畢業設計說明書--無線遙控節水灌溉自動控制系統的設計-資料下載頁

【導讀】畢業設計說明書--無線遙控節水灌溉自動控制系統的。SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥ。ＣＨＮＯＬＯＧＹ。學院電氣與電子工程學院。專業電子信息工程。本文在充分調研了國內外節水灌溉狀況的基礎上研究和分析無線節水灌溉。計在硬件設計方面本文根據儀器的精度實時性和成本要求選擇了合適的元器件。計方面按照儀器預定完成的功能根據硬件電路的設計以模塊化的設計方法完成。單片機的初始化模擬信號采樣信號處理實時顯示驅動無線發射接收以及PC機端。式主站下達采集數據指令子站對主站發出的地址信息進行處理若與本機地址相。符則執行命令采集端將TDR-3土壤水分傳感器CHT-W02溫濕度傳感器等采集的作。物生長的環境參數土壤水分空氣濕度和溫度等經AD轉換模塊轉換成數字信號送。濕度和溫度等發送到主站主站的接收天線接收載波信號經濾波電路消噪后通過。無線射頻收發芯片PTR8000解調再由主站單片機解碼解碼后的信號經PC機存入。AT89S51的主要性能及管腳介紹17. 43AD轉換電路的設計36

　　

【正文】 1P37 與 ADC0809 的 OE 相連寫入一個由高到低跳變的電平使能轉換數據輸出 INT1 與 EOC 相連使 ADC0808 停止模數轉換并將數據輸出到數據總線上 器74LS138 的輸入端相連分別控制四個數碼管工作 P12P15 與 74LS47 的輸入端相連分別驅動數碼管的七段工作與否 P23P30P31 分別與 PTR8000 的 TRX_CETXEN 和PWR 連接控制其的工作模式 P25P28 分別與 PTR8000 的 SCKMISOMOSI和 CSN 連接組成 SPI 接口 P32PTR8000 的 AMDRCD 連接組成狀態輸出接口 P10 外接電磁閥控制電磁閥工作 圖 44 AT89S51 的電路圖 43 AD 轉換電路的設計 41 ADC0808 簡介 ADC0808 管腳 ADC0808 芯片有 28 個引腳采用雙列直插式封裝 表 46 模擬通道的選通 1 根據表 46 單片機向 ADC0808 的 ABC 端寫入模擬通道選通信號 2 單片機向 ALE 端寫入一個由低向高跳變的電平使某一通道選通 3 向 START 端寫入一個由高向低跳變的電平以開始 AD 轉換 4檢查 EOC端看轉換是否完成如果 EOC出現一個由高向低跳變的電平說明轉換完成也可以使用中斷的方法如圖中 EOC 端與單片機的 INT1 相連如果轉換完成向單片機提請中斷服務 5 最后向 OE 端寫入一個由高向低跳變的電平時能轉換數據的輸出 通過以上步驟只是輸出了某一模擬通道的 AD 轉換后的數據接著改變ABC 的選通地址可以選通其他通道重復以上過程即可將所有的通道的轉換數據采集完成這樣就可以實現多通道的數據采集 ADC0808 的工作流程 1 輸入 3 位地址并使 ALE 1 將地址存入地址鎖存器中經地址譯碼器譯碼從 8路模擬通道中選通一路模擬量送到比較 器 2 送 START 一高脈沖 START 的上升沿使逐次逼近寄存器復位下降沿啟動 AD轉換并使 EOC 信號為低電平 3當轉換結束時轉換的結果送入到輸出三態鎖存器并使 EOC信號回到高電平通知 CPU 已轉換結束 4 當 CPU 執行讀數據指令 OE 為高電平則從輸出端 D0D 讀出數據 圖 45 ADC0808 的工作流程 42 基于 ADC0808 的 AD 轉換電路的設計 TLA31 是德州儀器公司 TI 生產的一個有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準源它的輸出電壓通過兩個電阻 Rl和 R2就可以把 Vref設置為 25V到 36V范圍內的任 何值該器件共有 3 個引腳它們分別為陰極 CATHODE 陽極 ANODE 和參考端 REF ADC0808 沒有內部時鐘 圖 4ADC0808 與單片機的接口電路 4 LED 顯示電路的設計 為了方便實時觀察系統檢測數據和結果本系統用四個七段 LED 來實現動態顯示數據由于發光二極管通常需要十幾毫安到幾十毫安的驅動電流才能正常發光因此由微型機發出的顯示控制信號必須經過驅動電路才能使其正常工作因此選用 74LS47 驅動 LED 七段發光由 