单片机的智能灌溉控制系统设计
目 录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 论文的主要内容 1
1.3论文的结构框架 1
2 系统总体设计 2
2.1系统总体设计目标 2
2.2 系统总体设计方案 2
3 硬件系统设计 3
3.1 温湿度传感器 3
3.1.1 温湿度传感器的选型 3
3.1.2 DHT11的性能说明 3
3.2 单片机 5
3.2.1 单片机的选型 5
3.2.2 89C52单片机的引脚图 5
3.3 显示系统设计 5
3.4 串口通信系统设计 6
3.4.1 串口芯片 6
3.4.2 串口连接器 7
3.5 执行系统设计 9
3.5.1 电路设计 9
3.5.2 变频器参数的设置 11
4 模糊控制器设计 12
4.1 模糊控制的特点 12
4.2 模糊控制器的设计 12
4.3 模糊控制的算法设计 12
4.3.1 精确量的模糊化 12
4.3.2 模糊控制规则的确定 13
4.5.3 解模糊 13
5软件系统设计 19
5.1 系统程序设计 19
5.2 温湿度采集子程序设计 20
5.3 显示子程序设计 20
6 VB上位机设计 22
6.1 简介 22
6.2 VB6.0串行通信控件的介绍 22
6.3 VB6.0中MSC通信控件的属性 22
6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
.4 VB上位机窗体设计 22
7 系统调试 24
7.1 系统调试方法 24
7.2 线路板介绍 24
7.3 实验背景 24
7.4 实验结果分析 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附录 29
1 绪论
1.1 引言
我国是一个农业大国，对于农田灌溉的历史可以追溯到几千年前，虽然农业在我国已经经过了几千年的发展，但是其现代化水平仍然不高。在我国普遍采用的引水到田的传统灌溉方式在灌溉过程中无法准确知道农作物的需水量，完全凭借经验进行灌溉，而这样会很大程度上造成水资源的浪费。
随着计算机技术和传感器技术的迅猛发展，计算机和传感器的价格变得很低，并且性能可靠，所以用户计算机和传感器技术来发展农业生产时可行的。特别对于我国来说，以此来改造农业声场，实施节水灌溉已成为一件必须的大事。在本设计中设计了一套对土壤温湿度进行自动监控的系统，并且可以根据土壤的温湿度对作物进行适量的灌水，起到节水、节能的作用。该系统可以提高操作准确性和管理的科学性，并大大减少了劳动量。
1.2 论文的主要内容
本论文主要研究单片机控制的基于模糊控制的自动灌溉系统，对土壤温湿度与农作物灌水量之间的关系和灌溉系统软硬件各部分之间的研究。
1.对自动灌溉系统进行系统的整体设计；
2.因为土壤的温湿度难以用精确的数学模型描述，采用了模糊控制策略进行研究并计算出农田的灌溉水量。
1.3论文的结构框架
本文第一章是绪论，主要介绍了节水灌溉的背景和研究意义。第二章对于灌溉系统的设计进行了介绍，画出了系统的流程图和框架。第三章是硬件系统的设计，主要是温湿度采集部分设计，对于系统中所要用到的单片机，传感器的设备进行了选型和介绍，并画出了具体的电路图。第四章是模糊控制器的设计，给出了模糊推理判决，并使用MATLAB软件得出了隶属函数和模糊控制表。第五章是软件系统的设计，画出了程序设计的流程图。第六章进行了VB上位机的设计，可以对温湿度进行实时显示。第七章讲述了实物的调试过程并给出了实物图。
2 系统总体设计
2.1系统总体设计目标
对于农田灌溉的历史可以追溯到几千年前，虽然农业在我国已经经过了几千年的发展，但是其现代化水平仍然不高。在我国普遍采用的引水到田的传统灌溉方式在灌溉过程中无法准确知道农作物的需水量，完全凭借经验进行灌溉，而这样会很大程度上造成水资源的浪费。
2.2 系统总体设计方案
系统组成如图2-1所示，由四个基本单元构成：温湿度采集单元，显示单元，上位机单元，执行单元。
图2-1 系统组成框图
温湿度采集单元是通过温湿度传感器，对需要采集的数据进行采样并传送给单片机进行处理，准备送入显示模块。
显示单元是将经过处理的数据实时显示在数码管上，是的灌溉系统所需的温湿度数据直观可视。
