北航自动化学院信号大作业设计报告

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1、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1.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

2、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。2.总体方案设计2.1.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。2.2.设计原理控制系统温度测量系统湿度测量系统浇灌系统流量测量系统反馈3.具体设计3.1.环境温度监控与灌溉调节3.1.1.温度传感器原理此温度测量系统采用DS1

3、820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。3.1.1.1.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

4、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1s;(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。3.1.1.1.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、搜索ROM、跳过ROM和告警搜索等;(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

5、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。3.1.1.测量电路实现3.1.2.1.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ATME

6、L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。3.1.2.1.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

7、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序列号读出子程序,将10片DS1820的序列号读出并存放在单片机的温度采集模块程序中,这样在进行温度采集时,只要依序列号对各个DS1820操作即可。图2　温度采集程序框图另外还需温度补偿软件。