单片机的农田灌溉模拟或
摘 要在我们所面对的全智能模式化下，在大数据信息化的工业潮流下，农业的生产也会，也应该广泛运用大数据，进行减少人力的工作。而基础在于单片机。在基于单片机的，农田灌溉的模拟的设计中，以单片机AT89C51为主要的控制器。这个灌溉模拟智能控制系统是由温湿度感应模块、急停报警模块、LCD液晶显示模块、继电器阀门开启驱动模块等所组成得。当温湿度达到设定值，温湿度传感器就会被触发，此时继电器便开始工作，驱动水阀门以及喷雾，电磁阀门打开，喷雾或者铺设水管放水，实施灌溉。通过这种方式来实现智能农田灌溉的系统控制，在系统控制的智能工作的过程中，可以配合LCD液晶显示器能够实时地显示出水阀的工作状态，同时可以设置急停开关来防止设备故障时过多灌溉。也不会造成水资源的一种浪费。ABSTRACT In the face of intelligence and information industry trends, agricultural production should also be widely used in large data. It based on the AT89C51 microcontroller, the design and Simulation of farmland irrigation. The intelligent control system is composed of temperature and humidity sensor module, photoelectric sensor module, emergency stop alarm module, LCD module, relay valve driver module and so on.Temperature and humidity sensor will be triggered, the relay began to work to drive the water valve and spray , the solenoid valve open, spray or laying water pipes, irrigation. This way to achieve the intelligent irrigation control system, int
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elligent control system in the process of working in with LCD liquid crystal display can display in real time the valve working condition, and can set the emergency stop switch to prevent equipment failure when excessive irrigation. It will not cause a waste of water resources.Keywords: AT89C51 MCU; Temperature sensor LCD liquid crystal display; humidity sensor声 明 1摘 要 1一、 引言 1二、硬件介绍与设计方案 2（一）课题简单的硬件（二） 方案设计的陈述 2三、硬件设计 4(一)AT89C51单片机芯片 4(二)时钟电路 4（三）复位电路 5(四)LCD液晶显示电路 5(五)温度传感器电路 7(六)湿度传感器检测电路 8(七)电磁阀的驱动电路 9(八)报警电路 10四、软件设计 11(一)主程序流程图 11(二)液晶的显示的流程 11五、仿真与试验 13(一)仿真图与实验 13(二)仿真结果 14六、总结与展望 15参考文献 15致 谢 16 引言时代在往数字化信息化智能化发展，几乎智能化涉及到了生活的方方面面，而农业也将迎来科技的福利，而这一切的基础将会是从一个小小的单片机开始。现在已经有很大一部分农户在大棚种植时运用了手控喷雾灌溉技术。但是这种方式不高效，不能做到智能灌溉，达到科学高效种植，从而解放双手，解放大量的人力监控。根据以上的情况，这一次设计是一款廉价而容易上手的单片机的智能农田灌溉模拟系统的设计，理想状态下，农田或者是种植区湿度感应达到所设定的标准，温湿度传感器会被触发，此时继电器开始工作驱动水阀门以及喷雾，电磁阀门打开，喷雾或者铺设水管放水。所以本设计就是通过这种方式来实现智能农田灌溉的系统控制。