畢業(yè)設計---自動灌溉控制器的硬件、軟件設計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本論文詳細論述了由單片機為處理器的自動灌溉控制器的硬件、軟件設計。本控制器以AT89C51單片機為核心，由傳感器、信號處理電路、鍵盤、顯示電路、輸出控制電路、故障報警電路等構成。它能實現(xiàn)多路數(shù)據采集、多路控制信號輸出功能。通過傳感器自動檢測土壤水分，實現(xiàn)自動閉環(huán)控制和定時程序的時間控制等多種自動灌溉控制方式，并具有土壤水分超出設

2、定范圍自動報警功能。土壤含水量的測量采用先進的LW-02型水分傳感器；A/D轉換采用了ADC0809芯片；鍵盤、顯示分別采用了獨立式按鍵和LED顯示塊；故障報警選用了壓電式蜂鳴器；輸出控制電路由三極管、光電耦合器、繼電器、電磁閥等組成。軟件設計采取了模塊化編程方法，軟件程序的開發(fā)全部采用了C51高級語言。主要包含的程序有:主程序、鍵盤掃描子程序、A/D采樣子程序、定時設定子程序等。同時，在軟硬件設計時均采取了有效的抗干擾措施。</

3、p><p>　　關鍵字：單片機；灌溉；土壤水分傳感器；自動控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The hardware layout and software development for single chip microprocessor automatic micro-irrigation con

4、troller and system programming are presented in detail in this paper. Based on the AT89C51 single chip microprocessor, the whole system consists of soil moisture sensors, signal transfer circuit, keyboard and monitor dis

5、play circuit, out port control circuit, malfunction alarm circuit as well as system software. This controller can control mufti-input and mufti-output. It can work in several</p><p>　　Keywords: Single chip m

6、icroprocessor Micro-irrigation Soil moisture sensor Automatic control</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p&g

7、t;<b>　　目錄III</b></p><p><b>　　第一章 前言5</b></p><p><b>　　1.1研究背景5</b></p><p>　　1.2研究目的和意義6</p><p>　　1.3任務和要求6</p><p>　

8、　第二章 智能灌溉系統(tǒng)的組成8</p><p>　　2.1灌溉總系統(tǒng)的組成8</p><p>　　2.2灌溉系統(tǒng)結構總框圖9</p><p>　　2.3單片機灌溉量的確定9</p><p>　　2.3.1灌水量的確定9</p><p>　　2.3.2灌水時間間隔的確定9</p><p&g

9、t;　　2.3.3 一次灌水延續(xù)時間的確定9</p><p>　　2.3.4灌水次數(shù)與灌水總量的確定10</p><p>　　2.3.5開啟和關閉供水系統(tǒng)的土壤含水量臨界點的確定10</p><p>　　第三章 GTM900C無線模塊12</p><p>　　3.1 GTM900C模塊介紹12</p><p>

10、;　　3.1.1 GTM900C模塊產品定位13</p><p>　　3.1.2 GTM900C模塊產品特性13</p><p>　　3.1.3 GTM900C模塊產品的應用14</p><p>　　3.1.4 GTM900C無線模塊的業(yè)務演示框圖14</p><p>　　3.2 GTM900C無線模塊AT命令1</p>

11、<p>　　3.2.1 AT命令類型1</p><p>　　3.2.2 消息發(fā)送和寫入命令2</p><p>　　3.3 GTM900C 信號連接器和天線接口5</p><p>　　3.3.1信號連接器6</p><p>　　3.3.2天線接口6</p><p>　　3.3.3接口信號7<

12、;/p><p>　　3.4接口的使用10</p><p>　　3.4.1 UART 接口的功能特性10</p><p>　　3.4.2 UART 接口信號定義10</p><p>　　3.4.3 UART接口DCE-DTE 配線11</p><p>　　第四章 系統(tǒng)硬件設計12</p><p

13、>　　4.1土壤水分傳感器的選擇與使用12</p><p>　　4.1.1土壤水分傳感器的選擇12</p><p>　　4.1.2土壤水分傳感器的測量原理及其實現(xiàn)方法12</p><p>　　4.1.3傳感器在田間的埋設15</p><p>　　4.2單片機的選擇16</p><p>　　4.2.1單片

14、機的發(fā)展概況及其選擇16</p><p>　　4.2.289C51單片機性能與應用16</p><p>　　4.2.3 引腳功能17</p><p>　　4.3 振蕩器電路及復位電路設計19</p><p>　　4.4存儲器的配置20</p><p>　　4.5 數(shù)據采集處理電路21</p>

15、<p>　　4.5.1 模數(shù)轉換器的選擇21</p><p>　　4.5.2 ADC0809引腳及接口電路設計22</p><p>　　4.6顯示系統(tǒng)的電路設計24</p><p>　　4.7輸出控制電路設計25</p><p>　　4.8故障報警電路及鍵盤接口電路設計26</p><p>　　

16、第五章 系統(tǒng)軟件設計29</p><p>　　5.1主程序設計29</p><p>　　5.2鍵盤掃描子程序設計31</p><p>　　5.3實時時鐘中斷與控制功能的完成32</p><p>　　5.4時間灌溉控制功能的實現(xiàn)33</p><p>　　5.5其它控制功能的實現(xiàn)33</p>&l

17、t;p>　　5.5.1定時設定功能的實現(xiàn)34</p><p>　　5.5.2濕度范圍設定功能的實現(xiàn)34</p><p>　　第六章 技術經濟分析36</p><p><b>　　第七章 結論37</b></p><p><b>　　參考文獻38</b></p><

18、p><b>　　致謝39</b></p><p><b>　　第一章 前言</b></p><p><b>　　1.1研究背景</b></p><p>　　隨著社會經濟的發(fā)展，人口的增多，對水資源的利用正在迅速增長，占世界人口總量40%的80個國家缺水，其中26個國家嚴重缺水。我國水資源總量為

19、2.8萬億mm3，居世界第6位，我國人均占水僅2200m3，排在世界第109位。我國的水資源在時空上分布很不均勻，南多北少，東多西少；夏秋多，冬春少;占國土面積50%以上的華、西北、東北地區(qū)的水資源僅占全國總量的20%左右，農業(yè)的季節(jié)性、區(qū)域性干旱缺水問題十分突出。</p><p>　　農業(yè)節(jié)水不僅是可能的，而且潛力很大，對占消費水80%左右的農業(yè)用水的合理使用和發(fā)揮最大效益應該說具有非常重要的意義。我國旱地農業(yè)

