單片機(jī)課程設(shè)計(jì)單片機(jī)控制的滴灌節(jié)水灌溉系統(tǒng)

1、目 錄第一章 緒論31.1 節(jié)水灌溉系統(tǒng)概述31.2 本設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容4第二章 硬件電路設(shè)計(jì)52.1單片機(jī)控制系統(tǒng)原理52.2 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路52.2.1時(shí)鐘電路62.2.2復(fù)位電路62.2.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展電路72.3數(shù)據(jù)采集處理電路72.4 LED顯示系統(tǒng)電路92.5超限報(bào)警電路11第3節(jié) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)1131 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)113.2 采樣子程序設(shè)計(jì)133.3 數(shù)據(jù)處理143.3.1數(shù)字濾波技術(shù)143.3.2標(biāo)度變換163.4 LED動(dòng)態(tài)顯示程序18第四章 總結(jié)21參考文獻(xiàn)22基于單片機(jī)的自動(dòng)節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)緒論我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)田灌溉建設(shè)有著悠久的歷史，但現(xiàn)代化水平不高，

2、而要使我國(guó)農(nóng)田水利灌溉走上新臺(tái)階，就必須加速推進(jìn)農(nóng)業(yè)的科學(xué)化、合理化、現(xiàn)代化進(jìn)程。本系統(tǒng)是針對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)引水到田的傳統(tǒng)灌溉方式，在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)和即將推進(jìn)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)面前的落后現(xiàn)狀，及灌溉過(guò)程中無(wú)法知道農(nóng)作物需水量的大小，盲目的頻繁灌溉、過(guò)量灌溉所造成的水資源浪費(fèi)現(xiàn)狀，提出的無(wú)線節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。自動(dòng)控制節(jié)水灌溉技術(shù)的高低代表著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展?fàn)顩r，灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化水平較低是制約我國(guó)高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。單片機(jī)控制的滴灌節(jié)水灌溉系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對(duì)不同土壤的濕度進(jìn)行監(jiān)控，并按照作物對(duì)土壤濕度的要求進(jìn)行適時(shí)、適量灌水，其核心是單片機(jī)和PC機(jī)構(gòu)成的控制部分，主要對(duì)土壤濕度與灌水量之間的關(guān)系、灌溉控制技

3、術(shù)及設(shè)備系統(tǒng)的硬件、軟件編程各個(gè)部分進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。 單片機(jī)控制部分采用AT89C51單片機(jī)為核心，主要由土壤濕度傳感器，信號(hào)處理電路，顯示電路，輸出控制電路，故障報(bào)警電路等組成，軟件選用匯編語(yǔ)言編程。單片機(jī)可將土壤濕度傳感器檢測(cè)到的土壤濕度模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，顯示于LED顯示器上。該系統(tǒng)靈活性強(qiáng)，易于操作，可靠性高，將會(huì)有更廣闊的開(kāi)發(fā)前景。1.1 節(jié)水灌溉系統(tǒng)概述 生命之起源，水為必要條件，沒(méi)有了水，地球上的生命將會(huì)枯竭。 隨著21世紀(jì)的到來(lái)，能源危機(jī)將接踵而至。比能源危機(jī)更可怕的是，作為人類生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，這一狀況還將隨著時(shí)間的推移和社會(huì)的發(fā)展繼續(xù)惡化。水資源危機(jī)已成為全球

4、性的突出問(wèn)題，利用科技手段緩解這一危機(jī)，將是人類主要的出路。農(nóng)業(yè)是人類社會(huì)最古老的行業(yè)，是各行各業(yè)的基礎(chǔ)，也是人類頓以生存的最重要的行業(yè)。農(nóng)業(yè)的發(fā)展從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看很重要，一是水的問(wèn)題，二是科技的問(wèn)題。農(nóng)業(yè)的根本出路在科技，在教育。由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，由粗放經(jīng)營(yíng)向集約經(jīng)營(yíng)轉(zhuǎn)變，必須要求農(nóng)業(yè)科技有一個(gè)大的發(fā)展，進(jìn)行一次新的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命。農(nóng)業(yè)與工業(yè)、交通等行業(yè)相比仍然比較落后，農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)尤其落后。灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化水平較低是制約我國(guó)高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。傳統(tǒng)的灌溉模式自動(dòng)化程度極低，基本上屬粗放的人工操作，即便對(duì)于給定的量，在操作中也無(wú)法進(jìn)行有效的控制，為了提高灌溉效率，縮短勞動(dòng)時(shí)間和節(jié)約水資源