在系统控制的智能工作的过程中，可以配合LCD液晶显示器能够实时地显示出水阀的工作状态，同时可以设置急停开关来防止设备故障时过多灌溉。这样一来也不会造成水资源的一种浪费。这种智能的控制设计，对未来农田灌溉全面实现智能化的控制将会起到一定的推进作用，会从机械化向信息化迈上一小步。同时对未来电子通信行业的发展也会有益处，更是可以说将我自己将所学的专业和知识与人们的生活贴紧密结联合起来了，对自身专业的能力提高也是相当有意义。我国是农业大国，土壤流失严重。所以就需要一种精准化、数字化的环保灌溉方式——温湿度控制灌溉，这也是我的设计所模拟的工作。二、硬件介绍与设计方案（一）课题简单的硬件客观上系统主要是由单片机控制电路、温湿度感应模块、急停按钮模块、LCD液晶显示体现模块、继电器阀门开启驱动与电源电路组成的。如下图1所示。图1系统各单元连接图方案设计的陈述基于单片机的农田灌溉模拟的设计之中是采用AT89C51主控制单元来完成驱动的工作的；显示的系统部分是由LCD1602液晶显示器单元来组成的；辅助的系统由继电器电位单元来开启驱动模块；急停的系统部分独立可急停相关相联响应。当农田需要灌溉时，也就是说此时温度模块检测到信号，阀门灌溉模块进入到待命状态，只要湿度传感器检测到湿度峰谷值与设定符合，此时继电器会用来驱动水阀门，电磁阀门被打开，出水灌溉农田。用这种的方式方法来实现农田灌溉的系统控制，在这一整个的灌溉农田的工作的过程中，LCD1602液晶显示器怎会每时每刻的显示出这个水阀门的工作的状态，如果水阀门处于一直打开，灌溉时间过长，系统会声光报警并中断灌溉，防止一个过度的灌溉造成农作物人为的死亡。在这一次的设计中还添加了手动的控制性开关，当相关的感应器出现了问题后，可以启动备用的手动开关来实现阀门的闭合则是出水控制的实现。?基于单片机的农田灌溉模拟中，通过该系统的设计需要能够实现电磁阀门的的智能的开启与闭合，所以本次的设计需要实现的要求如下：（1）通过温度传感器来收集环境的温度信号。（2）通过湿度传感器来采集是否需要进行农田的灌溉。（3）通过LCD1602液晶的显示器显出阀门的工作的状态和温湿度的数值。（4）检测到采集的数据相互响应在一个范围内，电磁阀门会响应打开，水龙头出水灌溉农田。（5）当灌溉一直超过十分钟（具体根据实际农作物设定）的时长，这时阀门控制系统就会报警并中断灌溉。（6）当农田灌溉的控制系统处于故障或者非正常状态后，可以启用备用的手动控制开关进行控制，来实现灌溉的出水与否。三、硬件设计(一)AT89C51单片机芯片基于单片机的农田灌溉模拟中，是需要通过主控制器来实现电磁阀门的开启闭合的工作的。AT89C51单片机的引脚的图如下图2所示。图2 单片机AT89C51在这款芯片当中，它是系统的最主要处理器，工作的实现的功能是有几点：它可以设定定时的功能，内部定时器实现这一功能；数据的中断计算的功能，使用芯片内部中断指令，实现数据的计数；该单片机在系统工作的过程中，其功耗极低，是一大优点，特别是在非工作的情况下，单片机的耗电量甚至不会超过几微安。使用AT89C51主控制单元来实现系统驱动。通过这款单片机的IO口来实现数据的传输和控制。AT89C51单片机一共计有40个引脚，单片机中IO端口的引脚共计32个，主要由P0口、P1口、P2口、P3口，剩余的8位中2个VCC和GND是的单片机的电源端口，一个复位端口RST，还有2个晶振引脚XTAL1和XTAL2。其余的还有3个控制/PSEN、ALE/PROG、/EA/VPP引脚。(二)时钟电路基于单片机的农田灌溉模拟中，AT89C51单片机的主控制芯片来工作，采用单片机时钟电路来提供时钟周期。当单片机芯片工作后，此时单片机的XTAL2以及单片机的XTAL1中的2个晶振引脚开始工作，驱动外围的一个石英晶体12MHZ以及2个陶瓷的电容构成的晶振振荡电路，该电路不断的振荡工作，会产生1us的机器周期，保证单片机能提高的指令时间为1us。设计的时钟电路如图3所示：图3时钟电路（三）复位电路基于单片机的农田灌溉模拟中，采用单片机复位电路来实现单片机的复位或者单片机的初始化，以此保证水阀门系统装置的可靠运行。农田灌溉系统的单片机复位电路如图4所示：图4单片机复位电路单片机复位电路中，整个灌溉控制系统在启动后，RST的引脚启动后的有一个瞬间的高电平，及复位单片机。若是单片机在整个工作的过程中，一发现控制系统的装置不能够依旧可靠的工作，则需要按下S1按键，这样，才能够说可以保证了单片机的初始化，单片机可以再继续运行工作。(四)LCD液晶显示电路 基于单片机的农田灌溉模拟，将电磁阀门以及温湿度的工作状况状态可以通过显示器来输出显示，便于用户实时了解其工作情况。