20、面積約0.5億m2，占耕地面積一半以上，平均每年受早面積約達0.26億m2，成災減產的約0.07億m2左右，這些干旱地區(qū)水資源灌溉的開發(fā)余地幾乎枯竭。然而我國灌溉用水利用率卻很低，約有60-70%的水資源因灌溉方法不當白白浪費。從作物需要來講，我國水分有效利用率僅0.3-0.4，個別省份只有0.2，與先進國家的0.7-0.8相比，浪費驚人。21世紀的節(jié)水農業(yè)技術將是農業(yè)科技革命的重要組成部分，節(jié)水灌溉具有廣闊的前景[1]。</p&

21、gt;<p>　　單片機灌溉技術是當前世界上諸多節(jié)水灌溉技術中省水率最高的一種先進節(jié)水灌溉技術，單片機灌溉屬局部灌溉、精細灌溉，灌節(jié)水50%~60%，增產20%~30%，一般只用于溫室中水果、蔬菜、花卉等產值高、收益高的經濟作 。到90年代中期，全世界單片機灌溉面積達到291. 3萬畝，約占全世界灌溉面積的1. 1%，其中美國約150萬m2。我國單片機灌溉面積只徘徊在2~3. 7萬m2。</p><p&

22、gt;　　世界上單片機灌溉技術的發(fā)展最有代表性的國家應首推以色列，其溫室種植全部采用單片機灌溉。以色列溫室滴灌的最高水利用率為95%，以色列著名的公司有NETAFIM， AAMLAD、PLAASTRO等。單片機灌溉方式普遍采用計算機控制，埋在地下的濕度傳感器可以傳回有關土壤水分的信息。計算機化操作運行精密、可靠、節(jié)省人力，對灌溉過程的控制可達到相當?shù)木取Ｔ谝陨?，已經出現(xiàn)了在家里利用電腦對灌溉過程進行全部控制(無線、有線)的農場主。&

23、lt;/p><p>　　但是我國單片機灌溉技術還處于初級發(fā)展階段，系統(tǒng)的成套性還較差，主要部件品種少，質量不穩(wěn)定，自動化程度低，大部分單片機灌溉技術還停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉工程自控系統(tǒng)，也只是從國外引進或者是小規(guī)模的局部控制，國內開發(fā)的自動灌溉控制器目前還處于研制、試用階段。 </p><p>　　總之，目前西方發(fā)達國家的自動灌溉控制器已基本發(fā)展成熟并朝著大型分布式控

24、制系統(tǒng)和小面積單機控制兩個方向發(fā)展，產品一般都能與微機通訊，并由微機對其施行編程操作[2]。</p><p>　　1.2研究目的和意義 </p><p>　　灌溉管理自動化是世界先進國家發(fā)展高效農業(yè)的重要手段，而我國目前仍局限于灌溉單項技術的推廣和應用，技術的集成和自動化水平較低，這也是制約我國高效農業(yè)發(fā)展的主要原因。以色列、日、英、美等國家己采用先進的節(jié)水灌溉制度，由傳統(tǒng)的充分灌溉向非充

25、分灌溉發(fā)展，對灌區(qū)用水進行監(jiān)測預報，實行動態(tài)管理，采用遙感技術，監(jiān)土壤墑情和作物生長，開發(fā)和制造了一系列用途廣泛、功能強大的數(shù)字式灌溉控制器，得到廣泛應用[2]。</p><p><b>　　1.3任務和要求</b></p><p>　　本課題采用AT89C51單片機為灌溉控制器的核心，通過傳感器自動檢測土壤水分，按照設置的程序根據土壤含水量要求的上、下限確定供水時間

26、、供水量，采用預編定時程序的時間控制和根據水分信息決定灌溉指標的閉環(huán)控制兩種工作方式，并能實現(xiàn)故障報警功能。使單片機灌溉向適時、適量、按需灌溉發(fā)展，達到節(jié)約用水、省工省時、增產增收的目的。</p><p>　　本自動灌溉控制器的總體研制方案如下：</p><p>　?、僮詣涌刂破鞑捎肁TMEL公司的AT89C51系列單片機；</p><p>　?、谕寥浪譁y量時采用

27、先進的TW-02型水分傳感器，可同時接八路傳器；</p><p>　　③系統(tǒng)控制多路輸出；</p><p>　　④系統(tǒng)可完成:傳感器自動閉環(huán)控制，時間控制等多種灌溉控制方式；</p><p>　?、菥哂泄喔人殖鲈O定范圍自動報警功能；</p><p>　?、薷鶕陨闲阅芤蟊究刂破鞑捎?位LED顯示和4個按鍵來完成多種功能操作?？傮w功能確定

28、后，開始著手整個系統(tǒng)的硬件設計和軟件編制工作[3]。</p><p>　　第二章 智能灌溉系統(tǒng)的組成</p><p>　　2.1灌溉總系統(tǒng)的組成</p><p>　　自動化單片機灌溉系統(tǒng)是指利用微機技術對單片機灌溉工程的主要設備進行監(jiān)視、控制以及各種信息處理，及時地對設備運行情況進行全面地分析和準確的判斷，確保灌溉工程安全、合理和經濟地運行。它包括傳感器系統(tǒng)，控制器

29、系統(tǒng)和水源控制系統(tǒng)三大部分組成。</p><p>　　圖2.1自動灌溉系統(tǒng)圖</p><p>　　2.2灌溉系統(tǒng)結構總框圖</p><p>　　圖2.2 灌溉系統(tǒng)結構總框圖</p><p>　　2.3單片機灌溉量的確定</p><p>　　2.3.1灌水量的確定</p><p>　　灌水量可由式

30、m = (b1-b0)hpr （2-1）</p><p>　　計算，式中:m為灌水定額；b1，b0分別為土壤田間持水量和灌前土壤含水率；r為土壤干容(t/m3)；h為土壤計劃濕潤層深度；P為單片機土壤濕潤比。</p><p>　　2.3.2灌水時間間隔的確定</p><p>　　兩次灌水之間的時間間隔又稱灌水

31、周期T=m/E， T為灌水周期(h)；E為作物需水量；m為灌水定額(mm)。</p><p>　　2.3.3 一次灌水延續(xù)時間的確定</p><p>　　t=(m·Se·Sr)/ηq. （2-2）</p><p>　　式中:t為次灌水延續(xù)時間(h)；Se為灌水器間距(m)