5、，必須發(fā)展節(jié)水灌溉控制技術(shù)。 現(xiàn)代智能型控制器是進(jìn)行灌溉系統(tǒng)田間管理的有效手段和工具，它可提高操作準(zhǔn)確性，有利于灌溉過(guò)程的科學(xué)管理，降低對(duì)操作者本身素質(zhì)的要求。除了能大大減少勞動(dòng)量，更重要的是它能準(zhǔn)確、定時(shí)、定量、高效地給作物自動(dòng)補(bǔ)充水分，以提高產(chǎn)量、質(zhì)量，節(jié)水、節(jié)能。 現(xiàn)代灌溉控制器的研究使用在我國(guó)農(nóng)、林、及園藝為數(shù)不多，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，有較大的差距，還基本停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉工程的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，也是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法來(lái)確定每天灌溉次數(shù)和每次灌溉量，如果灌溉量與作物實(shí)際需水量相比太少，便不能有效的促進(jìn)作物健康成長(zhǎng);而灌溉量太多，肥水流失，又會(huì)造成資源浪費(fèi)，同時(shí)傳統(tǒng)的灌溉法還需

6、要相關(guān)專家的實(shí)時(shí)觀察并經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)生產(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，這也不能與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)向優(yōu)化、高效化方向發(fā)展要求同步。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)和傳感器的價(jià)格日益降低，可靠性日益提高，用信息技術(shù)改造農(nóng)業(yè)不僅是可能的而且是必要的。用高新技術(shù)改造農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，實(shí)施節(jié)水灌溉已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展帶戰(zhàn)略性的根本大事。本文旨在設(shè)計(jì)一套能對(duì)作物生長(zhǎng)的土壤濕度進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控的系統(tǒng)，它能對(duì)作物進(jìn)行適時(shí)、適量的灌水，起到高效灌溉，節(jié)水、節(jié)能的作用。1.2 本設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容本論文主要研究單片機(jī)控制的滴灌節(jié)水灌溉系統(tǒng)，分別對(duì)土壤濕度與灌水量之間的關(guān)系、灌溉控制技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)備的軟、硬件各個(gè)部分進(jìn)行了研究

7、。主要內(nèi)容如下: 1.根據(jù)滴灌技術(shù)的特點(diǎn)，進(jìn)行節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的整體研究與設(shè)計(jì)。 2.針對(duì)土壤濕度難以用精確的數(shù)學(xué)模型描述的特點(diǎn)，采用模糊控制理論，對(duì)這一理論進(jìn)行了深入的研究，重點(diǎn)研究雙輸入單輸出的模糊控制方式。3. LED顯示土壤濕度值，在灌水期間以倒計(jì)時(shí)的方式顯示灌水剩余時(shí)間。 4.當(dāng)土壤濕度值低于設(shè)定的最低值時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)報(bào)警。硬件電路設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)控制系統(tǒng)原理本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案是基于微控、無(wú)線數(shù)據(jù)接收和傳感器測(cè)量技術(shù)，采用傳感器采集農(nóng)田的濕度信息，根據(jù)采集的相應(yīng)數(shù)據(jù)及農(nóng)作物生長(zhǎng)所需水分的需求量的設(shè)置，及時(shí)、精確、高效地控制流到田地的水流量大小。系統(tǒng)根據(jù)傳感器反饋的數(shù)據(jù)的大小控制流到田間

8、的水量，使農(nóng)作物及時(shí)的獲得所需的水分，控制過(guò)程中當(dāng)灌溉到作物所需的水量時(shí)，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)的關(guān)閉水源的流入，這樣則避免水資源的浪費(fèi)，有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉的設(shè)計(jì)要求。種植作物的土壤土壤濕度傳感A/D轉(zhuǎn)換AT89C51單片機(jī)LED顯示報(bào)警放大驅(qū)動(dòng)電磁閥圖1 單片機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖2.2 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路AT89C51單片機(jī)是51系列單片機(jī)的一個(gè)成員，是8051單片機(jī)的簡(jiǎn)化版。內(nèi)部自帶2K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能COMS八位微處理器，與Intel MCS-51系列單片機(jī)的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位CPU和閃速存儲(chǔ)器結(jié)合在單個(gè)芯片中，因此，AT89C2051構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)是具

