智能灌溉系統(tǒng)34頁

1、摘 要灌溉系統(tǒng)自動化水平較低是制約我國高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。就此，文章設(shè)計了以單片機控制為中心的模擬智能灌溉系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對不同土壤的濕度進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)作物對土壤濕度的要求進(jìn)行適時、適量灌水。單片機控制部分采用的是型號STC89C52的單片機，主要有顯示單元、ADC 采集單元、RTC 單元、EEPROM 存儲單元、繼電器控制電路及報警輸出電路組成。單片機可將電位器輸出的模擬電壓信號通過AD 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過 DS1302 芯片提供時間信息；通過按鍵完成灌溉系統(tǒng)控制和濕度閾值調(diào)整功能，再通過 LED 完成系統(tǒng)工作狀態(tài)指示功能。實現(xiàn)了土壤濕度測量、土壤濕度和時間顯示、濕度閾值設(shè)定及存儲等基

2、本功能。關(guān)鍵詞：智能灌溉 ，單片機 目錄第一章 緒論11.1 前言11.2國內(nèi)外現(xiàn)狀11.3智能灌溉系統(tǒng)的簡介21.4本次設(shè)計中擔(dān)任的工作2第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計32.1本設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容32.2模擬智能灌溉系統(tǒng)框圖32.3 STC89C52單片機簡介32.4實時時鐘模塊52.4.1 DS1302 基本功能52.5按鍵模塊62.6模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊62.6.1PCF8591基本功能72.7繼電器的驅(qū)動模塊82.8數(shù)碼顯示模塊92.8.1數(shù)碼管的簡介92.8.2鎖存器M74HC573102.8.3譯碼器74HC138102.9存儲模塊11第三章 原理圖的設(shè)計123.1Protel DXP的簡介1

3、23.2智能灌溉系統(tǒng)原理圖的設(shè)計123.2.1啟動Protel DXP 2004123.2.2電路原理圖文件的新建和保存123.2.3元件的查找和放置133.3智能灌溉系統(tǒng)印制電路板（PCB）的設(shè)計163.3.1新建印制電路板文件163.3.2規(guī)劃印制電路板163.3.3將電路原理圖文件傳輸?shù)絇CB中16第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計214.1流程圖21總結(jié)23參考文獻(xiàn)25致謝25附錄25江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第一章 緒論1.1 前言水是一切生命過程中不可替代的基本要素，也是維系國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。過去，人們認(rèn)為水是取之不竭、用之不盡的天然資源。因為在那些年代，科學(xué)技術(shù)不夠發(fā)達(dá)，經(jīng)濟發(fā)

4、展不夠迅速，人口數(shù)量少，人們對水的使用總是很隨意，水資源似乎總也用不完。隨著科技不斷進(jìn)步，經(jīng)濟高速發(fā)展，生產(chǎn)力極大提高以及人口只增不減，水資源危機開始顯現(xiàn)并日漸明顯。隨著中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的高速發(fā)展、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及我國加入世貿(mào)組織等因素，節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的要求越來越高，灌溉控制器在我國有著巨大的市場。節(jié)水灌溉控制器近期在中國應(yīng)朝著價格低、性能可靠、操作簡便的方向發(fā)展。但從長遠(yuǎn)利益考慮，新的智能化技術(shù)、傳感技術(shù)和農(nóng)業(yè)科技的引入、應(yīng)用和普及，將會有智能化程度更高、功能更強、性能更趨于穩(wěn)定和可靠的灌溉控制器出現(xiàn)。本課題以STC89C52單片機為主要硬件模塊，通過軟件編程實現(xiàn)對土壤濕度的檢測，當(dāng)