32、；Sr為毛管間距(Cm)；q為灌水器流量((L/h)；η為單片機灌溉水利用系數(shù)，一般為0.9~0. 950。</p><p>　　2.3.4灌水次數(shù)與灌水總量的確定</p><p>　　采用單片機灌溉，作物全生育期的灌水次數(shù)比傳統(tǒng)地面灌多，并隨作物種類、地區(qū)水源條件等而不同。總灌水量M=∑mi；M為灌溉定額即總灌水量〔m3〕；mi為各次單片機灌溉灌水量，即灌水定額(m3)。</p&g

33、t;<p>　　2.3.5開啟和關閉供水系統(tǒng)的土壤含水量臨界點的確定</p><p>　　這兩個臨界點的選擇要依據土壤的水分特性、作物的需水特性及灌溉管理的要求確定，相當于確定農田灌溉管理用的土壤含水量上限(關閉值)和下限(開啟值)。田間持水量是指土壤中毛管懸著水達到最大量時的土壤含水量，當灌溉水量超過田間持水量時，只能加深土壤的濕潤深度，而不可能再增加土層中含水量的百分數(shù)，它是土壤中對作物有效水的

34、上限，可用作灌溉的上限和計算灌溉量的依據。灌水定額=(田間持水量一灌水前土壤含水量)。毛管斷裂含水量，是指土壤中毛管懸著水發(fā)生斷裂時的土壤含水量，土壤這時的水分已不能滿足作物的需求，一般只是田間持水量的65%左右，可用此作物灌水的限。用灌溉控制器閉環(huán)控制灌溉農田的土壤含水量動態(tài)變化可用圖2.3</p><p>　　圖2.3自動灌溉系統(tǒng)農田水分動態(tài)變化示意圖</p><p>　　假定灌溉從A

35、處開始，隨著農田水分的消耗土壤含水量由點A逐步下降，當降至點B時，達到設定的土壤含水量的控制下限，灌水設備起動，開始灌水，土壤含水量也快速上升。當土壤含水量抵達C點時，達到設定的土壤含水量控制上限，供水設備關閉，停止供水。但由于土壤含水量測定上的滯后，土壤含水量會有一個輕微的繼續(xù)上升的過程，最后達到D點。之后由于作物的吸收及土壤蒸發(fā)，含水量又開始逐步的下降，直至抵達E點，開始下一次灌水過程。由于灌水時土壤含水量的變化比正常作物消耗情況下

36、的變化要快得多，因而在灌水過程中土壤含水量的監(jiān)測頻率應比作物耗水過程的監(jiān)測頻率高的多[5]。</p><p>　　第三章 GTM900C無線模塊</p><p>　　3.1 GTM900C模塊介紹</p><p>　　華為GTM900-C無線模塊是一款兩頻段GSM/GPRS無線模塊。它支持標準的AT命令及增強AT命令，提供豐富的語音和數(shù)據業(yè)務等功能，是高速數(shù)據傳輸?shù)?/p>

37、各種應用的理想解決方案。內嵌TCP/IP協(xié)議模塊，使用簡單，易于集成,GTM900C軟件、硬件兼容GTM900B、TC35i、MC39i，使用TC35i或MC39i的用戶不用作任何更改就可以使用。</p><p>　　華為GTM900C是一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM/GPRS模塊，是GTM900B的升級模塊。內嵌TCP/IP協(xié)議模塊，使用簡單，易于集成，使用它您可以在較短的時間內花費較少的成本開

38、發(fā)出新穎的產品。在遠程監(jiān)控和無線公話以及無線POS終端等領域您都能看到GTM900C無線模塊在發(fā)揮作用，GTM900C軟件、硬件兼容GTM900B、TC35i、MC39i，使用TC35i或MC39i的用戶不用作任何更改就可以使用，以降低產品成本。 </p><p><b>　　主要功能: </b></p><p>　　GSM/GPRS Phase 2/2+ ；GSM

39、03.40短信業(yè)務；GPRS CLASS 10數(shù)據業(yè)務；支持Group3，Class2傳真業(yè)務；電路交換業(yè)務(9.6kbps，14.4kbps)；分組交換數(shù)據業(yè)務(85.6kbps) ；FR/HR/EFR/AMR 語音編碼；呼叫轉移、等待、保持、呼叫前轉；多方通話、來電顯示、可選鈴聲 </p><p><b>　　接口特性： </b></p><p>　　40pin

40、zip連接器；紅外串口接口；SIM 3.0V和1.8V接口；2路模擬音頻輸入輸出接口；電源輸入接口和充電管理；ADC輸入；全雙工串行接口，TTL電平；支持GSM07.05，GSM07.07；TCP/IP擴展AT指令集。</p><p>　　3.1.1 GTM900C模塊產品定位</p><p>　　華為GTM900-C 無線模塊是一款兩頻段GSM/GPRS 無線模塊。它支持標準的AT 命令

41、及增強AT 命令，提供豐富的語音和數(shù)據業(yè)務等功能，是高速數(shù)據傳輸?shù)雀鞣N應用的理想解決方案。</p><p>　　3.1.2 GTM900C模塊產品特性</p><p>　　表3-1 GTM900-C 的產品特性表</p><p>　　3.1.3 GTM900C模塊產品的應用</p><p>　　GTM900-C 在Terminal 型固定臺

42、、Phone 型固定臺、車載臺、公用電話、電力無線抄表業(yè)務、遠程信息服務臺等方面被廣泛的應用。</p><p>　　3.1.4 GTM900C無線模塊的業(yè)務演示框圖</p><p>　　圖3-1 GTM900C業(yè)務演示框圖</p><p>　　3.2 GTM900C無線模塊AT命令</p><p>　　本課題中的GSM模塊包括移動設備ME（

43、Mobile Equipment）、移動臺MS（Mobile Station）、終端適配器TA（Terminal Adapter）、數(shù)據通信設備DCE（Data Communication Equipment）和傳真DCE（包括傳真Modem和傳真板）。</p><p>　　通過串口發(fā)送AT命令，即可使用GSM模塊。串行線對端的應用設備包括終端設備TE (Terminal Equitment）、數(shù)據終端設備DTE