基于单片机的农田灌溉模拟中，显示电路的设计如图5所示。图5显示电路显示电路的工作原理：在单片机开始工作后，LCD液晶显示器接入供电电源，LCD液晶显示器进入工作状态，同时显示器屏幕初始化、并且单片机初始化。单片机通过2个外部的传感器检测到的信号，利用显示器的P0.0到P0.7这8个引脚端口实现检测数据的传输，并将相应的检测数据分别一一对应传输给LCD1602液晶显示器的D0-D7数据端口。在显示器的控制显示过程中，采用单片机主控制单元实现对LCD的控制端口进行命令控制。本次设计中，将主控制单元的P2.0、P2.1、P2.2的3个控制端口接入到显示器的3个引脚RS、RW、E端口。在进行数据传输显示的过程中，通过主控制器单片机来实现对这3个引脚RS、RW、E端口实现指令控制，从而实现数据的输出显示。(五)温度传感器电路基于单片机的农田灌溉模拟中，温度传感器来收集数据是否有人需要进行阀门灌溉。基于单片机的农田灌溉模拟中，根据必要的作用设计的要求完成的温度传感检测电路图如图6所示。图6 温度传感电路图这一个设计中所用到的温度传感器的规格是DS18B20，其中内部功能的模块有4部分：配置寄存器、非易失性的温度的报警触发器、温度传感器、64位光刻R0M。上下限温度报警的触发器是可以被寄存器写入的。如果在配置寄存器中R1，R0时：R1R0＝00,9位精度；R1R0 = ‘01,10位精度；R1R0 = 10,11位精度；R1R0 =11,12位精度；在没有编程的时候默认的为12位精度。DS18B20的读写操作的过程如下1.初始化：（1）将数据线拉高“1”（2）延时（3）拉到低电平0（4）延时700微秒（5）拉到高电平1（6）延时等待（7）当读到低电平0后，其延时最少要500微秒（8）再一次的把数据线拉到一个高电平1后结束。2.写操作：（1）将数据线拉低“0”（2）延时（3）拉到高电平（4）延时45微秒（5）拉到高电平（6）反复其操作（7）最后再拉高。3.读操作：（1）将数据线拉高“1”（2）延时（3）拉到低电平0（4）延时15微秒（5）拉高电平1（6）延时20微秒等待（7）处理得到1状态位（8）延时30微秒。根据此通讯的协议，经过这三个步骤才可以完成相关温度的模拟：首先要初始化，再把ROM的指令发送出去，然后把RAM指令发送，这样一来就可以进行预期的操作了。 (六)湿度传感器检测电路基于单片机的农田灌溉模拟中，检测到温度传感器达到设定的数值存在时，此时阀门进入到等待运行状态，等待湿度传感器的触发。基于单片机的农田灌溉模拟中，根据这种双向思维的设计的方案，完成湿度传感器电路。图7如下。图7湿度传感电路基于单片机的农田灌溉模拟中，在温度模拟条件之下，湿度传感器一直在进行检测，一旦温度与湿度传感器的数值切合时，达到传感器检测的范围，此时，该传感器就会有信号输出，输出端口就会有一个高电平的信号，这个信号是通过单片机P1.0引脚来输入端口的，输出的地址是主控制单元，利用单片机的主控制单元去实现等待状态的电磁阀门的启动与工作完成，响应。(七)电磁阀的驱动电路基于单片机的农田灌溉模拟中，是通过电磁的阀门来驱动灌溉模拟的响应，当阀门出现了一些不明白不清楚的故障的时候，可以是去人工手动的去介入去控制某一些单元。基于单片机的农田灌溉模拟中：当温度达到所给定的设定的范围之内时，湿度值达到所设定的峰值时，两者相呼应包容响应，单片机的P1.2引脚端口去输出一个低电平，主控制发出打开阀门的命令，Q1的三极管导通之后后，U2的继电器便能够开始工作，此时红外二极管被导通，表示开启了喷灌工作。在智能水龙头开启的过程中，传感器不能检测到信号，如果有紧急情况，可以采用备用的手动控制功能，按下开关S2按键，此时水龙头的电磁阀门开启。如图8所示图8 电磁阀的驱动电路(八)报警电路 基于单片机的农田灌溉模拟中，如果检测到用户用水的时间过长，当水龙头一直供水超过5分钟的时长，此时水龙头控制系统就会声光报警。基于单片机的农田灌溉模拟中完成的报警电路如图9所示。图9系统报警电路基于单片机的农田灌溉模拟中，系统开始工作后，当水龙头开启后，工作的时间超过了设定的时间5min，单片机主控制器就会接受到时间超长信号，P1.4引脚端口输出低电平，主控制单元发出信号后，实现蜂鸣器的报警，同时，主控制单元P1.3引脚发出高电平信号后，报警指示灯L3开启。四、软件设计(一)主程序流程图基于单片机的农田灌溉模拟中，分析第三部分每一个功能的单元的模块的工作原理，并在所有理解设计的基础上去完成主要程序软件流程设计。所以可以的得到本次的设计的主要的流程图如图10所示。 