5、所測的實際濕度低于警戒值時，將觸發(fā)灌溉控制器裝置，進(jìn)行自動灌溉，系統(tǒng)還可以實現(xiàn)時間控制方式，隨時灌溉，從而也體現(xiàn)了多用途、人性化的現(xiàn)代智能化系統(tǒng)設(shè)計要求。根據(jù)本設(shè)計的功能要求，可確定此方案：以STC89C52單片機為控制電路的核心，采用模塊化的設(shè)計方案。在閉環(huán)控制方式下，利用濕度采集模塊將不同地點檢測到的濕度模擬量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化后傳送給單片機，單片機將采集到的數(shù)據(jù)與警戒值比較；若采集數(shù)據(jù)低于警戒值，則啟動繼電器驅(qū)動模塊進(jìn)行灌溉；若采集數(shù)據(jù)高于警戒值，則不啟動驅(qū)動模塊進(jìn)行灌溉。顯示模塊將采集數(shù)據(jù)和灌溉信息顯示在顯示屏上。灌溉時間一到，驅(qū)動電路則停止繼電器工作，灌溉停止。在時間控制方式下，用戶通過鍵

6、盤輸入進(jìn)行灌溉的時間，時間一到，灌溉停止。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀國內(nèi)在開發(fā)灌溉自動控制系統(tǒng)方面還處于研制、試用階段，真正能投入實際應(yīng)用，且應(yīng)用較廣的灌溉控制器還是很少。在開發(fā)的產(chǎn)品中有著代表性的，如北京澳作生態(tài)儀器有限公司的澳作智能節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)可與各種滴、噴灌系統(tǒng)連接，實時監(jiān)測土壤墑情，根據(jù)要求活，手動、半自動、全自動任選且可隨意在計算機上更改，可同時控制多個設(shè)備，受控區(qū)位置及形狀，環(huán)境參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)可同時顯示在中心計算機上。北京奧特思達(dá)科技有限公司研制的WT-02型微噴灌定時自動控制器，是一種供農(nóng)業(yè)、草坪、果園、溫室一般場合給水的電子灌溉自動控制系統(tǒng)。國外一些先進(jìn)國家，如1美國、以色列和加拿大

7、等，運用先進(jìn)的電子技術(shù)、計算機和控制技術(shù)，在節(jié)水灌溉技術(shù)方面起步較早，并已經(jīng)日趨成熟。這些國家從最早的水力控制、機械控制，到后來的機械電子混合協(xié)調(diào)式控制，到現(xiàn)今應(yīng)用廣泛的計算機控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，控制精度和智能化程度越來越高，可靠性越來越好，操作也越來越簡便。近年來隨著農(nóng)業(yè)對自動化程度要求的提高，以色列出現(xiàn)灌溉用的可編程邏輯控制器(PLC)，這種控制器通過把不同的網(wǎng)絡(luò)連接到主機上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。隨著控制技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，以色列開發(fā)出了現(xiàn)代診斷式控制器，這種控制器把以前不可能采集到的信息通過不同的傳感器來獲得，通過因特網(wǎng)、遠(yuǎn)程控制、GSM等來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，然后通過計算機中的

8、一些模型來處理信息，作出灌溉計劃。1.3智能灌溉系統(tǒng)的簡介隨著水資源問題的加劇，發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)變得十分必要。目前，除了采用噴灌、微灌等節(jié)水灌溉技術(shù)，采用先進(jìn)的自動化控制技術(shù)按作物實際需水為依據(jù)，實施精確灌溉，提高水的利用率的智能灌溉系統(tǒng)也逐漸受到青睞。使用智能灌溉系統(tǒng)，不但能有效的利用水資源，還能提高自動化生產(chǎn)效率，大大降低人力成本，降低管理成本，顯著提高效益。1.4本次設(shè)計中擔(dān)任的工作為了設(shè)計的完善，我們組各自分工。在本次設(shè)計中本人主要負(fù)責(zé)原理圖的繪制與PCB電路板的繪制。在做之前，我查閱了相關(guān)的元器件資料并了解它的功能。然后在進(jìn)行原理圖的繪制及印制電路板的繪制。第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計2