44、（Data Terminal Equipment）或其他應用設備。這些終端或應用設備可能運行在嵌入式系統(tǒng)里。系統(tǒng)結構圖如圖3-2：</p><p>　　圖3-2 系統(tǒng)結構圖</p><p>　　3.2.1 AT命令類型</p><p>　　本手冊中的所有命令行必須以“AT”或“at”為前綴，以<CR>結尾 一般來講，AT命令包括四種類型，如表3-2所示

45、：</p><p>　　表3-2 AT命令類型</p><p>　　3.2.2 消息發(fā)送和寫入命令 </p><p>　　發(fā)送消息：AT+CMGS</p><p>　　使用設置命令，可將SMS（SMS-SUBMIT）從TE發(fā)送到網絡側。發(fā)送成功后，消息參考值<mr>將返回給TE。在接收到非請求發(fā)送狀態(tài)報告結果碼時，使用該取值可

46、進行消息識別。</p><p>　　表3-3 AT+CMGS操作命令語法</p><p>　　表3-4 參數(shù)的詳細說明</p><p><b>　　舉例：發(fā)送文本方</b></p><p>　　AT+CMGF=1 NOTE：設置以文本方式發(fā)送短信 式的短信 </p><p><b

47、>　　OK</b></p><p>　　AT+CMGS="15840343232" NOTE：輸入對方號碼 </p><p>　　> SMS NOTE：輸入短信內容，以ctrl-Z發(fā)送；</p><p><b>　　ESC取消 </b></p><p><b&

48、gt;　　OK </b></p><p>　　舉例：發(fā)送和接收PDU方式的短信</p><p><b>　　AT+CMGF=0</b></p><p><b>　　OK</b></p><p>　　AT+CMGS=16> 0891683108200105F011000D916831

49、18087981F60004000168 </p><p><b>　　OK</b></p><p><b>　　PDU編碼解析：</b></p><p>　　發(fā)送數(shù)據：0891683108200105F011000D91683118087981F60004000168 </p><p>　　表3-

50、5 PDU編碼解析</p><p><b>　　接收數(shù)據:</b></p><p>　　0891683108200105F0040D91683184821969F2000470404271726423026869</p><p>　　表3-6 接收數(shù)據</p><p>　　3.3 GTM900C 信號連接器和天線接

51、口</p><p>　　GTM900-C 的信號連接器和天線接口，包括： 信號連接器接口； 天線接口。</p><p>　　3.3.1信號連接器</p><p>　　GTM900-C的信號連接器是一個40 Pin 的ZIF 連接器，引腳間距為0.5mm，線距0.5mm，結構為單排彎式表貼型，帶電纜鎖緊機構，型號是Hirose 的FH12-40S-0.5SH。連接器外

52、形如圖3-3 所示。</p><p>　　圖3-3 連接器外形</p><p><b>　　3.3.2天線接口</b></p><p>　　GTM900-C 提供的天線接口為GSC 射頻連接器，外接天線通過電纜連接到該連接器上。該連接器是由HRS 公司提供的，器件編碼是U.FL-R-SMT-1(10)，具體的圖形和尺寸如圖3-4 所示。<

53、;/p><p>　　圖3-4 天線接口連接器尺寸圖（單位：mm）</p><p><b>　　3.3.3接口信號</b></p><p>　　表3-7 信號連接器接口功能表</p><p><b>　　3.4接口的使用</b></p><p>　　GTM900-C 各接口的使

54、用，包括：UART 接口；USB接口；SIM卡接口；RTC Backup接口；Audio接口；LPG接口。</p><p>　　3.4.1 UART 接口的功能特性</p><p>　　UART 接口與外界進行串行通信，支持3.00V 電平輸入和輸出。UART 接口的信號除了RXD0、TXD0 是高電平有效之外，其余所有信號均為低電平有效。UART 接口有512 byte 的發(fā)送FIFO（

55、First In First Out）和接收FIFO，支持可編程的數(shù)據寬度、可編程的數(shù)據停止位、可編程的奇/偶校驗或者沒有校驗。UART 接口工作的最大速率為115.2kbit/s，默認支持9600bit/s 的速率，支持波特率掉電保存。</p><p>　　3.4.2 UART 接口信號定義</p><p>　　UART 接口信號定義如表3-8所示.</p><p&g

56、t;　　表3-8 UART 接口信號定義</p><p>　　3.4.3 UART接口DCE-DTE 配線</p><p>　　DCE-DTE 的連接關系如圖3-4 所示。</p><p>　　圖3-4 DCE-DTE 的連接關系</p><p>　　第四章 系統(tǒng)硬件設計</p><p>　　4.1土壤水分傳感器

57、的選擇與使用</p><p>　　4.1.1土壤水分傳感器的選擇</p><p>　　快速、準確地測定農田土壤水分，對于探明作物生長發(fā)育期內土壤水分的盈虧，以便適時做出灌溉、施肥決策和排水措施等具有重要意義。</p><p>　　由于土壤水分含量測定的特殊要求以及影響因子的復雜性，有關的測定方法都表現(xiàn)出這樣或那樣的不足，比如破壞性、不穩(wěn)定性、測定適用范圍的局限性、對

58、測定人員具有危害性及需要經常標定、價格昂貴等等，均對這些方法的適應性、測定結果的可靠性及由于價格原因的推廣性有極大的影響。經過綜合比較，本課題最終選定了電容式水分傳感器，對一定幾何結構的電容式水分傳感器，其電容量與兩電極間被測物料的介電常數(shù)有正比關系。由于水的介電常數(shù)比一般物料的介電常數(shù)要大得多，所以當土壤中的水分增加時，其介電常數(shù)相應增大，測量時水分傳感器給出的電容值也隨之上升，根據傳感器的電容量與土壤水分之間的對應關系可測出土壤的水

59、分。電容式水分傳感器的特點是精度高、量程寬、可測的物料品種多，而且響應速度也較快，可應用于在線監(jiān)測實現(xiàn)自動化。但靈敏度稍低，設備較復雜，價格稍貴。</p><p>　　根據被測物料不同，傳感器應有不同的結構，這里選用了Lw-02型水分傳感器。它已通過HUMREL的品質認證，可以很好工作于較惡劣的環(huán)境。它有小且易安裝的接頭，由于它是線性的電壓輸出濕度檢測模塊，因此能直接與微控制器相接，價格相對便宜，具有較高的性價比