74LS138 選擇哪個 LED 顯示 74LS47 是一個 7 段碼數碼管的驅動芯片它是 低電壓有效驅動共陽極的數碼管通過它譯碼可以直接把數字轉換為數碼管的顯示數字從而簡化了程序節約了單片機的 IO 口其引腳功能如下 1LT 試燈輸入 LT 0 時各段全亮顯示 8 則該數碼管正常發光平時應置 LT 為高電平 2RBI 滅零輸入設置此型號目的是為了能把不希望顯示的零熄滅例如有一個8 位數碼顯示電路整數部分為 5 位小數部分為 3 位在顯示 137 時 呈現為00013700 字樣如果將前后多余的零熄滅則顯示結果將更加醒目 3BIRBO 做輸入時為滅燈輸入 BI 0 時各段全滅作為輸出端使用時為動態滅燈輸出 4A0A1A2A3A3 為最高位 輸入二進制代碼 5BIRBI 作為輸出端使用時為動態滅燈輸出動態滅燈輸入 RBI 0 且 A0A1A2A3 0000BIRBI 0 使所有筆劃全滅 6abcdefg 為各段筆劃控制端低電平有效 74LS47 芯片的輸入輸出功能如表 47 所示 Function Inputs Outputs IT RB1 A3 A2 A1 A0 B1 RB0 a b c d e f g 0 H H L L L L H L L L L L L H 1 H L L L H H H L L H H H H 2 H L L H L H L L H L L H L 3 H L L H H H L L L L H H L 4 H L H L L H H L L H H L L 5 H H L L H H L H L L H L L 6 H L H H L H H H L L L L L 7 H L H H H H L L L H H H H 8 H H L L L H L L L L L L L 9 H H L L H H L L L H H L L 圖 4 顯示驅動電路 圖 4 74LS138 芯片的引腳圖 根據 74LS47器件的特性設計其電路如圖 4所示 74LS138芯片的引腳連接圖如圖 4所示 74LS138 芯片的輸入輸出功能如表 48 所示 根據 74LS138 的特性設計其電路如圖 49 所示因為 74LS138 輸出的是低電平所以需接 74LS04 取非轉換成高電平其中 74LS04 是六非門組成的反相器 圖 49 74LS138 和 74LS04 硬件連接圖 在圖 410 中四個晶體管的作用是使得共陽極的 LED 正常工作在 LED 每個光二極管前加了一個限流電阻是避免LED 發光二極管因電流太大而燒壞或壽命減少 圖 41 LED 顯示管的連接 45 電磁閥控制電路的設計 由于單片機的輸出電流比較小不能驅動電磁閥的工作所以需接一晶體管進行電流放大從而驅動電磁閥的工作在繼電器兩端反并一個二極管的作用是防止繼電器因過大的電流燒壞或壽命減少電磁閥控制電路如圖 41 所示 圖 41 電磁閥控制電路 46 蜂鳴器電路的設計 在單片機應用的設計上很多方案都 會用到蜂鳴器大部分都是使用蜂鳴器來做提示或報警由于蜂鳴器的工作電流一般比較大以致于單片機的 IO 口是無法直接驅動的所以要利用放大電路來驅動一般使用三極管來放大電流就可以了 當單片機的 11腳為低電平時三極管 Q1飽和導通蜂鳴器通電鳴響若單片機的11腳為高電平時三極管 Q1截止蜂鳴器沒有電流就不鳴響電阻是限流電阻限制流入片機的電流如圖 41 所示 圖 41 蜂鳴器的驅動電路 圖 41 系統子站 良好的軟件設計方案不僅可以減輕軟件設計的工作量而且還可以提高軟件的通用性擴展性和可讀性本系統中不僅涉及到單片機程序設計還有 PC 機程序設計其中單片機程序設計又分主站單片機程序設計和子站單片機程序設計雖然它們程序的編制和實現途徑不盡相同但其基本方法和步驟卻都一樣如下所述 1 按照系統要完成的功能要求逐級劃分模塊 2 明確各模塊之間的數據傳遞關系便于軟件編制 3 將各模塊有機的結合起來形成一個完善的系統 51 系統主站軟件設計 單片機軟件設計 在本系統中單片機部分程序主要是實現數據的實時采集初步處理 LED 實時顯示電磁閥的控制主站與子站之間的數據發射接收上傳 PC 機單片機主程序是單片機程序的入口需要合理地設置單片機的特殊功能寄存器合 理地初始化外圍芯片以實現正確的數據傳輸需要設置固定的波特率以實現與 PC 機的串口通信同時由于主站單片機要實現的功能比較少所以程序處理部分相對簡單單片機完成的功能為數據的發射接收以及數據的串口發送 