9、.1本設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容論文研究用單片機控制模擬智能灌溉系統(tǒng)對土壤濕度測量、土壤濕度和時間顯示、濕度閾值設(shè)定及存儲等基本功能進(jìn)行分析與研究主要內(nèi)容如下：（1）自動工作狀態(tài)，根據(jù)濕度數(shù)據(jù)自動控制打開或關(guān)閉灌溉設(shè)備，以 L1 點亮指示；（2）手動工作狀態(tài)，通過按鍵控制打開或關(guān)閉灌溉設(shè)備，以 L2 點亮指示；（3） 系統(tǒng)上電后處于自動工作狀態(tài)，系統(tǒng)初始濕度閾值為 50%，此時若濕度低于50%，灌溉設(shè)備自動打開，達(dá)到 50%后，灌溉設(shè)備自動關(guān)閉；（4）灌溉設(shè)備打開或關(guān)閉通過繼電器工作狀態(tài)模擬。2.2模擬智能灌溉系統(tǒng)框圖如圖2.1所示圖2.1 模擬智能灌溉系統(tǒng)框圖2.3 STC89C52單片機簡介STC

10、89C52（如圖2.2所示）是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（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。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(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。圖2.2 STC89C52引腳圖引腳功能VCC：供電電壓。GND；接地。P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向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，被定義為高輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)、地址的第八位。在FIASH編

11、程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(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TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，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，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

12、序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個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。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時， RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復(fù)位。ALE：當(dāng)訪問外部程序存儲器時，ALE（地址鎖

13、存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的8位字節(jié)。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)ST89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PSEN信號不出現(xiàn)。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩反相放大器的輸出端。2.4實時時鐘模塊“模擬智能灌溉系統(tǒng)”通過讀取 DS1302 時鐘芯片相關(guān)寄存器獲得時間，DS1302芯片時、分寄存器在程序中設(shè)定為系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)定，時間為 08 時 30 分。2.4.1 DS1302 基本功能DS1302可以對年、月、

14、日、周、日、時、分進(jìn)行計時，且具有閏年補償?shù)榷喾N功能。引腳圖如圖2.3所示。圖2.3 DS1303引腳DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。Vcc2大于Vcc1+0.2V時，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地 址/命令序列送入移位寄存器其次，RST提供

15、終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送的方法。當(dāng)RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc>2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)。SCLK為時鐘輸入端?？刂谱止?jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果為0則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù);位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位(位0)如為0表 示 要進(jìn)行寫操 作，為1表示進(jìn)行讀操作，

16、控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。2.5按鍵模塊鍵盤的工作原理鍵盤的基本工作原理就是實時監(jiān)視按鍵，將按鍵信息送入計算機。在鍵盤的內(nèi)部設(shè)計中有定位按鍵位置的鍵位掃描電路、產(chǎn)生被按下鍵代碼的編碼電路以及將產(chǎn)生代碼送入計算機的接口電路等等，這些電路被統(tǒng)稱為鍵盤控制電路如圖2.4所示。在本次設(shè)計中只需運用四個按鍵，故選用獨立按鍵。圖2.4 按鍵連接單片機原理2.6模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。通過數(shù)據(jù)采集到的信號有兩種：數(shù)字信號和模擬信號。對于數(shù)字信號，單片機可以直接的進(jìn)行處理，但是對于模擬信號，單片機不能直接處理，就必須要一個模數(shù)轉(zhuǎn)化的模塊。項目中的數(shù)據(jù)采集到的濕度都是模擬信號，要使單片機能直接進(jìn)行

17、控制，必須要加相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)化的模塊，同時，系統(tǒng)對每一個參數(shù)的要求不一樣，就需要精度不同的模數(shù)轉(zhuǎn)化裝置。針對要求精度高的特性，采用PCF8591模數(shù)轉(zhuǎn)化芯片。2.6.1PCF8591基本功能PCF8591的功能包括多路模擬輸入、內(nèi)置跟蹤保持、8-bit模數(shù)轉(zhuǎn)換和8-bit數(shù)模轉(zhuǎn)換。引腳圖（如圖2.5所示）圖2.5 引腳圖（2）引腳功能AIN0AIN3：模擬信號輸入端。 A0A2：引腳地址端。VDD、VSS：電源端。（2.56V） SDA、SCL：I2C 總線的數(shù)據(jù)線、時鐘線。OSC：外部時鐘輸入端，內(nèi)部時鐘輸出端。EXT：內(nèi)部、外部時鐘選擇線，使用內(nèi)部時鐘時EXT 接地。AGND：模擬信號地。A