9、有結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、造價(jià)最低廉、效率最高的微控制系統(tǒng)，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，減少了硬件開(kāi)銷，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。圖2 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)圖2.2.1時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTALl和XTAL2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時(shí)，電路簡(jiǎn)單，所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)際使用中常采用這種方式，如圖2所示在其外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱晶振)或陶瓷諧振器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，片內(nèi)高增益反向放大器與作為反饋元件的片外

10、石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。 圖3中外接晶體以及電容C2和C1構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為30P左右，晶振頻率選6MHz oRESET2.2.2復(fù)位電路 為了初始化單片機(jī)內(nèi)部的某些特殊功能寄存器，必須采用復(fù)位的方式，復(fù)位后可使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開(kāi)始正常工作。單片機(jī)的復(fù)位是靠外電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在正常運(yùn)行情況下，只要RST引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)間以上的高電平，即可引起系統(tǒng)復(fù)位，但如果RST引腳上持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位后系統(tǒng)將輸入/輸出(1/0)端口寄存器置為FFH，堆棧指針S

11、P置為07H, SBUF內(nèi)置為不定值，其余的寄存器全部清0，內(nèi)部RAM的狀態(tài)不受復(fù)位的影響，在系統(tǒng)上電時(shí)RAM的內(nèi)容是不定的。復(fù)位操作有兩種情況，即上電復(fù)位和手動(dòng)(開(kāi)關(guān))復(fù)位。本系統(tǒng)采用上電復(fù)位方式。 圖2中R9和Cl組成上電復(fù)位電路，其值R取為1KQ, C取為1pF.2.2.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展電路 AT89C51單片機(jī)外接數(shù)據(jù)RAM時(shí)，P2口輸出存儲(chǔ)器地址的高8位，PO口分時(shí)輸出地址的低8位和傳送指令字節(jié)或數(shù)據(jù)。PO口先輸出低8位地址信號(hào)，在ALE有效時(shí)將它鎖存到外部地址鎖存器中，然后PO口作為數(shù)據(jù)總線使用，此處地址鎖存器選用74LS373，實(shí)際電路圖連接如圖3所示。圖3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展電路

12、2.3數(shù)據(jù)采集處理電路 ADC0809是一種8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部具有鎖存控制的8路模擬開(kāi)關(guān)，外接8路模擬輸入端，可同時(shí)對(duì)8路0-5V的輸入模擬電壓信號(hào)分時(shí)進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)只用到INO和INl兩路輸入通道。ADC0809轉(zhuǎn)換器的分辨率為8位，最大不可調(diào)誤差小于士1LSB，采用單一+5V供電，功耗為15mW,不必進(jìn)行零點(diǎn)和滿度調(diào)整。由于ADC0809轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)寄存器具有可控的三態(tài)輸出功能，輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，故其8位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。A/D轉(zhuǎn)換器需外部控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)方能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這一啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)可由CPU提供，不同型號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器，對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)

13、的要求也不同，分脈沖啟動(dòng)和電平啟動(dòng)兩種，ADC0809采用脈沖啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，只需給A/D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)控制轉(zhuǎn)換的輸入引腳(START)上，加入正脈沖信號(hào)，即啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換開(kāi)始后，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端(EOC)信號(hào)變低，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC返回高電平，以通知主機(jī)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量，這個(gè)信號(hào)可以作為A/D轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)信號(hào)供查詢，也可以用作中斷請(qǐng)求信號(hào)。圖4數(shù)據(jù)采集處理電路本系統(tǒng)中ADC0809與AT89C51單片機(jī)的接口如圖4所示，采用等待延時(shí)方式。ADC0809的時(shí)鐘頻率范圍要求在10-1280kHz , AT89C51單片機(jī)的ALE腳的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6，因此當(dāng)單片機(jī)的時(shí)鐘頻