60、。它適用范圍廣，可用于環(huán)境測控、溫室大棚、糧食倉儲等[6]。</p><p>　　4.1.2土壤水分傳感器的測量原理及其實現(xiàn)方法</p><p>　　眾所周知，空氣的介電常數(shù)為1，土壤的介電常數(shù)介于3-7，而自由介電常數(shù)達80. 36（20℃），這種巨大差異表明可以通過測量土壤介電特性來測定土壤含水量。 </p><p><b>　　電磁閥公式：<

61、/b></p><p>　　C=ξrC0=(1+X)C0 （4-1）</p><p>　　其中C0表示無介質(即在空氣中)時的電容</p><p>　　C一充入均勻介質后的電容</p><p>　　ξr一所充介質的相對介電常數(shù)(也稱電容率)</p><p>&

62、lt;b>　　X一介質的極化率</b></p><p>　　由上式可見，充入介質后，原空氣中的電容將增至ξr倍，介質不同則r不同，C也不同，通過C間接反映土壤含水量。</p><p>　　通過振蕩電路，很容易把C轉換成振頻頻率不同的電信號，把該信號通過單片機與其它電路轉換成標準信號輸出。土壤水分傳感器的原理框圖如圖4. 1所示。</p><p>　

63、　圖4.1土壤水分傳感器原理框圖</p><p>　　探頭的設計，這里以一根較粗的絕緣探針作為電容的正極，以八根連接在一起的絕緣探針作為電容的負極，這樣隨著夾在兩極板之間的介質的濕度不同，電容值也就不同，而土壤濕度不同，其介質系數(shù)也是不同的，從而實現(xiàn)了土壤濕度的數(shù)字化。在實驗中發(fā)現(xiàn)，采用兩極板的方式受土壤松緊度的影響較大，且不夠穩(wěn)定，影響了傳感器的穩(wěn)定性和可靠性，因此，采用了絕緣探針的方式，因為探針較尖，插入土壤

64、比較容易，且對土壤松緊度的影響較小，封閉性較好，能夠構成完整的閉合電容，系統(tǒng)比較穩(wěn)定。探頭的探針必須是絕緣的，這里采取了搪瓷的方法，因為瓷在土壤中不會被腐蝕，絕緣性好，且質地堅硬，耐-磨性較好，可以達到理想的效果。</p><p>　　通過一個555振蕩電路產生一個近似方波信號。由頻率計算公式f=1. 43/( RA+RB) C可知，在RA和C一定的情況下，只要改變RB的值，就可以改變輸出頻率f的值。這樣，整個電

65、路的調節(jié)就集中到電阻RB上了，只要調節(jié)電阻RB，就可以來調節(jié)電路的輸出；同時，振蕩器輸出波形的占空比為q=RA/ (RA+Ra )，只要RA與RB的比值越大，輸出的波形就越接近方波，得到的值就越接近理想值。取RA為100K，取RB為3K，這樣輸出的波形就近似為方波(RB為可調電阻)。在其他參數(shù)一定的情況下，電容值不同，輸出的波形周期也不同，從而實現(xiàn)了電容與周期的一一對應。</p><p>　　輸出的方波信號的頻率

66、是比較高的，因此需要通過一個CC4060芯片對其進行分頻，以便單片機能進行處理。我們經常需要把高頻信號加以分頻得到較低頻率的信號，CC4060有10個輸出端最小可得到16分頻，最大可得到16348分頻，這樣大的分頻范圍給了一個自由選擇的空間。 </p><p>　　經過16分頻的方波信號輸入AT89C51單片機，由軟件對輸入的信號進行處理，通過分段擬合，以降低誤差，同時進行查表計算，獲得相應的濕度值。利用看

67、門狗來實時監(jiān)控，還需要進行通訊編程并借助智能數(shù)據采集模塊實現(xiàn)與上位機之間的數(shù)據傳輸與命令傳輸。 </p><p>　　采用X25045對電路進行保護，在故障情況下對數(shù)據進行保存?？撮T狗電路在現(xiàn)在的電路設計中的應用是非常普遍的，X25045把三種常用的功能:看門狗定時器，電壓監(jiān)控和E2PROM組合在單個封裝之內，這種組合降低了系統(tǒng)

68、成本并減少了對電路板空間的要求?？撮T狗定時器對微控制器提供了獨立的保護系統(tǒng)。當系統(tǒng)故障時，在可選的超時周期之后，看門狗將以RESET信號作出響應。用戶可從三個預置的值中選擇此周期。一旦選定，即使在電源周期變化之后，此周期也不改變。利用X25045低Vcc檢測電路，可以保護系統(tǒng)使之免受低電壓的影響。當Vcc降到最小轉換點以下時，系統(tǒng)復位。復位一直確保到Vcc返回且穩(wěn)定為止。</p><p>　　單片機輸出的是RS2

69、32信號，其傳輸距離比較短，最大為15米，極大地限制了信號的傳輸：與之相比，RS485信號的傳輸距離可達到1200米左右，再加上兩級中繼后，能達到3000米以上。通過SN75LBC184對信號進行轉換，這樣，只要在上位機的端口加上一個D485轉換頭，就可以實現(xiàn)信號的轉換和數(shù)據的傳輸了。同時，SN75LBC184的片內A，B引腳接有高能量瞬變干擾保護裝置，這種結構能承受400W的過壓瞬變，從而顯著地提高了器件抗過壓瞬變的可靠性。普通的RS

70、485收發(fā)器很容易被過壓瞬變損壞，如果要有效加以保護，一般需外加包括隔離變壓器在內的保護器件。若使用LBC184，可直接與傳輸線相接而不需要任何外加保護元件，這提供了一種可靠、低價和簡單的設計方案。該器件還具有合適于電噪聲環(huán)境中的合用數(shù)據總線應用的許多特點[5]。</p><p>　　LW-O2土壤濕度傳感器的整體電路圖如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 土濕傳感器的整體電路圖

71、</p><p>　　4.1.3傳感器在田間的埋設</p><p>　　選擇合適的埋設位置和正確埋入傳感器是精確、可靠地進行土壤含水量測定所必須在進行埋設工作時要遵循下列一些原則：</p><p>　　埋設點應選在處理方便，不受田塊邊界作用影響，土壤、氣候、作物生長及灌溉系統(tǒng)都具有代表性的地段，此處不應干燥得太快，也不應處于低洼地或較其它部分位置積水時間長或更潮濕的