18、OUT：D/A 轉(zhuǎn)換輸出端。VREF：基準(zhǔn)電源端。數(shù)據(jù)格式在傳輸數(shù)據(jù)的時候，SDA線必須在時鐘的高電平周期保持穩(wěn)定，SDA的高或低電平狀態(tài)只有在SCL 線的時鐘信號是低電平時才能改變。如圖2.6所示。圖2.6SCL 線是高電平時，SDA 線從高電平向低電平切換，這個情況表示起始條件；SCL 線是高電平時，SDA 線由低電平向高電平切換，這個情況表示停止條件。如圖2.7所示圖2.72.7繼電器的驅(qū)動模塊繼電器（如圖2.8所示）是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中

19、起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。當(dāng)輸入量(如電壓、電流)達(dá)到規(guī)定值時，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器。具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。在本次設(shè)計中繼電器控制灌溉的開始與結(jié)束而二極管起著對繼電器的保護(hù)作用。圖2.8 繼電器2.8數(shù)碼顯示模塊2.8.1數(shù)碼管的簡介數(shù)碼管（如圖2.9所示）是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元(多一個小數(shù)點顯示)；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式

20、分為共陽極數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到GND，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。在本次設(shè)計中用的是共陽型數(shù)碼管因為它的共陽端直接接電源，亮度高。圖2.9 引腳圖2.8.2鎖存器M74HC573M74HC573（如圖2.10）是8位數(shù)據(jù)鎖存器，緩沖控制輸入，三態(tài)總線驅(qū)動輸出。當(dāng)LE為高電平時，Q輸出將隨數(shù)據(jù)（D）輸入而改變。當(dāng)LE為低電平時，輸出將鎖存在已建立的

21、數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時，新的數(shù)據(jù)也可以置入。 圖2.10 M74HC573管腳圖2.8.3譯碼器74HC13874HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC138譯碼器可接受3位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入（A0, A1和A3），并當(dāng)使 能時，提供8個互斥的低有效 輸出（Y0至Y7）。74HC138特有3個使能 輸入端：兩個低有效（E1和E2）和一個高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否則74H C138將保持所有輸出為高。利用這種復(fù)合使能特性，僅需4片74HC138芯片和1個反

22、相器，即可輕松實現(xiàn)并行擴展，組合成為一個1-32（5線到32線）譯碼器。任選一個低有效使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，而把其余的使能輸入端作為選通 端，則74HC138亦可充當(dāng)一個8輸出多路分配器，未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有狀。管腳如圖2.11所示圖2.11 74HC138管腳圖2.9存儲模塊系統(tǒng)通過 EEPROM 存儲濕度閾值，自動工作狀態(tài)下，可通過按鍵 S6、S5、S4 設(shè)置和保存閾值信息。本次設(shè)計采用24CO2元器件。24CO2基本功能串行EEPROM是基本I2C-BUS的存儲器件，遵循二線制協(xié)議，其具有接口方便，體積小，數(shù)據(jù)掉電不失真等特點。引腳如圖2.12所示圖2

23、.12 引腳圖引腳功能A0，A1，A2：器件地址選擇 SDA：串行數(shù)據(jù)、地址 SCL：串行時鐘WWP：寫保護(hù)VCC：1.8V-0.6V工作電壓GND：接地第三章 原理圖的設(shè)計3.1Protel DXP的簡介Protel DXP是澳大利亞Altium公司于2002年推出的一款墊子設(shè)計自動化軟件。它的主要功能包括：原理編輯、印制電路板設(shè)計、電路仿真分析、可編程邏輯器件的設(shè)計。用戶使用最多的是該款軟件的原理圖編輯和印制電路板設(shè)計功能。3.2智能灌溉系統(tǒng)原理圖的設(shè)計3.2.1啟動Protel DXP 2004單擊“開始”“程序”AltiumDXP 2004命令。Protel DXP 2004啟動后，系