14、率采用6MHz,ADC0809輸入時(shí)鐘頻率即為CLK=1MHz，發(fā)生啟動(dòng)脈沖后需延時(shí)100Us才可讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 如圖4連接方式，ADC0809的8位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連，地址譯碼引腳A, B, C分別與74LS373的A, B, C相連，以選通INO- IN7中的一個(gè)通道。AT89C51的p 2.6作為片選信號(hào)，在啟動(dòng)AM轉(zhuǎn)換時(shí)，由單片機(jī)的寫信號(hào)WR和p2.。控制ADC的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)。由于ALE與START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)也啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用單片機(jī)的讀信號(hào)RD和p2.。引腳一級(jí)或非門產(chǎn)生的正脈沖作為OE信號(hào)，用以打開(kāi)三態(tài)輸出

15、鎖存器。2.4 LED顯示系統(tǒng)電路微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)中常用的測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示器有發(fā)光二極管顯示器(簡(jiǎn)稱LED或數(shù)碼管)和液晶顯示器(簡(jiǎn)稱LCD)。這兩種顯示器都具有線路簡(jiǎn)單、耗電少、成本低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)輸出結(jié)果選用4個(gè)LED顯示。數(shù)碼管有共陰共陽(yáng)之分，本系統(tǒng)采用8段共陰型LED，其原理圖如圖6所示，每位數(shù)碼管內(nèi)部有8個(gè)發(fā)光二極管，公共端由8個(gè)發(fā)光二極管的陰極并接而成，正常顯示時(shí)公共端接低電平(GND)，各發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮取決于a-dp各引腳上是否是高電平。 LED數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)如圖6，外部有10個(gè)引腳，其中3, 8腳為公共端也稱位選端，其余8個(gè)引腳稱為段選端，當(dāng)要使某一位數(shù)碼管顯示某一數(shù)

16、字(0-9中的一個(gè))必須在這個(gè)數(shù)碼管的段選端加上與數(shù)字顯示數(shù)字對(duì)應(yīng)的8位段選碼(也稱字形碼)，在位選端加上低電平即可。由于系統(tǒng)要顯示的內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，顯示量不多，所以選用數(shù)碼管既方便又經(jīng)濟(jì)。LED有共陰極和共陽(yáng)極兩種。如圖5所示。二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，而共陽(yáng)極則將發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，接入+5V的電壓。一位顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個(gè)筆劃（段）ag，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為dp發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓時(shí)，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護(hù)各段LED不被損壞，需外加限流電阻。圖5 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理圖： 符號(hào)和引腳

17、 共陰極 共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示器有兩種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。為節(jié)省端口及降低功耗，本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。動(dòng)態(tài)掃描顯示方式需要解決多位LED數(shù)碼管的“段控”和“位控”問(wèn)題，本電路的通過(guò)P1口實(shí)現(xiàn)：而每一位的公共端，即LED數(shù)碼管的“位控”，則由P3口控制。這種連接方式由于多位字段線連在一起，因此，要想顯示不同的內(nèi)容，必然要采取輪流顯示的方式，即在某一瞬間，只讓其中的某一位的字位線處于選通狀態(tài)，其它各位的字位線處于斷開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)字段線上輸出這一位相應(yīng)要顯示字符的字段碼。在這一瞬時(shí)，只有這一位在顯示，其他幾位則暗。在本系統(tǒng)中，字位線的選通與否是通過(guò)PNP三極管的導(dǎo)通與截止來(lái)控

18、制，即三極管處于“開(kāi)頭”狀態(tài)。因AT89C51單片機(jī)I/O口資源有限，必須對(duì)其Il0口進(jìn)行擴(kuò)展才能滿足實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，如圖6所示為用8155擴(kuò)展1/0口的4個(gè)8位LED動(dòng)態(tài)顯示器，顯示掃描由程控實(shí)現(xiàn)，其中PA口輸出字型碼，PC口輸出位選信號(hào)即掃描信號(hào)，圖中片選線CE和AT89C51的P2.7口相連，IO/ M選通輸入線與P2.4口相連，該系統(tǒng)中當(dāng)P2.7=0且P2.4 =1時(shí)，選中8155芯片內(nèi)三個(gè)I/O口。相應(yīng)的端口地址分配如表2-1:表2-1 8155端口地址分配圖6 顯示電路2.5超限報(bào)警電路為了在某些緊急狀態(tài)或反常狀態(tài)下，能使操作人員不致忽視，以便及時(shí)處理，往往需要有某種更能引起人們注意