图10主程序流程图基于单片机的农田灌溉模拟中完成的主流程图如图10所示：电磁阀门系统能够在工作启动之后，这时候单片机就可以开始进行初始化工作，显示器的屏幕显示数据界面也会初始化，然后就是温度感应器以及湿度感应器进行数据的响应，满足条件就会开启。反之，当任意数据达不到要求则认定不需要灌溉，电磁阀门就会处于关闭的状态。灌溉的工作的状态是依靠显示器来进行一个实时的输出的，当阀门的灌溉的时间超过了设定的5min后，此时整个的控制系统可以工作中止并且发出相应的报警，提醒该用户的一个灌溉适度 。(二)液晶的显示的流程基于单片机的农田灌溉模拟，将水龙头的工作状况通过显示器输出，便于用户实时了解其工作情况。基于单片机的农田灌溉模拟中，单片机开始工作时，LCD液晶显示屏会进行一个数据和指针的初始化，初始化完毕后，需要延时3us的时间，接着LCD液晶显示器的通过3个控制端口，开始控制LCD液晶显示器的写地址操作，接着，再次延时3us后，开始在对应的写地址位置执行写数据命令，然后，将写入的数据在液晶显示器上输出显示，显示完毕后，最后，在次回到延时，开始写地址的初始阶段。五、仿真与试验(一)仿真图与实验1、实验仿真主体是51单片机。主要控制器外围主要的元器件是温度和湿度感应器（SLHT5-1）。2、仿真实用软件PROTUES。3、仿真图片如下（程序可参考附录），仿真过程中按下复位看是否能初始化。4、输入系统图形，并转换开始进行模拟。强制改变温湿度数值，就可以模拟出温湿度控制时阀门能否实现启动关闭。详情图示如下图11。图11仿真电路布置图 (二)仿真结果在ISIS软件上画出各元器件并正确连接，植入lnx程序，点击启动观察是否能够完成仿真。得到下图12。图12仿真结果图箭头上下按钮可调节温度以模拟大自然温度。左右按键可调节湿度。显示器第一行能够显示温度与湿度。当湿度最小值的时候，阀门开始开关量信号输入，实现阀门抽水与放水。（可以加入二极管进行一个信号的可靠强化）。当湿度达到最大值时，信号量输出关闭。结果显示温湿度控制阀门原理符合实际且可控，但存在操作不简洁需改善。六、总结与展望农田灌溉从粮食一出现就已经有了。自古以来，民以食为天。就打蛮荒时期，只要人类的生命存在就需要粮食。而当今，一是粮食短缺，我国是用粮大国，二是水资源宝贵。种植粮食需要水资源。可能自然的水资源更和谐一些，但人工干预的灌溉会更高效，更有利于水资源的利用，有利于粮食的增产。科技改变着生活的方式，衣食住行都应该享受着科技社会的红利。而科技最本质的是创新。用一种前所未有的方式去生产粮食去灌溉，其实不单单只需要温度与湿度的掌控，更需要大数据与云计算的支持。也就是说，我这种满是弊病的设计还需要一个很大的延展，才能够有一个更好的效果。农田模拟灌溉是依据温湿度的数据的反应，响应出在科学统计的数据下需不需要灌溉。在这个设计中，模拟温度的峰谷值模拟湿度，再通过显示器显示，然后进行信号输出，控制电磁阀门的工作与否。而实际农业生产中对于温湿度的一种灵敏度的掌控也是一种技术的革新。 我觉得，我的农田灌溉模拟系统基本上完成了所需要的做的工作进行一个灌溉的模拟。后续延展性也很强，可以外界通讯通信设备，进行工作人员之间的通讯，系统与其他系统如天气预报系统，系统与互联网的一个较为密切的连接与通信。 这个简单难度的设计可以是一个未来智能化农业的起步的雏形。数字化信息化将会完全掌握粮食的命运。参考文献[1]何立民《高级单片机教程》 背景航空航天大学出版社，2001 [2]廖先芸.《电子技术实践与训练》[M].高等教育出版社,2000 [3]孙梅升.《电子技术基础课程设计》[M].高等教育出版社,2003 [4]沈任元,吴勇 .《数字电子技术基础》[M].机械工业出版社,2007 [5]刘南平,白明 .《电路分析》[M].人民邮电出版社,2007[6]赵晓安.《MCS-51 单片机原理及应用》天津大学出版社.2001 [7]谭浩强.《 C语言程序设计（第三版）》[M]. 清华大学出版社,2004 [8]肖婧.《单片机系统设计与仿真—基于Proteus》[M].北京航空航天大学出版社,2005[9] 许江淳,陈显宁.《 单片机侧控技术应用实例解析》[M].中国电力出版社,2004 [10] 薛小玲,刘志群.《单片机接口模块应用与开发实例详解》[M].北京航空航天大学出版社,2006[11]李宗尧.《农田灌溉与排水》.水利水电出版社.2002致 谢 讲心里话，一切的感谢的言语是说不够的。在一开始想到这个设计题目的时候，我就想到会有许许多多的难处。首先是我个人对水利知识的一个空白，然后是对单片机以及传感器之间的联动的理解不足。但是，确定了这个课题以后，我就必须要努力克服种种困难，怀揣着对这份设计的宗旨，也就是说用科技去进行灌溉的模拟。