72、地塊。</p><p>　　必須埋在根系活動集中層內，該處為作物大部分吸水發(fā)生部位，需給予重點關注。最好能在各點或不同深度分層埋設若千傳感器。對于淺層根系作物，如大多數(shù)蔬菜作物，可在10~15cm， 25~40cm深度之間各埋一個。對于扎根較深的作物，如玉米、果樹等，可考慮在15cm， 40cm， 80cm處各埋一個，這時只有在三個傳感器的測量結果都顯示缺水時才開始灌溉。分層埋設時，應將各傳感器的導線頭引到埋設處

73、的地表，在導線頭上做好不同埋深的標記，以便和傳感器信號處理電路連接。 </p><p>　　對于較長時間的連續(xù)觀察，探頭最好能與垂線呈一定角度安放(一般取100~450)，這樣可以減小土壤的非均質性，作物根系的垂直生長特性以及垂直干裂</p><p>　　隙、蛆叫洞等的影響，并可克服垂直安放探頭易引發(fā)干裂縫及孔洞，從而造成降雨或灌水時水分沿探頭下滲的弊端。</p>&l

74、t;p>　　傳感器在洞內放好后，要加入少量細土，壓實，灌入少量水，然后再填一些土。同時應注意用細砂布裹在傳感器外，以避免砂粒進入探頭內影響測量效果。</p><p>　　總之，在傳感器埋設時，應請教有關專家，了解作物的有效根系活動范圍和土壤土質況，以便選擇好埋設傳感器的位置、深度和數(shù)量，保證測量結果的可信性 [8]。</p><p><b>　　4.2單片機的選擇</

75、b></p><p>　　4.2.1單片機的發(fā)展概況及其選擇</p><p>　　隨著電子技術、微電子技術的飛速發(fā)展，微型計算機發(fā)展很快，單片機作為計算機的一個獨特的分支，它是在一塊芯片上集成了多種功能部件所構成的一臺完整的、具有一定功能的單片微型計算機。</p><p>　　根據本課題的特點，這里選ATMEL公司89系列的標準型單片機AT89C51[18]&

76、lt;/p><p>　　89C51單片機性能與應用</p><p>　　AT89C51是一種低功耗、高性能的8位單片機，片內帶有一個4K字節(jié)的Flash可編程可擦除只讀存儲器(EPROM)，它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲器(NURAM)技術，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容。片內的Flash存儲器允許在系統(tǒng)內改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程器來編程。因

77、此AT89C51是一種功能強、靈活性高且價格合理的單片機，它可方便地應用在各種控制領域。[19]</p><p>　　AT89C51的主要性能有[20]:</p><p>　　與MCS-51微控制器產品兼容； </p><p>　　4KB可改編程序Flash存儲器；(可經受1， 000次的寫入/擦除周期)&

78、lt;/p><p>　　全靜態(tài)工作：0HZ-24MHZ； </p><p>　　三級存儲器保密； </p><p>　　128X8字節(jié)內部RAM；</p><p>　　32條可編程I/0線； </

79、p><p>　　2個16位定時器/計數(shù)器；</p><p><b>　　6個中斷源；</b></p><p><b>　　可編程串行通道；</b></p><p><b>　　片內時鐘振蕩器； </b></p><p>　　空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存片

80、內以RAM中的內容。</p><p>　　4.2.3 引腳功能</p><p>　　圖4.3是AT89C51的引腳結構圖，這個是40線雙列直插封裝(DIP)方式，下面分別敘述這些引腳的功能。</p><p>　　圖4.3 AT89C51單片機引腳圖</p><p>　?、僦麟娫匆_Vcc電源端，GND接地端；</p><p

81、>　?、谕饨泳w引腳XTAL 1和XTAL2引腳功能</p><p>　　XTALI連接外部晶體的一個引腳，在單片機內部，它是構成片內振蕩器的反相放大器的輸入。當用外部振蕩器時該引腳接收振蕩器的信號，即把此信號直接接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　XTAL2接外部晶體的另一個引腳，在單片機內部它是振蕩器的反相放大器的輸出，采用外部振蕩器時，引腳懸掛不連接。</p

82、><p>　?、劭刂苹蚺c其它電源復用引腳RST， /ALE/ PROG ， PSEN和EA /VPP RST復位輸入端，當振蕩器運行時，在該引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。</p><p>　　ALE/ PROG訪問外部存儲器時，ALE(地址鎖存允許)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)，正常工作時ALE以振蕩頻率1/6的固定速率輸出，并可為外部電路提供時序與時鐘信號，但在每次訪問外

83、部數(shù)據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。在對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(FROG)。</p><p>　　PSEN程序存貯允許( PSEN)輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51由外部程序存貯器取指令時，每個機器周期兩次PSEN有效(即輸出2個脈沖)，但在此期間內，每當訪問外部數(shù)據存儲器時，兩次PSEN有效信號都不輸出。 </p><p>　　EA/

84、VPP外部訪問允許端，要使CPU訪問外部程序存儲器(地址為0000H~FFFFH)，則右端必須保持低電平(接GND端)。當EA端保持高電平時(接Vcc端)時CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的程序，在Flash存儲器編程期間，此引腳用于施加12V的編程允許</p><p><b>　　電源VPP。</b></p><p>　　④輸入/輸出引腳P0.0~P0.7， P1.0~

85、Pl.7， P2. 0~P2.7， P3.0~P3.7 </p><p>　　P0端口(P0.0~P0. 7}是一個8位漏極開路型雙向I/O端口，它的地址是80H至87作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅動8個TTL輸入，對端口寫1時，可作為高阻抗輸入端用，在編程時P0端口接收指令字節(jié)。驗證程序時則輸出指令字節(jié)，此時要求外接上拉電阻。</p><p>　　P1端口(P1.0~P1.