上位机显示控制单元，是单片机将温湿度数据通过串口通信实时传送到远处的PC机上，使得可以对农田土壤的温湿度进行远程监控。
执行单元是变频器和水泵，通过向农田输送水来调节农田土壤的温湿度。
3 硬件系统设计
3.1 温湿度传感器
3.1.1 温湿度传感器的选型
根据传感器的性价比，抗干扰能力，响应时间等因素，通过对市场上多种温度和湿度传感器的反复比较，本设计最终采用的是DHT11数字温湿度传感器。
3.1.2 DHT11的性能说明
DHT11温湿度传感器输出单总线数字信号，供电电压为3.3-5.5V 的直流电，测量范围温度为温度0-50℃，湿度为20-90%RH。测量精度温度为+-2℃，湿度为+-5%RH。分辨率为温度1℃，湿度1%RH。
表3-1 DHT11引脚说明
Pin 名称 注释
1 VDD 供电
2 DATA 串行数据，单总线
3 NC 空脚
4 GND 接地，电源负极
3.1.3 DHT11和单片机的接口
DHT11温湿度传感器连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻，如图3-1所示。
图3-1 DHT11温湿度传感器的接口说明
3.1.4 DHT11的通讯过程
DHT11的通讯过程如图3-2所示。当开始信号从主机发送完之后，温湿度传感器DHT11发送信号响应主机，。从模式下，DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,只有接收到开始信号之后，传感器才会进行数据采集。在采集数据结束之后，DHT11重新变回低速模式。
图3-2 DHT11的通讯过程
总线空闲时为高电平,主机先把总线拉低，等待传感器响应主机,这一段时间要大于18毫秒,这样才能保证DHT11可以收到开始信号。
温湿度传感器DHT11的初始化过程见图3-3。
MAX232芯片由三部分组成：电荷泵电路，数据转换通道，供电部分。
电荷泵电路由4个电容和1-6脚构成。该电路产生+12v和-12v两个电源，给RS-232供电，并且还具有抗干扰作用。
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 论文的主要内容 1
1.3论文的结构框架 1
2 系统总体设计 2
2.1系统总体设计目标 2
2.2 系统总体设计方案 2
3 硬件系统设计 3
3.1 温湿度传感器 3
3.1.1 温湿度传感器的选型 3
3.1.2 DHT11的性能说明 3
3.2 单片机 5
3.2.1 单片机的选型 5
3.2.2 89C52单片机的引脚图 5
3.3 显示系统设计 5
3.4 串口通信系统设计 6
3.4.1 串口芯片 6
3.4.2 串口连接器 7
3.5 执行系统设计 9
3.5.1 电路设计 9
3.5.2 变频器参数的设置 11
4 模糊控制器设计 12
4.1 模糊控制的特点 12
4.2 模糊控制器的设计 12
4.3 模糊控制的算法设计 12
4.3.1 精确量的模糊化 12
4.3.2 模糊控制规则的确定 13
4.5.3 解模糊 13
5软件系统设计 19
5.1 系统程序设计 19
5.2 温湿度采集子程序设计 20
5.3 显示子程序设计 20
6 VB上位机设计 22
6.1 简介 22
6.2 VB6.0串行通信控件的介绍 22
6.3 VB6.0中MSC通信控件的属性 22
6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
.4 VB上位机窗体设计 22
7 系统调试 24
7.1 系统调试方法 24
7.2 线路板介绍 24
7.3 实验背景 24
7.4 实验结果分析 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附录 29
1 绪论
1.1 引言
我国是一个农业大国，对于农田灌溉的历史可以追溯到几千年前，虽然农业在我国已经经过了几千年的发展，但是其现代化水平仍然不高。在我国普遍采用的引水到田的传统灌溉方式在灌溉过程中无法准确知道农作物的需水量，完全凭借经验进行灌溉，而这样会很大程度上造成水资源的浪费。