24、統(tǒng)出現(xiàn)啟動畫面，幾秒后系統(tǒng)進(jìn)入程序主界面，如圖3.1所示。圖3.1 Protel DXP 2004主界面3.2.2電路原理圖文件的新建和保存（1）新建PCB項目：單擊“文件”“創(chuàng)建”“項目”“PCB項目”命令，如圖3.2.2.1所示。（2）新建原理圖設(shè)計文件：單擊“文件”“創(chuàng)建”“原理圖”命令，新建了一個名為智能灌溉系統(tǒng).schdoc的原理圖設(shè)計文件，顯示在PCB-project1.PrjPCB的下方，如圖3.2所示。（3）保存原理圖設(shè)計文件：單擊“文件”“保存”命令，在彈出的對話框中將原理圖設(shè)計文件保存為”智能灌溉系統(tǒng)電路圖.schdoc”。（4）保存設(shè)計項目：單擊“文件”“另存項目為”命令

25、，在彈出的對話框中將項目保存為“智能灌溉系統(tǒng).PrjPCB”。圖3.2新建項目圖3.2 智能灌溉系統(tǒng)schdoc的原理圖3.2.3元件的查找和放置在“元件庫”下拉列表框中找到相應(yīng)的元件庫，依據(jù)所要找的元器件雙擊并移到圖紙上。在本次設(shè)計中有一些元器件沒有，如四合一數(shù)碼管，則需創(chuàng)建一個新的原理圖庫,如圖3.3所示。圖3.3 原理圖庫然后單擊工具欄上的“繪制矩形”按鈕，如圖3.4所示。移動鼠標(biāo)到圖紙第四象限的原點處單擊確定矩形的左上角點。然后拖動光標(biāo)畫一個矩形，再次單擊確定矩形的右下角，如圖3.4所示 圖3.4 “繪制矩形”按鈕 根據(jù)元器件所需的電氣圖形在矩形框中畫出相應(yīng)的圖形并放上引腳如圖3.5所

26、示。圖3.5 繪制好引腳的四合一數(shù)碼管依據(jù)圖紙將元器件放在圖紙上并連接相應(yīng)的元器件。如圖3.6所示。圖3.6 智能灌溉原理圖3.3智能灌溉系統(tǒng)印制電路板（PCB）的設(shè)計印制電路板的英文全稱為Printed Circuit Board，簡稱為PCB，是一種印制或蝕刻了導(dǎo)電材料，是電子產(chǎn)品重要部件之一。電子元器件安裝在這種板子上，有引線連接各個元件，進(jìn)行裝配，構(gòu)成工作電路。3.3.1新建印制電路板文件（1）新建印制電路板文件：選擇“文件”“創(chuàng)建”“PCB文件”命令，新建一個為PCB.PchDoc的印制電路板文件，顯示在PCB項目“模擬智能灌溉系統(tǒng)電路.PrjPCB”的下方。（2）保存印制電路板文件

27、：單擊工具欄中的“保存”按鈕，在彈出的對話框中選擇保存路徑為“PCB制板模擬智能灌溉電路”,將印制電路板文件保存為模擬智能灌溉電路PCB圖。PchDoc”。保存后，文件面板中的文件名也同步更新為“模擬智能灌溉電路PCB圖.PchDoc”。右邊的黑底灰線網(wǎng)格圖紙就是Protel DXP 2004的印制電路板繪制的工作區(qū)域，如圖3.7所示。圖3.7 新建并保存印制電路板文件3.3.2規(guī)劃印制電路板根據(jù)智能灌溉原理圖中的元器件的多少，來規(guī)劃所用印制電路板的大小。通常情況下元器件擺在電路板上要緊湊且適宜，要遵循電氣的連接方式，不能亂放。3.3.3將電路原理圖文件傳輸?shù)絇CB中在電路圖轉(zhuǎn)化成印制電路板之