86、7)是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/0端口，它的位地址是90H與97H. PI的輸出緩沖器可驅動4個TTL輸入，對端口寫1時可用作輸入口，此時那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數(shù)據存儲器時P2送出高8位地址，在訪問8位地址的外部數(shù)據存儲器時，P2引腳上的內容是專用寄存器(SPR)區(qū)中P2寄存器的內容，整個訪問期間不會改變。在對Flash編程和程序驗證期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。

87、</p><p>　　P3端口(P3. 0~P3.7)是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/0端口，除了一些與P1， P2部分相同的功能外，還有一些專門功能。如表1所示[6]：</p><p>　　表1 P3各端口引腳與兼用功能</p><p>　　4.3 振蕩器電路及復位電路設計</p><p>　　T89C51內部有一個用于構成片內蕩振器的高

88、增益反相放大器，引腳XTAL 1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端，這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構成一個自激振蕩器，振蕩電路的連接方法如圖3.4所示：</p><p><b>　　圖4.4 振蕩電路</b></p><p>　　圖中外接石英晶體(或陶瓷諧振器)以及電容C1或C2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。雖然對電容的大

89、小沒有嚴格的要求，但多少會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度穩(wěn)定性。外接石英晶體時，Cl和C2一般取(30pF士10pF)，外接陶瓷諧振器時，C1和C2一般取(40pF土10pF)，在此選用的是石英晶體，C1， C2均為30pF。</p><p>　　AT89系列與其它微處理器一樣，在啟動時都需要復位，使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。AT89C51的上電復位電路如圖

90、4.5所示。</p><p><b>　　圖4.5 復位電路</b></p><p>　　在RST復位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個電阻到地。上電復位的過程是在加電時，復位電路通過電容加給RST端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著Vcc對電容的充電過程而逐漸回落。為保證能可靠地復位，RST端的高電平信號必須維持足夠長的時間。在復位期間端口引腳處于隨機狀態(tài)，

91、復位后系統(tǒng)將端口置為全”1”態(tài)，除了端口寄存器的復位值為FFH，堆棧指針SP為07H， SBUF內為不定值外，其余的寄存器全部清0。內部RAM的狀態(tài)不受復位的影響，在系統(tǒng)上電時RAM的內容是不定的。若系統(tǒng)在上電時得不到有效的復位，則在程序計數(shù)器PC中將得不到一個合適的初值，CPU可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序[9]。</p><p><b>　　4.4存儲器的配置</b></p

92、><p>　　AT89C51單片機將程序存儲器和數(shù)據存儲器分為不同的存儲空間，程序存儲器只可讀不可寫，用于存放編好的程序和表格常數(shù)。AT89系列單片機可尋址的外部程序總空間為64KB，引腳接高電平時，執(zhí)行內部ROM中的命令，EA引腳接低電平時，單片機就從外部程序存儲器中取指令。數(shù)據存儲器在物理上和邏輯上分為兩個地址空間，一個為內部數(shù)據存儲器空間，一個為外部數(shù)據存儲器空間，外部數(shù)據存儲器的尋址空間可達64KB。<

93、/p><p>　　只有對于片內部無ROM的單片機或者程序較長，內部ROM不夠用時，才需擴展外部程序存儲器芯片；當數(shù)據量大內部RAM不夠用時，需擴展外部數(shù)據存儲器芯片。而本系統(tǒng)的數(shù)據量不太大，程序也不太長，選用的AT89C51單片機內部含有4KB的Flash閃速存儲器，128KB的RAM數(shù)據存儲器，即可滿足要求，因此不需擴展存儲器電路。 </p><p>　　AT89C51的4KB片內Fla

94、sh的地址為0000H~0FFFH，當把EA引腳連到Vcc，當?shù)刂窞?000H ~0FFFH時，即訪問內部Flash存儲器；當?shù)刂窞?000H~FFFFH時，訪問外部程序存儲器。AT89C51程序存儲器中，0000H~0002H單元用于初始化程序，單片機復位后，CPU總是從0000H單元開始執(zhí)行程序。另外，每個中斷在程序存儲器中都分配有一個固定的入口地址，中斷響應后CPU便跳到該單元，在這里開始執(zhí)行中斷服務子程序。每個中斷入口地址的間隔

95、為8個單元，外部中斷的入口地址為0003H，定時器0的入口地址為000BH，外部中斷1的入口地址為0013H，定時器1的入口地址為001BH，依此類推。如果一個中斷服務子程序足夠短的話，則可全部存放在這8個單元中。對較長的服務子程序，則利用一條跳轉指令跳過后續(xù)的中斷入口地址。 </p><p>　　內部數(shù)據存儲器的地址是8位的，低128KB的分配是：最低32個單(00H~1FH)是四個通用工作寄存器組，每個寄

96、存器組含有8個8位寄存器，編號為R0~R7。專用寄存器PSW(程序狀態(tài)字)中有2位(RS0, RS1)用來確定采用哪一個工作寄存器組，低128字節(jié)區(qū)中所有單元都既可通過直接尋址方式訪問，又可通過間接尋址方式訪問。雖然高128字節(jié)區(qū)與專用寄存器(SFR)區(qū)的地址是重合的(80H~FFH)，但實際上它們是分開的，究竟訪問哪一區(qū)是通過不同的尋址方式加以區(qū)分的。訪問SFR用直接尋址方式，訪問高128字節(jié)區(qū)時，采用間接尋址方式，并且僅在帶有256

97、KB RAM的單片機才有高128字節(jié)區(qū)。</p><p>　　4.5 數(shù)據采集處理電路</p><p>　　本電路主要用于傳感器信號的處理，由前面己知土壤水分的測定采用LW-02型水分傳感器，測量時需給其加+5.0VDC，傳感器的白、藍、黃接線分別為接地線、輸入電壓線、輸出電壓線。根據土壤水分含量的不同，直接可輸出不同的電壓信號，該信號經A/D轉換后成為數(shù)字信號，再傳輸至單片機內，本系統(tǒng)可

98、接八路傳感器信號。</p><p>　　4.5.1 模數(shù)轉換器的選擇</p><p>　　A/D轉換電路是數(shù)據采集系統(tǒng)的核心電路，它對采樣獲得的連續(xù)電壓(被測量信號從時間上離散化)轉換成數(shù)字量(數(shù)值上離散化)。任何A/D轉換器的最基本的特性都是轉換位數(shù)和轉換時間，轉換時間是指完成一次完整的A/D轉換所占有時間。在同樣模擬輸入電壓下，A/D轉換器的位數(shù)越高，標志著它的量化精度越高，但這會帶來

99、轉換速度減慢和轉換器價格上升的問題。 </p><p>　　A/D轉換器芯片種類繁多，但大量投放市場的單片集成或模塊A/D按其變換原理主要分為逐次比較式、雙積分式、量化反饋式和并行式A/D轉換器。雙積分式A/D轉換器轉換精度高，抗干擾能力強、價格低，但轉換速度較慢；并行式轉換器速度快，但價格高；逐次逼近式A/D轉換器，轉換精度較高、速度快，大約在幾微秒到幾百微秒之間，但抗干擾能力弱。但總的來講逐次逼近式A/D