随着计算机技术和传感器技术的迅猛发展，计算机和传感器的价格变得很低，并且性能可靠，所以用户计算机和传感器技术来发展农业生产时可行的。特别对于我国来说，以此来改造农业声场，实施节水灌溉已成为一件必须的大事。在本设计中设计了一套对土壤温湿度进行自动监控的系统，并且可以根据土壤的温湿度对作物进行适量的灌水，起到节水、节能的作用。该系统可以提高操作准确性和管理的科学性，并大大减少了劳动量。
1.2 论文的主要内容
本论文主要研究单片机控制的基于模糊控制的自动灌溉系统，对土壤温湿度与农作物灌水量之间的关系和灌溉系统软硬件各部分之间的研究。
1.对自动灌溉系统进行系统的整体设计；
2.因为土壤的温湿度难以用精确的数学模型描述，采用了模糊控制策略进行研究并计算出农田的灌溉水量。
1.3论文的结构框架
本文第一章是绪论，主要介绍了节水灌溉的背景和研究意义。第二章对于灌溉系统的设计进行了介绍，画出了系统的流程图和框架。第三章是硬件系统的设计，主要是温湿度采集部分设计，对于系统中所要用到的单片机，传感器的设备进行了选型和介绍，并画出了具体的电路图。第四章是模糊控制器的设计，给出了模糊推理判决，并使用MATLAB软件得出了隶属函数和模糊控制表。第五章是软件系统的设计，画出了程序设计的流程图。第六章进行了VB上位机的设计，可以对温湿度进行实时显示。第七章讲述了实物的调试过程并给出了实物图。
2 系统总体设计
2.1系统总体设计目标
对于农田灌溉的历史可以追溯到几千年前，虽然农业在我国已经经过了几千年的发展，但是其现代化水平仍然不高。在我国普遍采用的引水到田的传统灌溉方式在灌溉过程中无法准确知道农作物的需水量，完全凭借经验进行灌溉，而这样会很大程度上造成水资源的浪费。
2.2 系统总体设计方案
系统组成如图2-1所示，由四个基本单元构成：温湿度采集单元，显示单元，上位机单元，执行单元。
图2-1 系统组成框图
温湿度采集单元是通过温湿度传感器，对需要采集的数据进行采样并传送给单片机进行处理，准备送入显示模块。
显示单元是将经过处理的数据实时显示在数码管上，是的灌溉系统所需的温湿度数据直观可视。
上位机显示控制单元，是单片机将温湿度数据通过串口通信实时传送到远处的PC机上，使得可以对农田土壤的温湿度进行远程监控。
执行单元是变频器和水泵，通过向农田输送水来调节农田土壤的温湿度。
3 硬件系统设计
3.1 温湿度传感器
3.1.1 温湿度传感器的选型
根据传感器的性价比，抗干扰能力，响应时间等因素，通过对市场上多种温度和湿度传感器的反复比较，本设计最终采用的是DHT11数字温湿度传感器。
3.1.2 DHT11的性能说明
DHT11温湿度传感器输出单总线数字信号，供电电压为3.3-5.5V 的直流电，测量范围温度为温度0-50℃，湿度为20-90%RH。测量精度温度为+-2℃，湿度为+-5%RH。分辨率为温度1℃，湿度1%RH。
表3-1 DHT11引脚说明
Pin 名称 注释
1 VDD 供电
2 DATA 串行数据，单总线
3 NC 空脚
4 GND 接地，电源负极
3.1.3 DHT11和单片机的接口
DHT11温湿度传感器连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻，如图3-1所示。
图3-1 DHT11温湿度传感器的接口说明
3.1.4 DHT11的通讯过程
DHT11的通讯过程如图3-2所示。当开始信号从主机发送完之后，温湿度传感器DHT11发送信号响应主机，。从模式下，DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,只有接收到开始信号之后，传感器才会进行数据采集。在采集数据结束之后，DHT11重新变回低速模式。
图3-2 DHT11的通讯过程
总线空闲时为高电平,主机先把总线拉低，等待传感器响应主机,这一段时间要大于18毫秒,这样才能保证DHT11可以收到开始信号。
温湿度传感器DHT11的初始化过程见图3-3。
MAX232芯片由三部分组成：电荷泵电路，数据转换通道，供电部分。
电荷泵电路由4个电容和1-6脚构成。该电路产生+12v和-12v两个电源，给RS-232供电，并且还具有抗干扰作用。
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