28、前，首先要進(jìn)行對元器件的封裝進(jìn)行確認(rèn)。如果在元器件的屬性中封裝沒有，則需在封裝庫中進(jìn)行查找：如元器件74HC138。有的元器件封裝沒有需要畫：如蜂鳴器，則需創(chuàng)建一個PCB庫，如圖3.8所示。圖3.8 創(chuàng)建PCB庫點擊“工具”新元件彈出一個元件封裝向?qū)c擊“取消”按鈕如圖3.9所示 圖3.9 創(chuàng)建新元件封裝用游標(biāo)卡尺測量蜂鳴器的實物直徑為12cm，在Top Overlay層中畫圖。放好相應(yīng)的焊盤并標(biāo)明電氣屬性。如圖3.10所示。圖3.10 蜂鳴器封裝圖(1)打開“模擬智能灌溉電路”原理圖，選擇“設(shè)計”“Update PCB Document 模擬智能灌溉系統(tǒng)電路圖.PcbDoc”命令，彈出如圖3

29、.11所示的“工程變化訂單”對話框。圖3.11 “工程變化訂單”對話框（2）單擊“使變化生效”按鈕，系統(tǒng)將檢查所有的更改是否有效 ，如果有效，將在右邊的“檢查”欄的對應(yīng)位置打鉤；如果有錯誤，“檢查”欄中將顯示紅色錯誤標(biāo)識。（3）單擊“執(zhí)行變化”按鈕，系統(tǒng)將執(zhí)行所有的更改操作，如果執(zhí)行成功，“狀態(tài)”區(qū)域中的“完成”列表欄將被勾選，執(zhí)行結(jié)果如圖3.12所示。圖3.12 執(zhí)行變化單擊“關(guān)閉”按鈕退出。PCB編輯區(qū)變成如圖3.13所示。元器件封裝已導(dǎo)入當(dāng)前PCB文件中，PCB文件被更新。圖3.13導(dǎo)入元器件封裝的PCB圖本次設(shè)計中所用的元器件都是通孔元器件故選帶孔電路板。在放置元器件時也要注意元件布局

30、。在通常條件下，所有的元件均應(yīng)分布在印制電路的同一面上，只有在頂層元件過密時，才能將一些高度有限并且發(fā)熱量小的器件，如貼片電阻、貼片電容、貼片IC等放在底層。在保證電器性能的前提下，元件應(yīng)放置在網(wǎng)格上且相互平行或垂直排列，以求整齊、美觀，一般情況下不允許元件重疊；元件排列要緊湊，輸入和輸出元件盡量遠(yuǎn)離。元件在整個板面上應(yīng)分布均勻、疏密一致。（2）布線規(guī)則設(shè)置。如圖3.14所示 圖3.14 布線規(guī)則設(shè)置在設(shè)計間距設(shè)置規(guī)則：VCC、GND網(wǎng)絡(luò)為15mil，其余為10mil；布線層設(shè)置：頂層、底層走線；自動布線拓?fù)湟?guī)則設(shè)置為Shorest；過孔內(nèi)徑為28mil，外徑為50mil；印制導(dǎo)線寬度為：VC

31、C為20mil，GND為30mil，其余導(dǎo)線為10mil。自動布線。使用自動布線功能對局部好的元件進(jìn)行連線。手動調(diào)整布線。對不能達(dá)到自動布線要求的地方進(jìn)行手動調(diào)整。保存。將完成的PCB文件保存，如圖3.15所示。圖3.15 模擬智能灌溉印制板電路圖第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計4.1流程圖如圖4.1所示。圖4.1 模擬智能灌溉系統(tǒng)流程圖模擬智能灌溉系統(tǒng)有兩種：手動工作狀態(tài)與自動工作狀態(tài)兩種。加電開啟系統(tǒng)，系統(tǒng)處于于自動工作狀態(tài)，L1燈亮。按鍵S6系統(tǒng)進(jìn)入濕度閾值設(shè)定界面，按鍵S5閾值加1，按鍵S4閾值減1。設(shè)定系統(tǒng)初始閾值為50%。系統(tǒng)將設(shè)定的閾值存入由24CO2C芯片構(gòu)成存儲模塊中。再次按鍵S6，退