100、轉換器性能價格比最優(yōu)，應用最廣泛，國內使用較多的芯片有ADC0808/0809,ADC0801，ADC0805及ADC0816/0817和AD574等。經過分析比較，這里選擇常用的中速、低廉的逐次逼近型A/D轉換器ADC0809芯片。</p><p>　　4.5.2 ADC0809引腳及接口電路設計</p><p>　　ADC0809是一種逐次逼近式8路模擬輸入，8位數(shù)字量輸出的A/D轉

101、換器。為了實現(xiàn)8路模擬信號的分時采集，片內設置了8路模擬選通開關以及相應的通道地址鎖存及譯碼電路，轉換后的數(shù)據送入三態(tài)輸出數(shù)據鎖存器，其轉換時間約為100ms。</p><p>　　A/D轉換過程主要包括：采樣量化及編碼，采樣是使模擬信號在時間上離散化，量化及編碼是把采樣后的值按比例變換成相應的二進制數(shù)碼。如8位A/D轉換器采集到OV電壓則變成00H數(shù)字信號，采集到5V電壓則變換成FFH數(shù)字信號，其他在0~5V之

102、間的模擬量都可轉換成00H~FFH之間的數(shù)字量。通過數(shù)字量運算比較的結果，實現(xiàn)對模擬量的測量及控制。ADC0809的引腳及模擬通道的地址碼如圖4.6所示： </p><p>　　圖4.6 ADC0809引腳圖</p><p>　?、買NO~IN7是8路模擬信號輸入端； </p><p>　?、贒0~D

103、7是8位數(shù)字量輸出端； </p><p>　?、跘 B C和ALE控制8路模擬通道的切換，A, B, C分別與三根數(shù)據線相連，三者編碼對應8個通道地址口。CBA =000~111分別對應INO~IN7通道地址； </p><p>　?、躉E START CLK為控制信號端。OE為輸出允許端，START為啟動信號輸入端，CLK為時鐘信號輸入端。</p><p

104、>　　⑤Vr(+)和Vr(-)，為參考電壓輸入端。</p><p>　　電源電壓Vcc由Vcc和GND引入，參考電壓Vr，由外部參考電壓源提供(典型值為5V)。</p><p>　?、轊OC是A/D轉換結束的標志信號，可作為微機處理機中斷或查詢信號，EOC端出現(xiàn)高電平時表示A/D轉換結束。</p><p>　　OE為數(shù)據輸出允許控制端，當給OE端輸入高電平時，

105、控制三態(tài)數(shù)據輸出鎖存器向外部輸出轉換結果數(shù)據。 </p><p>　　電路連接主要涉及兩個問題，一是8路模擬信號通道選擇，二是A/D轉換完成后轉換數(shù)據的傳送。圖中ADC0809的數(shù)據線D0~D7接于AT89C51的數(shù)據總線P0.0~ P0.7端，A/D轉換后的數(shù)據信號由P0口送入CPU。地址編碼端A, B, C直接與AT89C51的地址總線P2. 1, P2. 2, P2. 3相接，這三位的狀態(tài)決定選擇的通

106、道。8路模擬通道共用一個A/D轉換器，8路模擬信號分時轉換，每個瞬間只能轉換1路，各路之間的切換由軟件變換通道地址實現(xiàn)。 </p><p>　　AT89C51的/WR、/RD與P2. 0通過兩個邏輯門控制ADC0809的啟動、鎖存和輸出。當P2. 0= 0 ,/WR=0時，啟動0809； 當P2. 0=0,/RD=0時，讀轉換的結果，這些信號狀態(tài)由指令時序形成。從圖中可以看出把ADC0809的ALE信號與S

107、TART信號連接在了一起，這樣連接使得在信號的前沿寫入地址信號，緊接著在其后沿就啟動轉換。 </p><p>　　A/D轉換后得到的是數(shù)字量的模擬量，這些數(shù)據只有確認數(shù)據轉換完成后，才能進行傳送。有三種傳送方式：定時傳送方式、查詢方式、中斷方式，這里選用了定時傳送方式。即對于一種A/D轉換器來說，轉換時間是已知的和固定的，ADC0809的轉換時間為128us，可根據此設計一個延時子程序。A/D轉換啟動后，就

108、調用這個延時子程序，延遲時間一到，轉換肯定已經完成，接下來就可進行數(shù)據傳送。傳送時首先送出口地址并以而作選通信號，當/RD信號有效時，/OE信號即有效，把轉換數(shù)據送上數(shù)據總線，供單片機接收。ADC0809與AT89C51單片機接口電路圖如圖4.7所示[10]：</p><p>　　圖4.7 AT89C51與ADC0809接口電路</p><p>　　4.6顯示系統(tǒng)的電路設計</p&

109、gt;<p>　　單片機應用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有LED(發(fā)光二極管顯示器)和LCD(液晶顯示器)，這兩種顯示器成本低、配置靈活、與單片機接口方便，本系統(tǒng)選用簡單常用的LED顯示器，它具有價格低、壽命長、對電壓電流的要求低及容易實現(xiàn)多路等優(yōu)點。 </p><p>　　本系統(tǒng)中使用LED顯示塊構成4位LED顯示器，4位LED顯示器有4根位選線和8X4根段選線，段選線控制字符選擇，位選線控制顯示

110、位的亮、暗。根據顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同，LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式。靜態(tài)顯示方式下，每位段選線((a~dp)與一個8位并行口相連，每位可獨立顯示。只要在該位的段選碼上保持段選碼電平，該位就能保持相應的顯示字符，同一時間里每一位顯示的字符可以各不相同。但N位靜態(tài)顯示器要求有NX8根I/O接口線，占用I/O接口資源較多。所以在此選用動態(tài)顯示方法，即將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個8位I/O控制，而共陰極點

111、或共陽極點分別由相應的I/0口線控制，這樣簡化了電路，降低了成本。</p><p>　　LED動態(tài)顯示電路與單片機的接口電路見圖4.8所示[13]。</p><p>　　圖4.8 顯示接口電路</p><p>　　4位LED動態(tài)顯示需要一個8位I/O口和另外4位I/O口，其中一個控制段選碼，另外一個控制位選碼。由于所有位的段選碼皆由一個I/0控制，因此每個瞬間，只能