機(jī)的串行通信。第 3 章 肥料、水選擇部分3.1 施肥系統(tǒng)1. 實(shí)際施肥系統(tǒng)原理如圖3-1所示。26圖3-1 施肥系統(tǒng)原理圖由圖4-1可見，流量控制系統(tǒng)由清水泵、主閥、施肥閥、泄水閥等受控設(shè)備及過濾器、管道等輔助設(shè)備組成。圖中，肥料的濃度值已為配制好的最終肥料濃度。3.2 肥

54、料和水的調(diào)配方法通常情況下控制肥料、睡有兩種方法。第一種是簡單地肥料、清水憑經(jīng)驗(yàn)直接注入溫室，這種方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，且控制效果基本上依靠配肥者的經(jīng)驗(yàn)，誤差較大。另一種是采用電磁閥控制清水和肥料流量。電磁閥屬于雙位控制閥門，只有開和關(guān)兩種極限狀態(tài)，通過大棚內(nèi)肥料濃度傳感器和濕度傳感器來控制電磁閥的開關(guān)。其優(yōu)點(diǎn)是控制精度較高，成本低，容易實(shí)現(xiàn)，基本符合溫室需要，比較理想。 藥液到噴頭壓力泵（由繼電開關(guān)控制）繼電開關(guān)（常通）繼電開關(guān)(常閉)水27第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)總圖系統(tǒng)初始化溫度設(shè)定？濕度設(shè)定？濕度采樣數(shù)字濾波溫度采樣等于溫控值？加熱器停止工作數(shù)字濾波等于濕控值？顯示當(dāng)前溫濕度值加

55、濕器停止工作濕控及上、下限值溫控及上、下限值超出范圍？加熱器維持原態(tài)控制加熱器狀態(tài)語音報(bào)警超出范圍？控制加濕器狀態(tài)加濕器維持原點(diǎn)語音報(bào)警yynnnynyynn4.2 軟件設(shè)計(jì) 現(xiàn)代控制系統(tǒng)的用戶界面趨向于圖形化 、多媒體化。 實(shí)時(shí)過程中的測控?fù)?jù)經(jīng)28處理后以各種形式提供給用戶，形象直觀。 筆者分析系統(tǒng)工藝后，根據(jù)控制要求 ,設(shè)計(jì)了多個(gè)畫面，并通過按鍵切換。 系統(tǒng)的總控模塊程序框圖如圖6-2所示 。單片機(jī)除完成圖中 所示的前臺(tái)顯示外,還要進(jìn)行后臺(tái)作業(yè) ,即實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集處理和控制任務(wù) 。6-2 系統(tǒng)總控模塊程序框圖系統(tǒng)總控入口端口初始化定時(shí)器初始化屏幕初始化顯示主菜單按鍵處理中文主界濕度顯示溫度顯

56、示濕度設(shè)定濕度趨勢英文主界29圖 6-3 pc 機(jī)的串行通訊程序流程圖開始接收所有數(shù)據(jù)直至結(jié)束標(biāo)志發(fā)取數(shù)命令置偶效驗(yàn)“0”置奇效驗(yàn)“1”送地址給 mcs-51 機(jī)初始化串行口設(shè)置波特率所有從機(jī)巡回完？有回答？結(jié)束ynyn30圖 6-4 單片機(jī)的串行通訊程序流程圖總 結(jié)自動(dòng)灌溉系統(tǒng)在國內(nèi)還處于研發(fā)階段，自動(dòng)化程度較低 , 智能型控制器的應(yīng)開始初始化串行口，設(shè)置波特率將 sm 置 1，等待接收地址是本地址？p1.0 置將地址送回 pc 機(jī)置等待接收命令傳數(shù)命令？將數(shù)據(jù)按字節(jié)傳給 pc 機(jī)結(jié)束ny31用還很少。本文介紹的模糊自動(dòng)灌溉及施肥控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。由于用開關(guān)式電磁閥代替價(jià)

57、格較為昂貴的流量控制閥，不僅能夠顯著地降低了多種施加物灌溉系統(tǒng)的成本，而且還能夠簡化驅(qū)動(dòng)電路及控制電路，使系統(tǒng)的可靠性及維護(hù)的方便性得到改善。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)工作可靠，控制精度能夠滿足農(nóng)藝要求，對(duì)于灌溉系統(tǒng)中的自動(dòng)施肥系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。32致 謝經(jīng)歷了兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在這短暫的時(shí)間里，它不僅僅使我學(xué)到了寶貴的專業(yè)知識(shí)，更重要的是它使我學(xué)到了怎樣去獨(dú)立思考問題，解決問題，大大提高了我自己的動(dòng)手能力和操作能力，為我今后的工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這次們設(shè)計(jì)的課題為大棚自動(dòng)噴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它不僅是必須完成的課目，其真正的目的是我對(duì)整個(gè)大學(xué)四年的學(xué)習(xí)情況做一個(gè)總結(jié)，檢驗(yàn)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)的掌握程度?？?/p>

58、以說這絕對(duì)是一個(gè)展望自我，實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值的好機(jī)會(huì)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我特別感謝我的指導(dǎo)的耐心幫助和各位同學(xué)大力支持。在這次編寫設(shè)計(jì)報(bào)告中，由于時(shí)間的緊促和編寫者的專業(yè)知識(shí)的有限，再加上我們?nèi)鄙賹?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)使得所寫的畢業(yè)論文的知識(shí)覆蓋面有很大的局限性，而且報(bào)告中難免有不妥之處，所以我懇請各位指導(dǎo)老師能夠給予批評(píng)指正。33參考文獻(xiàn)1我國灌溉農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 內(nèi)蒙古林學(xué)院學(xué)報(bào) ,2009 2中國灌排水技術(shù)開發(fā)培訓(xùn)中心.渠道防滲工程技術(shù)， 2007 3單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編 北京航空航天大學(xué)，20064生產(chǎn)與運(yùn)作管理 清華大學(xué)出版社, 20035 信息系統(tǒng)開發(fā)方法 方法 、策略 、技術(shù) 、工具與發(fā)展 清

59、華大學(xué)出版社，20076灌區(qū)井群自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究 華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，20047單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編北京航空航天大學(xué)，20018 gamma e, helm r, et al. design patterns: elements of reusable object2oriented software m . addison wesley professional, 20049 metsker s j. design patterns in c#m . 顏炯,譯. 北京:中國電力出版社, 2005.34附錄附錄 1 1：大棚噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)管腳圖清單大棚噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)管腳圖清單圖 1、mc3487

60、 和 mc3486 的管腳圖和功能表mc3487mc3486圖 2、x9421 的管腳圖輸出輸入（a）使能（en）yzhhhllhlhxlzz差分輸入 a-b使能輸入v0.2vidhh-0.2vv0.2vidh？v-0.2vidhlxlz35其中 vw0、vw1、vw2及 vw3分別為四個(gè)電位器的滑動(dòng)端；vl0、vl1、vl2及 vl3分別為四個(gè)電位器的低端；vh0、vh1、vh2及 vh3分別為四個(gè)電位器的高端；a0、a1、a2及a3為地址線（用來設(shè)置從屬地址低 4 位） ；sda 及 scl 分別為串行數(shù)據(jù)和串行時(shí)鐘；vcc及 vss分別為電源和地。表 1、x9241 指令指 令i3i2i