农田灌溉监控系统硬件系统设计
中国是传统农业大国，当今我国许多地区的农田灌溉还处于比较落后的阶段，过去的模式相对落后，基本都是靠人力灌溉，因而导致水资源以及人力资源的大大浪费。系统以单片机AT89C52为中心元件，系统包含复位电路，晶振电路，无线接收模块，温湿度检测模块，液晶线显示模块等。单片机系统完成对土壤湿度温度信号的采集、处理、显示等功能，通过反馈的相关信息，最终完成对农作物的自动灌溉。
关键词：单片机，农田灌溉，监控
目 录
1 绪论 1
1.1 农田灌溉监控技术发展背景 1
1.2 国外发展现状 2
1.3 国内发展现状 2
2 开发环境及主要元器件介绍 3
2.1 PROTEL99SE简介 3
2.2 STC89C52单片机 5
2.3 时钟芯片 6
2.4 cc1101无线模块 9
2.5 1602液晶 10
2.6 DHT11温湿度传感器 11
2.7 超声波测距模块 16
3 硬件系统设计 18
3.1 系统功能模块划分 18
3.2 主机模块设计 20
3.3 从机模块 28
4 绘图与制板 30
4.1 Protel 99SE软件介绍 30
4.2 原理图绘制 30
4.3 PCB板的制作 31
结论 33
致谢 34
参考文献 35
附录A 主机原理图及PCB图 36
附录B 从机原理图及PCB图 37
1 绪论
中国是传统农业大国，当今我国许多地区 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
的农田灌溉还处于比较落后的阶段，过去的模式相对落后，基本都是靠人力灌溉，因而导致水资源以及人力资源的大大浪费。为了使灌溉的效率得到提升，同时缩短农业人员的劳作时间和避免水资源的极大浪费，有必要对农田灌溉自动化技术进一步发展, 它可以有效的对农田灌溉过程进行监控，增强操作的精准度，大大提高了劳动的生产效率，同时能给作物精确、定时、定量、高效的补给，实现控制系统的智能化控制，达到提高产量、质量、节水、节能的目的[1]。农田灌溉监控系统针对不同的环境，包括作物的生长的天气情况、土壤湿度等，利用单片机技术对现场的相关数据进行实时监测，实现灌溉系统的自动化监控。
1.1 农田灌溉监控技术发展背景
农业是我国经济的一个重要组成部分，农田灌溉从我国古代就开始发展，只是发展速度相对缓慢，水平不高，因此我们应当对农业进行科学合理的发展，使我国灌溉技术得到进一步发展。我国农业的灌溉方式还处在传统的灌溉模式，传统的灌溉基本靠人力，现代化程度不高。即使制定了灌溉的水量，但是在实际操作中在操作中没有办法对农作物的需水量进行有效的控制[2]。在面对现代化农业发展落后的情况，存在着没有办法准确控制农作物灌溉过程的水量的问题，因此导致了盲目频繁灌溉、甚至过量灌溉的现象，造成了社会资源的极大浪费，因而要提出新的设计方法来适应新经济下农田灌溉的需求。农田灌溉自动监控技术的发展可以体现农业现代化的发展近况，影响我国农业高效发展的主要原因就是自动灌溉监控技术的落后。所以从长远的利益来看，有必要对农业的灌溉系统进一步完善。所以要使得进一步大力发展农业首先要解决控制相关的温湿度问题与用多少水量灌溉的问题。节水灌溉已经不再是技术层面的问题，而是上升到了国家战略的问题。
现在科学技术飞速发展，计算机和传感器的性价比越来越高，利用现代化智能化技术控制农田湿度，进行节水灌溉，改造农业是非常可行的。
所以发展农田灌溉检测系统迫在眉睫，这一技术的进一步研究，可以有效缓解中国乃至全世界的用水危机以及满足现代灌溉的需求。
1.2 国外发展现状
西方国家在上世纪30年代就开始发展灌溉技术。[3]随着电子科技的不断的发展应用，利用一系列的电子、计算机设备控制的自动灌溉监控系统也得到了进一步的发展，并且在世界上的许多国家得到了广泛应用，因为其他国家在这方面发展较早，相关电子技术已经发展完善，因此投入使用的关于农田灌溉监控系统也相对先进和完善。许多发达国家已经广泛的利用计算机控制灌溉。随着近年来虚拟仪器技术的逐步发展，现在将组合仪表，计算机软硬件和网络通信技术结合，可以测得土壤温湿度，控制水箱水位以及水泵的工作情况。然后根据这些数据，修改灌溉计划。西方国家非常重视一系列的技术研究使得灌溉系统能适应现代化的要求。