19、提起警覺(jué)的報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生，這種報(bào)警信號(hào)通常有三種類型:閃光報(bào)警、鳴音報(bào)警、語(yǔ)音報(bào)警，本系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單易行的聲光報(bào)警電路。 如圖7所示報(bào)警電路，報(bào)警設(shè)備選用壓電式蜂鳴器，它約需要10mA的驅(qū)動(dòng)電流，只需在其兩條引線上加3一15V的直流電壓，即可產(chǎn)生3KHz左右的蜂鳴聲音，圖中蜂鳴器的一端接在高電平+SV，另一端接Pl.0，在初態(tài)Pl.0始終輸出高電平1，當(dāng)需要報(bào)警時(shí)，程序?qū)ζ涠丝谇辶慵纯?，聲音的長(zhǎng)短可用延時(shí)程序控制實(shí)現(xiàn)。圖中接入的發(fā)光二極管LED為超高線報(bào)警器，當(dāng)P1.1端輸出為低電平“0”時(shí)，二極管導(dǎo)通，燈亮發(fā)出報(bào)警信號(hào)圖7報(bào)警電路系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)主要包括:主程序設(shè)計(jì)，采樣子程序設(shè)計(jì)

20、，數(shù)據(jù)處理程序，顯示子程序，串口通信程序等。各芯片地址編碼為:RAM6116: OFOOOH-OF7FFH 81551/0口:7FF8H - 7FFDHADC0809: OBFF8H-OBFFFH31 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)ADTURNO EQU 21H ;INO通道A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存放首址ADTURN1 EQU 2CH ;IN1通道A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存放首址LINEADRO EQU 37H ;1N0采集數(shù)據(jù)經(jīng)濾波處理數(shù)據(jù)存放地址LINEADR1 EQU 38H ;INl采集數(shù)據(jù)經(jīng)濾波處理數(shù)據(jù)存放地址 LINEADR EQU 39H ;平均值存放地址 HUMID EQU 3BH ;標(biāo)度變換后的濕度值存放地址

21、 BCDADR EQU 3CH ;BCD轉(zhuǎn)換后的濕度值存放地址 HUMADR EQU 3DH ;上位機(jī)傳來(lái)的濕度值存放地址 TIMEADR EQU 3EH ;上位機(jī)傳來(lái)的時(shí)間值存放地址 T100US EQU 256-50 ;延時(shí)參 Cl00US EQU 3FH SHOWADR EQU 40H ;顯示區(qū)數(shù)據(jù)存放首址 ORG OOOOH SJMP START ORG OOOBH ;定時(shí)器0中斷服務(wù)程序入口 Limp TOINT ORG 0023H ;串行I/O中斷服務(wù)程序入口 Limp SERVE ORG 0050HSTART: MOV SP, #50H ;設(shè)置堆棧 MOV HUMADR, #OF

22、FH SETB OD3H ;選中寄存器3 SETS OD4H MOV R0, #HUMADR CLR OD3H ;選中寄存器0 CLR OD4HMov TMOD, #22H;主程序初始化Mov TH1, #OF3HMov TLl, #OF3HMov SCON, #50HMov PCON, #80Hmov DPTR, #7FF8Hmov A, #4DHMOVX DPTR, ASETB TR1SETB EASETB ESRUN: LCALL AD;調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序LCALL MAOPAO;調(diào)用濾波子程序LCALL TURN;調(diào)用濕度轉(zhuǎn)換子程序Mov A, HUMID;將濕度值送往上位機(jī)Mov

23、SBUF, ALCALL TWOSEC;延時(shí)等待兩妙鐘LCALL BCDTURN;調(diào)用BCD轉(zhuǎn)換子程序LCALL SHOW;調(diào)用顯示子程序Mov A, HUMIDCJNE A, HUMADR, COMP; 檢測(cè)到的濕度值大于上位機(jī)送來(lái) 的濕度值時(shí)，則循環(huán)采樣，否則報(bào) 警灌溉DONE: CLR P1.1LCALL ALARM;調(diào)用報(bào)警延時(shí)子程序進(jìn)行灌溉動(dòng)作LCALL TIMEORL P1, #02HLCALL TENMIN;灌水結(jié)束等待10分鐘Limp RUN;回到主程序COMP:JC DONELJMP RUN END3.2 采樣子程序設(shè)計(jì)根據(jù)電路圖5，因EOC未接入單片機(jī)，故只能采用延時(shí)等待的