單片機復位后必須進入初始化操作在初始化程序中必須考慮對于瞬時斷電軟件復位 RST指令 看門狗 WDT以及外部按鈕強迫復位等原因引起的復位動作的處理單片機初始化流程圖如圖 51 所示 圖 51 單片機初始化流程圖 單片機主程序流程圖如圖 52 所示 圖 52 單片機主程序流程圖 51 PTR8000 軟件設計 PTR8000 為無線收發模塊功能是接收數據并發送數據其流程圖如圖 53 和54 圖 5 發送子站數據流程圖 51 PC 機軟件設計 本系統中 PC機主要負責數據的收集保存和處理因此 PC機程序核心部分是通過串口采集數據模塊以及隨后的數據處理模塊 PC 機端程序的基本實現流程圖如圖 5所示 圖 5 PC 機端程序實現流程圖 52 系統子站軟件設計 單片機軟件設計 56 所示 圖 56 單片機主程序流程圖 數據采集程序設計 AD 轉換后送到單片機再通過單片機的軟件處理為此電壓信號對應的濕度溫度和土壤水分信號 數據采集流程圖如圖 57 所示 圖 57 單片機數據采集子程序流程圖 數據處理程序設計 數據處理主要是將從 AD 采集來的數據經過一定的軟件算法處理后得到與實際情況最相符的數據即誤差最小 數據顯示程序設計 為了節約 AT89S51 有限的 IO 資源顯示數據經過譯碼器 74LS138 和驅動74LS47 將數據送至 LED 顯示數據顯示子程序主要完成將待顯示的數據移出單片機送至譯碼器 74LS138 和驅動器 74LS47 顯示數據的程序 圖 59 數據顯示程序設計 結 論 本設計通過遠程控制實施節水灌溉實現了實時顯示檢測數據和實時上傳檢測數據的功能并能根據采集到的有關作物生長的環境參數及所需水量來控制給水的時間和流量的功能系統由主控制系統和遠程控制系統兩部分組成先由子站采集信息后通過 PTR80000 無線傳輸主站對信息進行處理再通過無線傳輸將信息送回子站子站接收信息后分析進而控制電磁閥的開關以及流量的大小 ATMEL 公司兼容標準 MCS51 指令系統及 80C51 引腳結構 6 通過計算機和單片機的軟件編程實現對 器件功能的控制操作簡單方便且簡化了外圍電路的設計參考文獻 楊欣王玉鳳劉湘黔 51 單片機應用實例詳解清華大學出版社 20215 大學出版社 202111 董傳岱李震梅楊雪巖 數字電子技術基礎中國石油大學出版社 20213 張娟萬隆曾實現 Protel 電路設計教程清華大學出版社 20212 余錫存單片機原理與接術西安電子科技大學出版社劉華東單片機原理與應用電子工業出版社 II 中 文 摘 要 Abstract 目 錄 IV 第一章 緒論 1 第二章 系統總體方案設計 4 第三章 系統主站 的硬件設計 16 第四章 系統子站的硬件設計 第五章 控制系統的軟件部分設計 結 論 參考文獻 致 謝 an 基帶信號行成器 2ASK 信號 e t s t 相乘器 通帶濾波器 cosω0 t 圖 24 數字線性調制的方框圖 S t 二進制信號 a S t Sask t f0 0 2ASK c 移相π Spsk t f1 S t 2PSK Sfsk t f1 f2 b 2FSK 圖 31 主站工作流程圖 用戶界面輸入 單片機將 PTR8000 配置成發送狀態再將上位機傳來的數據解釋成子站地址和控制指令并發送給 PTR8000 PTR8000 發送數據 單片機將 PTR8000 配置成接收狀態 單片機接收 PTR8000 傳回的數據 單片機將數據傳至上位機上位機處理并顯示數據 返回 AMS117 IN OUT ADJ VOUT VIN R1 R2 VREF IADJ 50uA VOUT VREF 1R2R1 IADJR2 開始 設置串口工作模式 設置定時器 1 工作模 式 開定時器 1 結束 開始 串口初始化 PTR8000 初始化 待機狀態 是否下達命令 寫入子站地址與有效數據并發送 設置成接收狀態 收到有效數據去掉前導碼地址和 CRC 位 DR 置高 延時 650us 發現相同載波 CD 置高 YES NO 讀出數據 AM 和 DR 置低 設置成接收狀態 延時 650us 發現相同載波 CD 置高 接收到有效地址 AM 置高 接收到有效數據 PTR8000 去掉前導碼地址和 CRCDR 置高 進入待機狀態 讀出數據 AM 和 CD 置低 圖 53 接收子站數據圖 進入發射狀態