当今在西方发达国家，普遍采用是只能灌溉监控系统。据统计，美国大概有百分之九十采用的是这种控制方法。其优点是耗资少，灵活快捷，相比较于人工灌溉，大大提高了水的利用率。从全球的角度来看，中国的相关技术跟其他国家之间的差距还是比较大的。
1.3 国内发展现状
中国的节水灌溉技术和设备自上世纪第二十年代从国外引进的，发展农业是国民经济的重要组成部分，新技术的使用给灌溉事业带来了新的发展，但是总的来看农业灌溉技术发展依旧缓慢。到20世纪八九十年代后，随着国家现代化建设不断地推进，各行各业的用水量大大增加，国家还是重视水资源的节约利用，因此开始发展节水灌溉农业[4]。伴随着电子技术的飞速发展，在农田灌溉的过程中用到了越来越多的自动控制技术。但是我国的产品技术与国外的技术产品对比起来，依旧差距很大，部分设计缺乏合理性，工艺也比较粗糙，不利于使用，仍需加强改进与研发。
这些年来，社会的进步，人们生活水平的不断提高，继续推进城镇化建设，外来人口涌入城市，大大提高了生活用水，工业用水，水资源短缺日益突出。过去的灌溉模式已经不能满足当今灌溉的需求，要满足当代农业灌溉的需求必须采用农田灌溉监控系统。
2 开发环境及主要元器件介绍
2.1 PROTEL99SE简介
拥有强大的功能，友好的人机界面，易于学习及运用，可以较快绘制出电路原理图和PCB图[5]。凭借着高度的扩展性与集成性，在市场上引起广泛的追捧，瞬间成为当今最流行的电子设计自动化软件。
2.1.1 Protel99SE系统设计的特点
（1）原理图设计系统：成功设计的原理图所生成的网络表，方便了PCB的设计。提供的元器件库包含了大多数元器件类型，连线工具的自动化以及强大功能的电气法则检测（ERC）。
（2）PCB设计系统，包含PCB编辑器、管理电路板组件仪器和编辑元器件封装仪器。该系统的主要功能是绘制，修改和编辑PCB ，实现PCB板的设计，简单的电路板的生产。 电子产品的电路设计的最终目标，而电子产品的物理结构是由PCB板来实现。
打开该软件，点击建立一个新的文件，双击图标打开文件，原理图编辑器开始运行。然后，在文件夹内空白位置右击鼠标，在显示的菜单中选择New或者File/New。
图2-6 DS1302内部结构
当进行写操作时最后一一位为“0”，进行读操作时，为“1”。
图2-8 1602LCD尺寸图
2.5.1 管脚功能
2.5.2 1602LCD主要技术参数
1 绪论 1
1.1 农田灌溉监控技术发展背景 1
1.2 国外发展现状 2
1.3 国内发展现状 2
2 开发环境及主要元器件介绍 3
2.1 PROTEL99SE简介 3
2.2 STC89C52单片机 5
2.3 时钟芯片 6
2.4 cc1101无线模块 9
2.5 1602液晶 10
2.6 DHT11温湿度传感器 11
2.7 超声波测距模块 16
3 硬件系统设计 18
3.1 系统功能模块划分 18
3.2 主机模块设计 20
3.3 从机模块 28
4 绘图与制板 30
4.1 Protel 99SE软件介绍 30
4.2 原理图绘制 30
4.3 PCB板的制作 31
结论 33
致谢 34
参考文献 35
附录A 主机原理图及PCB图 36
附录B 从机原理图及PCB图 37
1 绪论
中国是传统农业大国，当今我国许多地区 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
的农田灌溉还处于比较落后的阶段，过去的模式相对落后，基本都是靠人力灌溉，因而导致水资源以及人力资源的大大浪费。为了使灌溉的效率得到提升，同时缩短农业人员的劳作时间和避免水资源的极大浪费，有必要对农田灌溉自动化技术进一步发展, 它可以有效的对农田灌溉过程进行监控，增强操作的精准度，大大提高了劳动的生产效率，同时能给作物精确、定时、定量、高效的补给，实现控制系统的智能化控制，达到提高产量、质量、节水、节能的目的[1]。农田灌溉监控系统针对不同的环境，包括作物的生长的天气情况、土壤湿度等，利用单片机技术对现场的相关数据进行实时监测，实现灌溉系统的自动化监控。
1.1 农田灌溉监控技术发展背景