24、方法來(lái)讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，ADC0809的INO和INl兩個(gè)地址分別是OBFF8H, OBFF9H, INO通道采集到的11個(gè)數(shù)據(jù)放入以ADTURNO(片內(nèi)21H)為首址的一片數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)，IN1通道采集到的11個(gè)數(shù)據(jù)放入以ADTURN1(片內(nèi)2CH)為首址的另一片數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)。 程序清單:AD: MOV R0, #ADTURNO MOV R6, #OBHADLOOP: MOV DPTR, #OBFF8H; 啟動(dòng)INO通道A/D轉(zhuǎn)換GOON: MOVX DPTR, A MOV R7, #OAOH; 延時(shí)等待轉(zhuǎn)換結(jié)束DLAY: NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R7, DLAY MOVX

25、 A, DPTR MOV R0, A;將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入以ADTURNO為首址的一片RAM內(nèi)INC RODJNZ R6, ADLOOPSJMP ADRET3.3 數(shù)據(jù)處理3.3.1數(shù)字濾波技術(shù) 在單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，輸入信號(hào)總難免受到這樣那樣的隨機(jī)干擾，它們來(lái)自被測(cè)信號(hào)源、傳感器、外界干擾等，從而使A/D送入單片機(jī)的數(shù)據(jù)中存在誤差，這種因隨機(jī)千擾而引入的誤差為隨機(jī)誤差，其特點(diǎn)是在相同條件下測(cè)量同一量時(shí)，其大小和符號(hào)作無(wú)規(guī)則變化而無(wú)法預(yù)測(cè)，但測(cè)量次數(shù)足夠多時(shí)，其總體服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，大多數(shù)隨機(jī)誤差服從正態(tài)分布。為了克服隨機(jī)干擾引起的誤差，硬件上可采用濾波技術(shù);軟件上可按照統(tǒng)計(jì)規(guī)律采用數(shù)字濾波方法來(lái)

26、抑制有效信號(hào)中的干擾成分，消除誤差。本系統(tǒng)即采用數(shù)字濾波法。 數(shù)字濾波無(wú)需硬件，它是用軟件算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只要適當(dāng)改變軟件濾波程序的運(yùn)行參數(shù)，就能方便的改變其濾波特性，實(shí)時(shí)性很強(qiáng)。常用的數(shù)字濾波算法有:限幅濾波法、中位值濾波法、算術(shù)平均濾波法、去極值平均濾波法、移動(dòng)平均濾波法、加權(quán)平均濾波法、低通濾波法、復(fù)合濾波法等。 中位值濾波法能有效的克服偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定引起的誤碼等脈沖干擾，對(duì)變化比較緩慢的被測(cè)參數(shù)采用此法能收到良好的濾波效果。因本系統(tǒng)的被測(cè)參數(shù)土壤濕度為緩慢變化參數(shù)，故采用中位值濾波算法。 中位值濾波算法實(shí)際上是一種排序方法，其具體思路是:對(duì)被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣N次(一般N為

27、奇數(shù))，然后把N次采樣值按大小排列，取其中間值為本次采樣值。 本程序每次對(duì)土壤濕度連續(xù)采樣11次，ADTURNO為片內(nèi)RAM的21H地址單元，是采樣值放入內(nèi)存的首地址，濾波結(jié)果放入片內(nèi)RAM的37H地址單元，即LINEADRO地址。 程序清單:MAOPAO: MOV Rl, #ADTURNO MOV R5, #OAH CLR OOHFILTER: MOV 3CH, R1 INC Rl MOV A, R1 CLR C SUBB A, 3CH JNC NEXT MOV A, Rl MOV R1, 3CH DEC R1 MOV Rl, A INC Rl SETB OOHNEXT: DJNZ R5,

28、FILTER JB OOH, MAOPAO MOV LINEADRO, 26H RET圖8數(shù)字濾波程序流程圖3.3.2標(biāo)度變換 在微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)中，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器接口送入微機(jī)的數(shù)據(jù)，是對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量得到的原始數(shù)據(jù)。這些原始數(shù)據(jù)送入微機(jī)后通常要先進(jìn)行一定的處理，然后才能輸出作為顯示器的顯示數(shù)據(jù)。例如當(dāng)被測(cè)溫度為1000 C，經(jīng)熱電偶轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)，再經(jīng)放大和A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字是10，這個(gè)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果10雖然與1000C溫度是對(duì)應(yīng)的，但數(shù)字上并不是相等的。因此，不能當(dāng)作溫度值去顯示或打印，必須把A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果10變換成供顯示或打印的溫度值100，這個(gè)變換就是數(shù)字顯示的標(biāo)度變換。 在該系統(tǒng)中，濕

