说明书正文

本科毕业设计说明书（论文）

第2章 灌溉系统总体设计方案

2.1 计算机控制系统的基本形式

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计算机控制系统的种类繁多，但归纳起来，目前实现计算机控制的方式基本上属于下面五种形式：

1、成套的计算机控制系统产品:

目前世界上已出现了许多与硬件产品配套的，具有不同特点、适用于不同控制对象的软件产品，像HONEYWELL、WDPF等DCS(集散系统)系统。

2、以实时操作系统为基础，由控制系统设计人员设计在操作系统上运行的实时应用软件:

目前通用有一大批IRMXRTOX，PSOS的实时操作系统。这类系统要求用户自己编写应用程序，设计程序的流向，而由操作系统对应用程序进行实时调度和占先，循环处理，因此减少了应用软件开发的难度。但要求程序员熟悉实时多任务编程技术，而且图形界面不太好。

3、集成的实时系统开发软件:

例如：Citect，Intouch，由软件制造商提供，是专门为实时服务的开发环境和运行环境。系统本身已经构建了实现不同功能的软件包、程序模块和控键。用户只需要按照规定方式，根据实际对象要求，调用相应模块，即可构成应用程序。

4、在通用操作系统例了如DOS，WINDOWS环境下:

采用实时核实现程序的实时多任务特性。RTX， RTKERNEL，RTOS等都是应用广泛的实时核。

5、直接从系统的最底层采用高级语言或汇编语言编制实时应用程序:

这种方法先把系统划分层次，明确目标，任务，对各个任务的子过程进行结构化编程，然后还要另外编写计时、中断、调度等控制程序。程序设计的难度和工作量很大，但整个程序对于设计人员来说是完全透明的，适应性强。

2.2 系统总体方案

根据实际情况及系统技术要求，拟采用AT89C51微控器作为控制与数据处理的核心以构成节水灌溉控制系统。

该系统采用AT89C51单片机来实现。用湿度检测电路中的湿敏电阻对土壤湿度进行采集，所得电流信号经处理得到可用的电压信号，输入到A/D转换器ADC0809转换成数字

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信号进行处理。系统将检测得土壤的湿度值，送到LED显示电路显示，从而实现对土壤湿度的监测监控，能进行适度范围设置和显示，同时通过模糊控制算法实现对水泵开关的只能控制。该电路主要由AT89C51系统电路、电源电路、湿度检测电路、显示电路、开关控制电路等组成。软件选用汇编语言编程。单片机可将土壤湿度传感器检测到的土壤湿度模拟量转换成数字量，并传输给控制系统检测是否该灌溉。该系统灵活性强，成本低，可靠性高，在实际应用中前景广阔。系统框图如图2.1所示

种植物的土壤土壤湿度传感A/D转换AT89C51单片机LED显示放大驱动电磁阀 图2.1 系统框图

2.2.1 AT89C51微控器构成的最小系统

根据本设计的技术要求来判断是否需要对此微控器进行片外程序存储器及数据存储器的扩展。若需要，则对AT89C51微控器进行片外存储器扩展，以构成控制系统的最基本部分。若不需要，则单片机及其时钟电路与复位电路等构成最小系统。 2.2.2 数据采集部分

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转换器的分辨率为8位，最大不可调误差小于士1LSB，采用单一+5V供电，功耗为15mW,不必进行零点和满度调整。由于ADC0809转换器的输出数据寄存器具有可控的三态输出功能，输出具有TTL三态锁存缓冲器，故其8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。A/D转换器需外部控制启动转换信号方能进行转换，这一启动转换信号可由CPU提供，不同型号的A/D转换器，对启动转换信号的要求也不同，分脉冲启动和电平启动两种，ADC0809采用脉冲启动转换，只需给A/D

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转换器的启动控制转换的输入引脚((START)上，加入正脉冲信号，即启动A/D转换器进行转换，转换开始后，转换结束信号输出端(EOC)信号变低，转换结束时，EOC返回高电平，以通知主机读取转换结果的数字量，这个信号可以作为A/D转换器的状态信号供查询，也可以用作中断请求信号。

本系统中ADC0809与AT89C51单片机的接口如图5所示，采用等待延时方式。ADC0809的时钟频率范围要求在10-1280kHz , AT89C51单片机的ALE脚的频率是单片机时钟频率的1/6，因此当单片机的时钟频率采用6MHz,ADC0809输入时钟频率即为CLK=1MHz，发生启动脉冲后需延时100Us才可读取A/D转换数据。

ADC0809的8位数据输出引脚可直接与数据总线相连，地址译码引脚A, B, C分别与74LS373的A, B, C相连，以选通INO- IN7中的一个通道。AT89C51的p 2.6作为片选信号，在启动AM转换时，由单片机的写信号WR和p2.。控制ADC的地址锁存和转换启动。由于ALE与START连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时也启动转换，在读取转换结果时，用单片机的读信号RD和p2.。引脚一级或非门产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。 2.2.3 显示部分

微机化测控系统中常用的测量数据的显示器有发光二极管显示器(简称LED或数码管)和液晶显示器(简称LCD)。这两种显示器都具有线路简单、耗电少、成本低、寿命长等优点，本系统输出结果选用4个LED显示。数码管有共阴共阳之分，本系统采用8段共阴型LED，每位数码管内部有8个发光二极管，公共端由8个发光二极管的阴极并接而成，正常显示时公共端接低电平(GND)，各发光二极管是否点亮取决于a-dp各引脚上是否是高电平。

LED数码管的外形结构，外部有10个引脚，其中3, 8脚为公共端也称位选端，其余8个引脚称为段选端，当要使某一位数码管显示某一数字((0-9中的一个)必须在这个数码管的段选端加上与数字显示数字对应的8位段选码(也称字形码)，在位选端加上低电平即可。

2.2.4 供电电源单元

采用变压器、整流滤波及稳压等电路组成，分别给以上各部分提供所需要的电压，可以提供+5V, +12V, +40V的稳定电压。由于电压源是现成的设备，可以在市场上订制，所以不在涉及范围内，不再予以讲述。

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2.3 本章小结

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本章首先介绍了计算机控制系统的五种基本形式，根据实际情况与技术要求，画出了系统结构框图，并拟定了系统总体设计方案，包括数据采集单元、键盘及显示单元、控制与执行单元、系统各部分所需电源等输入与输出通道，并对每一部分都进行了较详细的叙述。

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