就这样，在指导导师的悉心细心地指引下一步步的去完成了设计。按照要求完成学校的设计，自然是少不了导师给的信心与思想，也少不了学校的政策支持。同时，由于一边工作一边学习一边设计，必然会造成设计上的不完善与不合理的地方。而且，很大程度上，部分设计拖延了很长时间，耽搁了指导老师的时间，这里面也有作为学生的无奈。一方面，这次设计可能很大程度上有适用的局限性，但同时也有他的延展性，通过大数据与单片机的结合必将是以后农业技术发展的方向。所以在有老师帮助的同时，我也利用的查阅的资料进行难题的攻克。遇到自己也弄不明白糊涂的地方就又再次麻烦老师。非常非常感谢导师的教育之恩。同时我需要感谢一本书《农田的灌溉与排水》，事实上农业并不是我所学所知的那么简单一回事情。通过这本书，我了解了一些简单的灌溉的基础知识。我是知道的，如果说没有相关知识的衔接，我的必定设计将会是一具空壳。最后感谢三年来对我的大力栽培。在这篇论文里不可避免的有不足之处，就麻烦各位老师给出建议和意见了。附录附录1单片机内部部分程序附录2 原理电路图
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elligent control system in the process of working in with LCD liquid crystal display can display in real time the valve working condition, and can set the emergency stop switch to prevent equipment failure when excessive irrigation. It will not cause a waste of water resources.Keywords: AT89C51 MCU; Temperature sensor LCD liquid crystal display; humidity sensor声 明 1摘 要 1一、 引言 1二、硬件介绍与设计方案 2（一）课题简单的硬件（二） 方案设计的陈述 2三、硬件设计 4(一)AT89C51单片机芯片 4(二)时钟电路 4（三）复位电路 5(四)LCD液晶显示电路 5(五)温度传感器电路 7(六)湿度传感器检测电路 8(七)电磁阀的驱动电路 9(八)报警电路 10四、软件设计 11(一)主程序流程图 11(二)液晶的显示的流程 11五、仿真与试验 13(一)仿真图与实验 13(二)仿真结果 14六、总结与展望 15参考文献 15致 谢 16 引言时代在往数字化信息化智能化发展，几乎智能化涉及到了生活的方方面面，而农业也将迎来科技的福利，而这一切的基础将会是从一个小小的单片机开始。现在已经有很大一部分农户在大棚种植时运用了手控喷雾灌溉技术。但是这种方式不高效，不能做到智能灌溉，达到科学高效种植，从而解放双手，解放大量的人力监控。根据以上的情况，这一次设计是一款廉价而容易上手的单片机的智能农田灌溉模拟系统的设计，理想状态下，农田或者是种植区湿度感应达到所设定的标准，温湿度传感器会被触发，此时继电器开始工作驱动水阀门以及喷雾，电磁阀门打开，喷雾或者铺设水管放水。所以本设计就是通过这种方式来实现智能农田灌溉的系统控制。在系统控制的智能工作的过程中，可以配合LCD液晶显示器能够实时地显示出水阀的工作状态，同时可以设置急停开关来防止设备故障时过多灌溉。这样一来也不会造成水资源的一种浪费。这种智能的控制设计，对未来农田灌溉全面实现智能化的控制将会起到一定的推进作用，会从机械化向信息化迈上一小步。同时对未来电子通信行业的发展也会有益处，更是可以说将我自己将所学的专业和知识与人们的生活贴紧密结联合起来了，对自身专业的能力提高也是相当有意义。我国是农业大国，土壤流失严重。所以就需要一种精准化、数字化的环保灌溉方式——温湿度控制灌溉，这也是我的设计所模拟的工作。二、硬件介绍与设计方案（一）课题简单的硬件客观上系统主要是由单片机控制电路、温湿度感应模块、急停按钮模块、LCD液晶显示体现模块、继电器阀门开启驱动与电源电路组成的。如下图1所示。图1系统各单元连接图方案设计的陈述基于单片机的农田灌溉模拟的设计之中是采用AT89C51主控制单元来完成驱动的工作的；显示的系统部分是由LCD1602液晶显示器单元来组成的；辅助的系统由继电器电位单元来开启驱动模块；急停的系统部分独立可急停相关相联响应。