29、度傳感器和A/D相連，川D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)相連，其中不包括任何非線性的數(shù)字化測(cè)量通道，因此被測(cè)量的值N與A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果D，存在如圖9所示線性關(guān)系。圖9線性關(guān)系在該系統(tǒng)中，土壤濕度測(cè)量范圍0100%對(duì)應(yīng)的輸出電壓范圍為0-5V,ADC0809為8位A./D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)碼為0255。即根據(jù)上面公式，DL=0lD H =255，NL=0, NH=100.TURN: SETB OD3H CLR OD4H;選則第一組寄存器 CLR C MOV A, LINEADR MOV B, #20 MUL AB CLR OD2H MOV R7, B MOV R6, A MOV R5, #00H MOV R4,

30、 #33HLOOP1: MOV A, R7 JNZ LOOP2 MOV A, R6 JNZ LOOP2 MOV R7, #0 MOV R6, #0 SJMP$LOOP2: CLR A MOV R2, A MOV R3, A MOV Rl, #16ADIN: CLR C MOV A, R6 RLC A MOV R6, A MOV A, R7 RLC A MOV R7, A MOV A, R2 RLC A MOV R2, A MOV A, R3 RLC ALOOP3:DJNZ R1,ADIN MOV A,R3 JB ACC.7, LOOP4 MOV A, R2RLC A MOV R2,A MOV

31、A, R3RLC ASUBB A,R5JC DONE1JNZ LOOP4MOV A,R2SUBB A,R4JC DONE1LOOP4:MOV A,R6 ADD A,#1 MOV R6,A MOV A,R7 ADDC A,#0 MOV R7,ADONE1: MOV HUMID,R6 CLR 0D3HRET3.3.3 BCD轉(zhuǎn)換 計(jì)算機(jī)所能識(shí)別和處理的是二進(jìn)制數(shù)，在進(jìn)行標(biāo)度變換后的結(jié)果都是用二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行計(jì)算和存儲(chǔ)的，而在輸入/輸出系統(tǒng)中，按照人們的習(xí)慣均采用十進(jìn)制數(shù)比較直觀一些。在計(jì)算機(jī)中十進(jìn)制數(shù)常采用BCD碼(即用四位二進(jìn)制數(shù)代表單片機(jī)控制的節(jié)水灌溉系統(tǒng)的研究一位十進(jìn)制數(shù))表示，這樣采樣得到的數(shù)

32、據(jù)才可以以十進(jìn)制的形式輸出顯示。本系統(tǒng)將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成BCD數(shù)的方法是將其除以10”次冪，即得相應(yīng)位數(shù)，最后的余數(shù)為個(gè)位數(shù)。程序如下:BCDTURN: MOV SHOWADR+3, #00H因濕度值只能小于100，故千位數(shù)為0 MOV B, #100 MOV A, HUMID DIV AB MOV SHOWADR+2,A將百位數(shù)送SHOWADR+2顯示地址 MOV A, #10 XCH A, B DIV AB MOV SHOWADR+1,A將十位數(shù)送SHOWADR+1顯示地址 MOV SHOWADR, B將個(gè)位數(shù)送SHOWADR顯示地址 RET3.4 LED動(dòng)態(tài)顯示程序 根據(jù)LED動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)電路圖4-8, 8155控制口的地址為7FF8H, POA口地址為7FF9H , PC口地址為7FFBH，片內(nèi)顯示緩沖區(qū)為SHOWADR-SHOWADR+3 (40H-43H)，共4個(gè)單元對(duì)應(yīng)4個(gè)數(shù)碼管。程序中先取SHOWADR-I-3中的數(shù)，對(duì)應(yīng)選中最左邊的數(shù)碼管，其余類推。由于LED為共陰極接法，并有反相驅(qū)動(dòng)，字型表TAB中有效的字型碼為:LED顯示段碼字型共陽(yáng)極段共陰極段字型共陽(yáng)極段共陰極段0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5