单片机自动微灌控制器的研究、设计与应用
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摘要
本论文详细地论述了由单片机为处理器的自动微灌溉控制器的硬件、软件设计、系统编程和抗干扰设计等方面的问题。本控制器以ATMEL公司的AT89C51单片机为核心，由传感器，信号处理电路，键盘、显示电路，输出控制电路，故障报警电路等构成。它能实现多路数据采集、多路控制信号输出，通过传感器自动检测土壤水分实现自动闭环控制和预编定时程序的时间控制等多种自动灌溉控制方式，并具有土壤水分超出设定范围自动报警功能。
硬件方面，土壤含水量的测量采用先进的HM1500电容式水分传感器；A/D转换采用了ADC0809芯片；键盘、显示分别采用了独立式按键和LED显示块；故障报警选用了压电式蜂鸣器；输出控制电路由三极管、光电耦合器、继电器、电磁阀等组成。软件设计采取了流行的模块化编程方法，软件程序的开发全部采用了C51高级语言。主要包含的程序有：主程序；键盘扫描子程序；A/D采样子程序；定时设定子程序等。同时，在软、硬件设计时均采取了有效的抗干扰措施。
经过实验室的连续调试实验证明：该控制器具有可靠性高、功能强等特点，有着广阔的开发应用前景。另外，本文对整个自动灌溉控制系统今后的进一步发展和完善提出了几点建议。
The hardware layout and software development for single chip microprocessor automatic micro-irrigation controller 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 display circuit, out port control circuit, malfunction alarm circuit as well as system software. This controller can control multi-input and multi-output. It can work in several ways such as closed loop control with sensors, opened loop control based on the preset timing program. In addition, it has automatic alarm function when the soil moisture exceeds the preset range.
As far as the hardware design is concerned, here chose the HM1500 capacitive moisture sensor as the soil moisture sensor, ADC0809 as the A/D conversion, independent key as the keyboard, LED display unit as the monitor display and chose the simple piezoelectric buzzer as the malfunction alarm device. The out port control circuit is composed of AT89C51, triode, photoelectric coupler, relay, electromagnetic valve and so on. The software designing adopt the popular modularized structure. The development of software programs apply C51 language entirely. The primary programs are main program, keyboard scanning subroutine, A/D sampling subroutine, timer presetting
subroutine. Meanwhile, the efficient anti-interference measures are adopted during the design of the hardware and software.
The successive debug experiments prove that this controller is characterized by high reliability, capable control function. The system has a bright prospect for development and application. In addition, suggestions about further development and improvement of the irrigation controller are made in this paper.
硬件方面，土壤含水量的测量采用先进的HM1500电容式水分传感器；A/D转换采用了ADC0809芯片；键盘、显示分别采用了独立式按键和LED显示块；故障报警选用了压电式蜂鸣器；输出控制电路由三极管、光电耦合器、继电器、电磁阀等组成。软件设计采取了流行的模块化编程方法，软件程序的开发全部采用了C51高级语言。主要包含的程序有：主程序；键盘扫描子程序；A/D采样子程序；定时设定子程序等。同时，在软、硬件设计时均采取了有效的抗干扰措施。
经过实验室的连续调试实验证明：该控制器具有可靠性高、功能强等特点，有着广阔的开发应用前景。另外，本文对整个自动灌溉控制系统今后的进一步发展和完善提出了几点建议。
The hardware layout and software development for single chip microprocessor automatic micro-irrigation controller 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 display circuit, out port control circuit, malfunction alarm circuit as well as system software. This controller can control multi-input and multi-output. It can work in several ways such as closed loop control with sensors, opened loop control based on the preset timing program. In addition, it has automatic alarm function when the soil moisture exceeds the preset range.
As far as the hardware design is concerned, here chose the HM1500 capacitive moisture sensor as the soil moisture sensor, ADC0809 as the A/D conversion, independent key as the keyboard, LED display unit as the monitor display and chose the simple piezoelectric buzzer as the malfunction alarm device. The out port control circuit is composed of AT89C51, triode, photoelectric coupler, relay, electromagnetic valve and so on. The software designing adopt the popular modularized structure. The development of software programs apply C51 language entirely. The primary programs are main program, keyboard scanning subroutine, A/D sampling subroutine, timer presetting
subroutine. Meanwhile, the efficient anti-interference measures are adopted during the design of the hardware and software.
The successive debug experiments prove that this controller is characterized by high reliability, capable control function. The system has a bright prospect for development and application. In addition, suggestions about further development and improvement of the irrigation controller are made in this paper.
引文
[1] 西北农大水土工程研究所主编．西北地区农业节水与水资源持续利用．中国农业出版社，1994．4．
[2] 山仑，黄占斌等．节水农业．暨南大学出版社，清华大学出版社，2000．
[3] 水利部农村水利司．灌溉管理手册．水力电力出版社，1994．
[4] 李世英．我国设施农业灌溉设备的现状与亟待研究的问题．排灌机械，1998(1)．
[5] 马学良．国内外设施农业节水灌溉设备技术现状与发展．节水灌溉，1999(2)．
[6] Micro—Master~(TM) USER GUIDE. James Hardie Irrigation Pty Limited.
[7] 许建中．微灌微喷工程自动监控系统．水利电力技术，1995(4)．
[8] 毛慎建，张文革等．智能化灌溉控制器．喷灌技术，1995(2)．
[9] 胡若愚，郭翠英等．微(喷)灌单扳机自控系统的开发．西北水资源与水工程，第三卷，1993(3)．
[10] 熊运章，宋松柏等．计算机在农业水土工程中的应用．清华大学出版社，1998．
[11] 景东升．单片机自动灌溉控制系统研究、设计及应用．[学位论文]．北京农业工程大学，1994．
[12] 汪志农．灌溉排水工程学．中国农业出版社，2000．
[13] 李洁．作物的生理节水及需水关键期．节水灌溉，1999(1)．
[14] 段爱旺．时域反射仪(TDR)及其应用．灌溉排水，1999(4)．
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[18] 张洪润，蓝清华等．单片机应用技术教程．清华大学出版社，1998．
[19] 余永权．ATMEL89系列Flash单片机原理及应用．电子工业出版社，2000．
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[25] 李成华，栗震霄等．现代测试技术．中国农业出版社，2001．
[26] 陈汝全，林水生等．实用微机与单片机控制技术．电子科技大学出版社，1998．
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[28] 柯南．非常电路图设计．中国铁道出版社，2000．
[29] 胡汉才．单片机原理及其接口技术．清华大学出版社，1998．
[30] 李成华，杨世凤等．机电一体化技术．中国农业出版社，2001．
[31] 马志勇．常用自动化控制器件手册．机械工业出版社，1996．
[32] 余永权，李小高等．单片机应用系统的功率接口技术．北京航空航天大学出版社，1992．
[33] 柯南．非常电路板设计．中国铁道出版社，2000．
[34] 王彤．PC机在测量和控制中的应用．哈尔滨工业大学出版社，1995．
[35] 吴正毅．测试技术与测试信号处理．清华大学出版社，1995．
[36] 赖麒文．8051单片机C语言彻底应用．科学出版社，2002．
[37] 徐爱钧，彭秀华等．单片机高级语言C51应用程序设计．电子工业出版社，1998．
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[42] 陈伟人．MCS-51系列单片机实用子程序集锦．清华大学出版社，1993．
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