当农田需要灌溉时，也就是说此时温度模块检测到信号，阀门灌溉模块进入到待命状态，只要湿度传感器检测到湿度峰谷值与设定符合，此时继电器会用来驱动水阀门，电磁阀门被打开，出水灌溉农田。用这种的方式方法来实现农田灌溉的系统控制，在这一整个的灌溉农田的工作的过程中，LCD1602液晶显示器怎会每时每刻的显示出这个水阀门的工作的状态，如果水阀门处于一直打开，灌溉时间过长，系统会声光报警并中断灌溉，防止一个过度的灌溉造成农作物人为的死亡。在这一次的设计中还添加了手动的控制性开关，当相关的感应器出现了问题后，可以启动备用的手动开关来实现阀门的闭合则是出水控制的实现。?基于单片机的农田灌溉模拟中，通过该系统的设计需要能够实现电磁阀门的的智能的开启与闭合，所以本次的设计需要实现的要求如下：（1）通过温度传感器来收集环境的温度信号。（2）通过湿度传感器来采集是否需要进行农田的灌溉。（3）通过LCD1602液晶的显示器显出阀门的工作的状态和温湿度的数值。（4）检测到采集的数据相互响应在一个范围内，电磁阀门会响应打开，水龙头出水灌溉农田。（5）当灌溉一直超过十分钟（具体根据实际农作物设定）的时长，这时阀门控制系统就会报警并中断灌溉。（6）当农田灌溉的控制系统处于故障或者非正常状态后，可以启用备用的手动控制开关进行控制，来实现灌溉的出水与否。三、硬件设计(一)AT89C51单片机芯片基于单片机的农田灌溉模拟中，是需要通过主控制器来实现电磁阀门的开启闭合的工作的。AT89C51单片机的引脚的图如下图2所示。图2 单片机AT89C51在这款芯片当中，它是系统的最主要处理器，工作的实现的功能是有几点：它可以设定定时的功能，内部定时器实现这一功能；数据的中断计算的功能，使用芯片内部中断指令，实现数据的计数；该单片机在系统工作的过程中，其功耗极低，是一大优点，特别是在非工作的情况下，单片机的耗电量甚至不会超过几微安。使用AT89C51主控制单元来实现系统驱动。通过这款单片机的IO口来实现数据的传输和控制。AT89C51单片机一共计有40个引脚，单片机中IO端口的引脚共计32个，主要由P0口、P1口、P2口、P3口，剩余的8位中2个VCC和GND是的单片机的电源端口，一个复位端口RST，还有2个晶振引脚XTAL1和XTAL2。其余的还有3个控制/PSEN、ALE/PROG、/EA/VPP引脚。(二)时钟电路基于单片机的农田灌溉模拟中，AT89C51单片机的主控制芯片来工作，采用单片机时钟电路来提供时钟周期。当单片机芯片工作后，此时单片机的XTAL2以及单片机的XTAL1中的2个晶振引脚开始工作，驱动外围的一个石英晶体12MHZ以及2个陶瓷的电容构成的晶振振荡电路，该电路不断的振荡工作，会产生1us的机器周期，保证单片机能提高的指令时间为1us。设计的时钟电路如图3所示：图3时钟电路（三）复位电路基于单片机的农田灌溉模拟中，采用单片机复位电路来实现单片机的复位或者单片机的初始化，以此保证水阀门系统装置的可靠运行。农田灌溉系统的单片机复位电路如图4所示：图4单片机复位电路单片机复位电路中，整个灌溉控制系统在启动后，RST的引脚启动后的有一个瞬间的高电平，及复位单片机。若是单片机在整个工作的过程中，一发现控制系统的装置不能够依旧可靠的工作，则需要按下S1按键，这样，才能够说可以保证了单片机的初始化，单片机可以再继续运行工作。(四)LCD液晶显示电路 基于单片机的农田灌溉模拟，将电磁阀门以及温湿度的工作状况状态可以通过显示器来输出显示，便于用户实时了解其工作情况。基于单片机的农田灌溉模拟中，显示电路的设计如图5所示。图5显示电路显示电路的工作原理：在单片机开始工作后，LCD液晶显示器接入供电电源，LCD液晶显示器进入工作状态，同时显示器屏幕初始化、并且单片机初始化。单片机通过2个外部的传感器检测到的信号，利用显示器的P0.0到P0.7这8个引脚端口实现检测数据的传输，并将相应的检测数据分别一一对应传输给LCD1602液晶显示器的D0-D7数据端口。在显示器的控制显示过程中，采用单片机主控制单元实现对LCD的控制端口进行命令控制。本次设计中，将主控制单元的P2.0、P2.1、P2.2的3个控制端口接入到显示器的3个引脚RS、RW、E端口。在进行数据传输显示的过程中，通过主控制器单片机来实现对这3个引脚RS、RW、E端口实现指令控制，从而实现数据的输出显示。(五)温度传感器电路基于单片机的农田灌溉模拟中，温度传感器来收集数据是否有人需要进行阀门灌溉。基于单片机的农田灌溉模拟中，根据必要的作用设计的要求完成的温度传感检测电路图如图6所示。图6 温度传感电路图这一个设计中所用到的温度传感器的规格是DS18B20，其中内部功能的模块有4部分：配置寄存器、非易失性的温度的报警触发器、温度传感器、64位光刻R0M。