北航自动化学院信号大作业设计的报告.docx

信号大作业设计报告——精确控制的自动灌溉系统摘要：当今社会水资源短缺，而灌溉又是一件需要用水的重要行业。本文侧重研究设计大面积自动浇灌系统。通过对待浇灌土地温度、湿度、和管道流量监测，达到较为精确的滴灌控制。该自动浇灌系统分为流量测量系统、温度测量系统、湿度测量系统、控制系统、灌溉系统。其中重点对前三个传感器系统进行介绍。关键词：自动浇灌温度湿度管道流量系统功能描述该自动浇灌系统用于实现大面积的农业灌溉。众所周知，如今大量使用得的灌溉技术大致有漫灌、喷灌、滴灌，其中以漫灌水资源利用率最低而滴灌最高。我国大部分应用漫灌和喷灌，这对于我国水资源缺乏的国情十分不利，所以本设计重在设计一款自动、职能、高效的农业滴灌系统，以改善灌溉情况。本设计可实现功能大致如下：通过环境温度情况和土壤湿度情况决定是否对植物进行浇灌，当温度适合浇灌且土壤比较干燥时，对植物进行精量灌溉，当土壤湿度达标时，停止灌溉。下次土壤再干燥时继续灌溉。灌溉所需用水来自水龙头，通过流量传感器对水量进行精确控制。总体方案设计传感器选择本设计系统主要应用湿度传感器、温度传感器、流量传感器三大类实现对植物环境、水箱情况的监控。设计原理具体设计环境温度监控与灌溉调节温度传感器原理此温度测量系统采用 DS1820 数字温度传感器和 AT89C82 单片机构成测温子系统。以下是二者详细介绍。DS1820温度传感器特性温度参数监测和控制对于机械设备的正常运行至关重要。以往的温度采集系统都是采用模拟信号温度传感器和 A/ D 转换等电路来实现 ,其电路不仅结构复杂而且成本高。在最近研制的空压机组微机监控无人值守系统中 ,采用 DS1820 数字温度传感器和 AT89C82 单片机构成测温子系统。DS1820 采用独特的安装方式 ,即装贴在轴承及其他容器、管道的表面 ,进行温度测控。　DS系列数字温度传感器功能特性为: (1) 测量范围 - 55 ℃～ + 125 ℃,分辨率 0. 5 ℃; (2) 单线接口 ,只需 1 个接口就可完成温度转换的读写时间片的操作; (3) 9 位数字方式读温度 ,典型转换时间为 1 s; (4) 用户可定义非易失性温度告警设置; (5) 典型的供电方式为 3 线制 ,亦可采用寄生电源供电的 2 线制。DS1820温度传感器操作命令及时序特性DS1820 获得温度信息的操作顺序 ,亦即外部微处理器经过单线接口访问 DS1820 的协议(protocol) 如下:(1) 初始化命令 ,由单片机发一复位脉冲 , DS1820 送出存在脉冲; (2) ROM操作命令 ,有读 ROM、匹配 ROM、有哪些信誉好的足球投注网站 ROM、跳过 ROM和告警有哪些信誉好的足球投注网站等; (3) 存储器操作命令 ,有读、写和复制暂存存储器以及重调非易失性存储器等; (4) 温度变换命令。单片机通过单线对 DS1820 读写时间片来进行读写数据操作 ,所有操作均通过对 DS1820 写 1 和写 0 时间片以及单片机本身的延时来实现。测量电路实现硬件电路设计DS1820 温度测控子系统本系统采集的温度信号有曲轴和电机轴承各两套 ,每套两端各装一片 DS1820 ,共需 8 片 DS1820 ,加上 2 点室内环境温度 ,采用 10 个 DS1820 数字温度；传感器和 AT89C52 单片机构成的温度采集板 ,所有温度参数在 - 10 ℃～120 ℃范围内变化 ,符合 DS1820 对所测温度的要求。测控子系统构成如图 1 所示 , 其中 P1. 5 和 P1. 6 预留作为报警之用。图 1 　温度测控子系统原理图该板采用 ATMEL 公司的性能价格比较好的 AT89C52 单片机和专用的 RS - 232C 接口芯片 MAX202E ,图中示出单片机与 DS1820 的连接原理 , 实际上 10 个器件均并接在一起 ,每一片 DS1820 有 一个自己的序列号 ,单片机与 DS1820 通过单线串行 通信 ,单片机向某一 DS1820 写入序列号并启动转 换 ,约一秒后 ,再将结果读入单片机 ,然后进行下一 个 DS1820 操作。过程中其读写须经过一定的延时 , 延时时间根据不同的单片机晶振频率进行调整。软件设计　DS1820 温度采集软件分温度采集模块和通信模块两个部分。温度采集模块循环采集 10 路 DS1820 温度参数并存放在 AT89C52 的 40H至 53H单元中 ,每一路温度占用 2 个存储单元 ,补偿和处理后的温度值存放在 60H至 73H单元中 ,工控机通过 RS - 232C串口每次将此 20 个字节数据定时接收。具体通信方式是 ,首先由工控机发出一通信命令 ,单片机接收到该命令后 ,通过串口中断逐一发送 20 个数据。温度采集程序如图 2 所示。首先离线编制一个 DS1820 序列号读出