32、出濕度閾值設(shè)定界面。當(dāng)土壤濕度測量模塊測量的濕度值低于50%時，系統(tǒng)通過喇叭報警電路給繼電器一個高電位，繼電器工作，L9燈亮，開始灌溉。當(dāng)土壤濕度測量模塊測量的濕度值達(dá)到50%后，系統(tǒng)通過喇叭報警電路給繼電器一個低電位，繼電器停止工作，停止灌溉。按鍵S7，系統(tǒng)切換為手動工作狀態(tài)，L2燈亮。按鍵S6，開啟蜂鳴器報警功能。當(dāng)土壤濕度測量模塊測量的濕度值低于50%，蜂鳴器開始報警。再次按下鍵S6，關(guān)閉蜂鳴器報警功能。按鍵S5，系統(tǒng)給繼電器一個高電位，繼電器工作，L9燈亮，開始灌溉。當(dāng)土壤濕度測量模塊測量的濕度值達(dá)到50%時，再次按鍵S5，系統(tǒng)給繼電器一個低電位，繼電器停止工作，停止灌溉，如此循環(huán)下去

33、?？偨Y(jié)通過這次課程設(shè)計，讓我明白了知識是學(xué)無盡的。從開始接到論文題目到系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)。在這段時間里，我學(xué)到了很多知識也有很多感受，開始了獨立的學(xué)習(xí)和試驗，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次試驗的成功都會讓我興奮好一段時間。在本次畢業(yè)設(shè)計過程中，我學(xué)會了在網(wǎng)絡(luò)上查找有關(guān)本設(shè)計的各硬件的資源，其中包括：灌溉的方法、傳感器應(yīng)用接口電路、STC89C52單片機應(yīng)用等，為本設(shè)計提供了一定的資料。雖然我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，雖然在AD轉(zhuǎn)換模塊與時

34、鐘模塊有些不熟。但我可以自豪的說，這里面的每個原理圖，都有我的勞動。當(dāng)看著自己的原理圖生成PCB時，系統(tǒng)能夠成功的運行，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會化為甜美的甘泉。這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那就失去畢業(yè)論文的意義了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵我繼續(xù)進(jìn)步。參考文獻(xiàn)1 “藍(lán)橋杯”第五屆全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽單片機設(shè)計與開發(fā)模擬試題2 CT117E型單片機開發(fā)板電路原理圖3 郭志勇編著單片機應(yīng)用技術(shù)項目教程（C

35、語言版）北京：中國水利水電出版社，20114 張靖武，周靈彬，方曙光編著單片機原理、應(yīng)用與PROTEUS仿真.第2版（第2版）北京：電子工業(yè)出版社，20115 李忠國 陳剛編著單片機應(yīng)用技能實訓(xùn)北京：人民郵電出版社，20066 趙建領(lǐng)編著Protel電路設(shè)計與制版寶典北京：電子工業(yè)出版社，20077 郭振民丁紅主編電子設(shè)計自動化EDA北京：中國水利水電出版社，2009致謝我的畢業(yè)設(shè)計從開始到基本完成大概用了二個月，時間雖然不是很長，主要因為自己不斷的努力和鄭老師對我的耐心指導(dǎo)和熱心幫助，給我的畢業(yè)設(shè)計指明了方向，奠定了基礎(chǔ)。在這一段時間里，我努力復(fù)習(xí)單片機的相關(guān)知識，在網(wǎng)上不斷的搜尋跟論文相關(guān)