上下限温度报警的触发器是可以被寄存器写入的。如果在配置寄存器中R1，R0时：R1R0＝00,9位精度；R1R0 = ‘01,10位精度；R1R0 = 10,11位精度；R1R0 =11,12位精度；在没有编程的时候默认的为12位精度。DS18B20的读写操作的过程如下1.初始化：（1）将数据线拉高“1”（2）延时（3）拉到低电平0（4）延时700微秒（5）拉到高电平1（6）延时等待（7）当读到低电平0后，其延时最少要500微秒（8）再一次的把数据线拉到一个高电平1后结束。2.写操作：（1）将数据线拉低“0”（2）延时（3）拉到高电平（4）延时45微秒（5）拉到高电平（6）反复其操作（7）最后再拉高。3.读操作：（1）将数据线拉高“1”（2）延时（3）拉到低电平0（4）延时15微秒（5）拉高电平1（6）延时20微秒等待（7）处理得到1状态位（8）延时30微秒。根据此通讯的协议，经过这三个步骤才可以完成相关温度的模拟：首先要初始化，再把ROM的指令发送出去，然后把RAM指令发送，这样一来就可以进行预期的操作了。 (六)湿度传感器检测电路基于单片机的农田灌溉模拟中，检测到温度传感器达到设定的数值存在时，此时阀门进入到等待运行状态，等待湿度传感器的触发。基于单片机的农田灌溉模拟中，根据这种双向思维的设计的方案，完成湿度传感器电路。图7如下。图7湿度传感电路基于单片机的农田灌溉模拟中，在温度模拟条件之下，湿度传感器一直在进行检测，一旦温度与湿度传感器的数值切合时，达到传感器检测的范围，此时，该传感器就会有信号输出，输出端口就会有一个高电平的信号，这个信号是通过单片机P1.0引脚来输入端口的，输出的地址是主控制单元，利用单片机的主控制单元去实现等待状态的电磁阀门的启动与工作完成，响应。(七)电磁阀的驱动电路基于单片机的农田灌溉模拟中，是通过电磁的阀门来驱动灌溉模拟的响应，当阀门出现了一些不明白不清楚的故障的时候，可以是去人工手动的去介入去控制某一些单元。基于单片机的农田灌溉模拟中：当温度达到所给定的设定的范围之内时，湿度值达到所设定的峰值时，两者相呼应包容响应，单片机的P1.2引脚端口去输出一个低电平，主控制发出打开阀门的命令，Q1的三极管导通之后后，U2的继电器便能够开始工作，此时红外二极管被导通，表示开启了喷灌工作。在智能水龙头开启的过程中，传感器不能检测到信号，如果有紧急情况，可以采用备用的手动控制功能，按下开关S2按键，此时水龙头的电磁阀门开启。如图8所示图8 电磁阀的驱动电路(八)报警电路 基于单片机的农田灌溉模拟中，如果检测到用户用水的时间过长，当水龙头一直供水超过5分钟的时长，此时水龙头控制系统就会声光报警。基于单片机的农田灌溉模拟中完成的报警电路如图9所示。图9系统报警电路基于单片机的农田灌溉模拟中，系统开始工作后，当水龙头开启后，工作的时间超过了设定的时间5min，单片机主控制器就会接受到时间超长信号，P1.4引脚端口输出低电平，主控制单元发出信号后，实现蜂鸣器的报警，同时，主控制单元P1.3引脚发出高电平信号后，报警指示灯L3开启。四、软件设计(一)主程序流程图基于单片机的农田灌溉模拟中，分析第三部分每一个功能的单元的模块的工作原理，并在所有理解设计的基础上去完成主要程序软件流程设计。所以可以的得到本次的设计的主要的流程图如图10所示。 图10主程序流程图基于单片机的农田灌溉模拟中完成的主流程图如图10所示：电磁阀门系统能够在工作启动之后，这时候单片机就可以开始进行初始化工作，显示器的屏幕显示数据界面也会初始化，然后就是温度感应器以及湿度感应器进行数据的响应，满足条件就会开启。反之，当任意数据达不到要求则认定不需要灌溉，电磁阀门就会处于关闭的状态。灌溉的工作的状态是依靠显示器来进行一个实时的输出的，当阀门的灌溉的时间超过了设定的5min后，此时整个的控制系统可以工作中止并且发出相应的报警，提醒该用户的一个灌溉适度 。(二)液晶的显示的流程基于单片机的农田灌溉模拟，将水龙头的工作状况通过显示器输出，便于用户实时了解其工作情况。基于单片机的农田灌溉模拟中，单片机开始工作时，LCD液晶显示屏会进行一个数据和指针的初始化，初始化完毕后，需要延时3us的时间，接着LCD液晶显示器的通过3个控制端口，开始控制LCD液晶显示器的写地址操作，接着，再次延时3us后，开始在对应的写地址位置执行写数据命令，然后，将写入的数据在液晶显示器上输出显示，显示完毕后，最后，在次回到延时，开始写地址的初始阶段。五、仿真与试验(一)仿真图与实验1、实验仿真主体是51单片机。主要控制器外围主要的元器件是温度和湿度感应器（SLHT5-1）。