农业是我国经济的一个重要组成部分，农田灌溉从我国古代就开始发展，只是发展速度相对缓慢，水平不高，因此我们应当对农业进行科学合理的发展，使我国灌溉技术得到进一步发展。我国农业的灌溉方式还处在传统的灌溉模式，传统的灌溉基本靠人力，现代化程度不高。即使制定了灌溉的水量，但是在实际操作中在操作中没有办法对农作物的需水量进行有效的控制[2]。在面对现代化农业发展落后的情况，存在着没有办法准确控制农作物灌溉过程的水量的问题，因此导致了盲目频繁灌溉、甚至过量灌溉的现象，造成了社会资源的极大浪费，因而要提出新的设计方法来适应新经济下农田灌溉的需求。农田灌溉自动监控技术的发展可以体现农业现代化的发展近况，影响我国农业高效发展的主要原因就是自动灌溉监控技术的落后。所以从长远的利益来看，有必要对农业的灌溉系统进一步完善。所以要使得进一步大力发展农业首先要解决控制相关的温湿度问题与用多少水量灌溉的问题。节水灌溉已经不再是技术层面的问题，而是上升到了国家战略的问题。
现在科学技术飞速发展，计算机和传感器的性价比越来越高，利用现代化智能化技术控制农田湿度，进行节水灌溉，改造农业是非常可行的。
所以发展农田灌溉检测系统迫在眉睫，这一技术的进一步研究，可以有效缓解中国乃至全世界的用水危机以及满足现代灌溉的需求。
1.2 国外发展现状
西方国家在上世纪30年代就开始发展灌溉技术。[3]随着电子科技的不断的发展应用，利用一系列的电子、计算机设备控制的自动灌溉监控系统也得到了进一步的发展，并且在世界上的许多国家得到了广泛应用，因为其他国家在这方面发展较早，相关电子技术已经发展完善，因此投入使用的关于农田灌溉监控系统也相对先进和完善。许多发达国家已经广泛的利用计算机控制灌溉。随着近年来虚拟仪器技术的逐步发展，现在将组合仪表，计算机软硬件和网络通信技术结合，可以测得土壤温湿度，控制水箱水位以及水泵的工作情况。然后根据这些数据，修改灌溉计划。西方国家非常重视一系列的技术研究使得灌溉系统能适应现代化的要求。
当今在西方发达国家，普遍采用是只能灌溉监控系统。据统计，美国大概有百分之九十采用的是这种控制方法。其优点是耗资少，灵活快捷，相比较于人工灌溉，大大提高了水的利用率。从全球的角度来看，中国的相关技术跟其他国家之间的差距还是比较大的。
1.3 国内发展现状
中国的节水灌溉技术和设备自上世纪第二十年代从国外引进的，发展农业是国民经济的重要组成部分，新技术的使用给灌溉事业带来了新的发展，但是总的来看农业灌溉技术发展依旧缓慢。到20世纪八九十年代后，随着国家现代化建设不断地推进，各行各业的用水量大大增加，国家还是重视水资源的节约利用，因此开始发展节水灌溉农业[4]。伴随着电子技术的飞速发展，在农田灌溉的过程中用到了越来越多的自动控制技术。但是我国的产品技术与国外的技术产品对比起来，依旧差距很大，部分设计缺乏合理性，工艺也比较粗糙，不利于使用，仍需加强改进与研发。
这些年来，社会的进步，人们生活水平的不断提高，继续推进城镇化建设，外来人口涌入城市，大大提高了生活用水，工业用水，水资源短缺日益突出。过去的灌溉模式已经不能满足当今灌溉的需求，要满足当代农业灌溉的需求必须采用农田灌溉监控系统。
2 开发环境及主要元器件介绍
2.1 PROTEL99SE简介
拥有强大的功能，友好的人机界面，易于学习及运用，可以较快绘制出电路原理图和PCB图[5]。凭借着高度的扩展性与集成性，在市场上引起广泛的追捧，瞬间成为当今最流行的电子设计自动化软件。
2.1.1 Protel99SE系统设计的特点
（1）原理图设计系统：成功设计的原理图所生成的网络表，方便了PCB的设计。提供的元器件库包含了大多数元器件类型，连线工具的自动化以及强大功能的电气法则检测（ERC）。
（2）PCB设计系统，包含PCB编辑器、管理电路板组件仪器和编辑元器件封装仪器。该系统的主要功能是绘制，修改和编辑PCB ，实现PCB板的设计，简单的电路板的生产。 电子产品的电路设计的最终目标，而电子产品的物理结构是由PCB板来实现。
打开该软件，点击建立一个新的文件，双击图标打开文件，原理图编辑器开始运行。然后，在文件夹内空白位置右击鼠标，在显示的菜单中选择New或者File/New。
图2-6 DS1302内部结构
当进行写操作时最后一一位为“0”，进行读操作时，为“1”。
图2-8 1602LCD尺寸图
2.5.1 管脚功能
2.5.2 1602LCD主要技术参数
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