36、的材料。遇到不懂的硬件軟件設(shè)計，我首先是自己鉆研，找資料，如果還是弄不明白，就向鄭老師尋求幫助。記得在做PCB中，我遇到了四合一數(shù)碼管沒有封裝的問題，研究了很久，但是還是沒搞明白。之后她我和鄭老師一起研究討論，終于弄明白了原理。鄭老師是一位年輕的老師，對單片機頗有研究，她對學(xué)生要求嚴(yán)格，對學(xué)術(shù)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，她在忙碌中也會抽出時間來指導(dǎo)我的畢業(yè)設(shè)計，沒有鄭老師的幫助，我的論文不會這么順利的完成。鄭老師的人格和精神是我的榜樣，也是我人生的財富，在此對他表示深深的感謝。感謝我的每一位老師，他們對我的教導(dǎo)我將永遠(yuǎn)銘記在心間。感謝應(yīng)教專業(yè)各位同窗好友，他們的關(guān)心和照顧讓我在這個集體里倍感溫暖，一起走過的日子

37、將成為我人生的美好回憶。最后，感謝我的家人，他們的支持與鼓勵，永遠(yuǎn)是支撐我前進(jìn)的最大動力。在此對他們表示衷心的感謝，他們的名字我一直銘記在心！最后，衷心感謝在百忙之中抽出時間審閱本論文的專家老師們。 附錄 附錄一 仿真圖 附錄二 主程序31#include <reg52.h>#include "24c02.h"#include "pcf8591.h"#include "IICbus.c"#include "math.h"unsigned char dspflag;unsigned char cnt;un

38、signed char tflag;bit adcflag = 0;unsigned char tflag1;unsigned char tflag2;/sbit SDA = P21;/sbit SCL = P20;sbit S7=P30;sbit S6=P31;sbit S5=P32;sbit S4=P33;unsigned char idata table128;/共陽字符編碼表unsigned char code dsp_code_ca =0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf,0xff;/09,'-'

39、,滅（空格）void init_t0(void);void isr_t0(void);void display(unsigned char d,unsigned char com); /顯示子函數(shù)void ROM24C02();void DS1302(); /時鐘子函數(shù)void init_pcf8591(void); /PCF8591初始化，實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換void delay(unsigned char t) unsigned char i; while(t-) for(i=0;i<112;i+); void init_t0(void) TMOD = 0x02; TH0 = 0x06;

40、TL0 = 0x06; ET0 = 1; EA = 1; TR0 = 1; void isr_t0(void) interrupt 1 tflag1+; tflag2+; if(tflag1 = 8) /4ms tflag1 = 0;dspflag+;if(dspflag = 3) dspflag = 0; if(tflag2 = 80) /20ms tflag2 = 0;adcflag = 1; void init_pcf8591(void) /PCF8591初始化，實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換 iic_start(); iic_sendbyte(0x90); iic_waitack(); iic_sen

41、dbyte(CHANNEL_3); iic_waitack(); iic_stop(); delay(10);unsigned char adc_pcf8591(void)unsigned char temp;iic_start();iic_sendbyte(0x91);iic_waitack();temp = iic_recbyte();iic_ack(0);iic_stop();return temp;void wrbyte_24c02(unsigned char add,unsigned char dat) /寫數(shù)據(jù) / Device Address 1100 000 R/W iic_s

42、tart(); iic_sendbyte(0xa0); iic_waitack(); iic_sendbyte(add); iic_waitack(); iic_sendbyte(dat); iic_waitack(); iic_stop(); delay(10);unsigned char rdbyte_24c02(unsigned char add) /讀數(shù)據(jù) / Device Address 1100 000 R/W unsigned char da; iic_start(); iic_sendbyte(0xa0); iic_waitack(); iic_sendbyte(add); i

43、ic_waitack(); iic_start(); iic_sendbyte(0xa1); iic_waitack(); da = iic_recbyte(); iic_ack(0); iic_stop(); return da;void DS1302() /時鐘子函數(shù)void display(unsigned char d,unsigned char com) /顯示子函數(shù) unsigned char dat2,temp,i; if(d='-') temp=dsp_code_ca10; /顯示'-' else if(d=' ') temp=dsp_code_ca11; /顯示' ' if(d='-'|d=' ') P0 = 0xFF;/滅燈 P2 |= 0xE0; P