2、仿真实用软件PROTUES。3、仿真图片如下（程序可参考附录），仿真过程中按下复位看是否能初始化。4、输入系统图形，并转换开始进行模拟。强制改变温湿度数值，就可以模拟出温湿度控制时阀门能否实现启动关闭。详情图示如下图11。图11仿真电路布置图 (二)仿真结果在ISIS软件上画出各元器件并正确连接，植入lnx程序，点击启动观察是否能够完成仿真。得到下图12。图12仿真结果图箭头上下按钮可调节温度以模拟大自然温度。左右按键可调节湿度。显示器第一行能够显示温度与湿度。当湿度最小值的时候，阀门开始开关量信号输入，实现阀门抽水与放水。（可以加入二极管进行一个信号的可靠强化）。当湿度达到最大值时，信号量输出关闭。结果显示温湿度控制阀门原理符合实际且可控，但存在操作不简洁需改善。六、总结与展望农田灌溉从粮食一出现就已经有了。自古以来，民以食为天。就打蛮荒时期，只要人类的生命存在就需要粮食。而当今，一是粮食短缺，我国是用粮大国，二是水资源宝贵。种植粮食需要水资源。可能自然的水资源更和谐一些，但人工干预的灌溉会更高效，更有利于水资源的利用，有利于粮食的增产。科技改变着生活的方式，衣食住行都应该享受着科技社会的红利。而科技最本质的是创新。用一种前所未有的方式去生产粮食去灌溉，其实不单单只需要温度与湿度的掌控，更需要大数据与云计算的支持。也就是说，我这种满是弊病的设计还需要一个很大的延展，才能够有一个更好的效果。农田模拟灌溉是依据温湿度的数据的反应，响应出在科学统计的数据下需不需要灌溉。在这个设计中，模拟温度的峰谷值模拟湿度，再通过显示器显示，然后进行信号输出，控制电磁阀门的工作与否。而实际农业生产中对于温湿度的一种灵敏度的掌控也是一种技术的革新。 我觉得，我的农田灌溉模拟系统基本上完成了所需要的做的工作进行一个灌溉的模拟。后续延展性也很强，可以外界通讯通信设备，进行工作人员之间的通讯，系统与其他系统如天气预报系统，系统与互联网的一个较为密切的连接与通信。 这个简单难度的设计可以是一个未来智能化农业的起步的雏形。数字化信息化将会完全掌握粮食的命运。参考文献[1]何立民《高级单片机教程》 背景航空航天大学出版社，2001 [2]廖先芸.《电子技术实践与训练》[M].高等教育出版社,2000 [3]孙梅升.《电子技术基础课程设计》[M].高等教育出版社,2003 [4]沈任元,吴勇 .《数字电子技术基础》[M].机械工业出版社,2007 [5]刘南平,白明 .《电路分析》[M].人民邮电出版社,2007[6]赵晓安.《MCS-51 单片机原理及应用》天津大学出版社.2001 [7]谭浩强.《 C语言程序设计（第三版）》[M]. 清华大学出版社,2004 [8]肖婧.《单片机系统设计与仿真—基于Proteus》[M].北京航空航天大学出版社,2005[9] 许江淳,陈显宁.《 单片机侧控技术应用实例解析》[M].中国电力出版社,2004 [10] 薛小玲,刘志群.《单片机接口模块应用与开发实例详解》[M].北京航空航天大学出版社,2006[11]李宗尧.《农田灌溉与排水》.水利水电出版社.2002致 谢 讲心里话，一切的感谢的言语是说不够的。在一开始想到这个设计题目的时候，我就想到会有许许多多的难处。首先是我个人对水利知识的一个空白，然后是对单片机以及传感器之间的联动的理解不足。但是，确定了这个课题以后，我就必须要努力克服种种困难，怀揣着对这份设计的宗旨，也就是说用科技去进行灌溉的模拟。就这样，在指导导师的悉心细心地指引下一步步的去完成了设计。按照要求完成学校的设计，自然是少不了导师给的信心与思想，也少不了学校的政策支持。同时，由于一边工作一边学习一边设计，必然会造成设计上的不完善与不合理的地方。而且，很大程度上，部分设计拖延了很长时间，耽搁了指导老师的时间，这里面也有作为学生的无奈。一方面，这次设计可能很大程度上有适用的局限性，但同时也有他的延展性，通过大数据与单片机的结合必将是以后农业技术发展的方向。所以在有老师帮助的同时，我也利用的查阅的资料进行难题的攻克。遇到自己也弄不明白糊涂的地方就又再次麻烦老师。非常非常感谢导师的教育之恩。同时我需要感谢一本书《农田的灌溉与排水》，事实上农业并不是我所学所知的那么简单一回事情。通过这本书，我了解了一些简单的灌溉的基础知识。我是知道的，如果说没有相关知识的衔接，我的必定设计将会是一具空壳。最后感谢三年来对我的大力栽培。在这篇论文里不可避免的有不足之处，就麻烦各位老师给出建议和意见了。附录附录1单片机内部部分程序附录2 原理电路图
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