基于单片机农业灌溉的设计

摘要水是人类最重要的根本要素，地球上的生物所需要的水，绝大局部来自河流、湖泊、冰川和海洋等。我国是世界上13个贫水国之一，我国水资源总量为2.8万亿立方米，人均水资源占有量却只有世界人均水平的l/4。尤其是近几年，经常发生洪涝灾害和资源短缺，同时，由于资源的过度开发，环境污染，生态的破坏，我国的水资源已经进入了一个非常紧张的状态。其中农业灌溉用水占全国年总用水量的67％左右，是节水潜力最大的领域。因此改良农业灌溉方式是节约农业用水的主要途径。滴灌，在农业灌溉方式中属于最有效，最节约的一种灌溉方式。我所设计的系统主要包括两个局部，一是硬件电路，二是软件设计。主要由土壤湿度传感器,信号处理电路,显示电路,输出控制电路,故障报警电路等组成,软件选用汇编语言编程。其中单片机选用的是AT89C51型；数据存储电路选用的是外部静态数据存储器6264；数据采集电路选用的是A/D转换器AD574；系统的采用6位LED作为显示器，其中74LS138实现其位选，CD4543实现其段选。另外，软件局部主要包括对主程序、数据采样子程序、数据处理子程序、显示子程序以及各自的程序框图的简单设计。本系统可实现单因子、双路数据采集处理功能,如稍加改变,便可实现对多因子和多输入数据的采集处理功能。该系统灵活性强,易于操作,可靠性高,将会有更广阔的开发前景。关键词：农业灌溉；单片机；传感器；A/D转换；LED显示AbstractWateristhemostimportantbasicelements,thecreaturesontheearthneedswater,mostofthatcomesfromrivers,lakes,glaciersandsea,etc.Isoneoftheworld's13PinShuiGuoinourcountry,thetotalwaterresourcesinourcountryis2.8trillioncubicmeters,percapitawaterresourcesisonlyl/4oftheworld'saverage.Especiallyinrecentyears,frequentfloodsandshortageofresources,atthesametime,duetotheexcessivedevelopmentofresources,environmentalpollutionandecologicaldestruction,waterresourcesinourcountryhasenteredaverytightstate.Agriculturalirrigationwateraccountsfortheyeartoabout67%ofthetotalwaterconsumption,isoneofthelargestfieldwater-savingpotential.Sotoimprovethewayofagriculturalirrigationisthemainchannelofagriculturalwatersaving.Indripirrigation,agriculturalirrigationmethodsareamongthemosteffective,oneofthemostsavingirrigationmethods.

Idesignsystemmainlyincludestwoparts,oneisthehardwarecircuitandsoftwaredesign.Mainlybythesoilmoisturesensor,signalprocessingcircuit,displaycircuit,theoutputcontrolcircuit,faultalarmcircuitandsoon,softwareuseassemblylanguageprogramming.

OneofMCUselectionisAT89C51type;Datastoragecircuitchooseexternalstaticdatastorage6264;DataacquisitioncircuitselectsA/DconverterAD574;SystemusingsixLEDasadisplay,ofwhich74ls138achieveitschosen,CD4543achieveitssegment.Inaddition,thesoftwarepartmainlyincludesthemainprogram,likedatamining,dataprocessingsubroutineanddisplaysubroutineandtherespectiveprogramblockdiagramofthesimpledesign.

Thissystemcanrealizesinglefactor,thedualdataacquisitionprocessingfunctions,suchasalittlechange,canrealizethemultiplefactorsandmultipleinputdatacollectionandprocessingfunctions.Thesystemflexibilityisstrong,easytooperate,highreliability,therewillbemorebroadprospectsfordevelopment.Keywords:agriculturalirrigation;singlechip;detector;A/Dconverter;LEDmonitor目录TOC\o"1-3"\f\u摘要 IAbstract II第1章引言 11.1农业自动灌溉的背景 11.2国内、外灌溉现状及开展趋势 21.3课题研究目的及主要内容 4第2章农业节水灌溉系统 62.1滴灌原理概述 62.2土壤湿度传感器 72.3模糊控制 92.3.1模糊控制的定义 92.3.2模糊控制的特点

92.3.3模糊控制的根本原理

9第3章基于MCS-51单片机的农业灌溉系统的硬件电路设计 113.1单片机选型及分析 113.1.1单片机的开展概况 113.1.2单片机的分类 123.2时钟电路 163.3复位电路 173.4A/D转换电路 173.5数据存储电路 203.6LED显示电路 223.7串行通信电路 263.8报警电路 29第4章基于MCS-51单片机的农业灌溉系统软件设计314.1系统主程序设计 324.2数据采集子程序 334.3数据处理子程序 344.4数据显示子程序 354.5数据通信子程序 37第5章结论38参考文献 39致谢 40附录 41附录A：程序清单41附录B：基于单片机的农业灌溉系统的电路原理图45第1章引言1.1农业自动灌溉的背景水是一切生命过程中不可替代的根本要素，但是现在国家的根本国情很严峻，特别是北方地区严重缺水，我国是世界上13个贫水国之一，我国现在的水资源总量为2.8万亿m3，人均水资源量只占全国人均水平的1/4，亩均水资源那么仅约世界水平的1/2，目前，全国正常年份缺水量近400亿m3，其中农业缺水约300亿m3.不但水量严重缺乏，而且水污染情况也日趋严重，2005年初据监测显示，七大长江受到污染的河段已经到达53.3%，这其中劣V类水占到28.5%，尤其是北方黄、淮、海三大流域既是左右我国重要的粮食基地，但是水资源这么匮乏，显然情况非常严峻。基于农业灌溉是用水大户，其用水量约占全国总用水量的70%左右，在西北地区那么占到90%，其中90%用于种植农业灌溉。因此，为了应对日趋严重的缺水形式，建立节水型社会，开展农业灌溉是刻不容缓的一件事。因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。我国农业灌溉用水占全国年总用水量的67％左右，是节水潜力中最大的领域，节约灌溉用水对我国实施可持续开展战略具有重要意义。因为：首先、农田灌溉消耗水最多，差不多占全国总消耗水量的2/3，其中北方地区更是到达80%左右，假设实行节约灌溉系统那么可有效缓解对水的供不应求；其次、目前我国农田灌溉消耗很多无效水资源，开展节水灌溉系统不但可以减少无效耗水，同时还可以减少土地盐渍化危害和面源污染，改善生态问题，一举多得[1]。在灌溉领域合理地推广自动化控制，不仅可以提高资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的本钱。灌溉系统的自动化水平较低，这也是制约我国高效农业开展的主要原因。经过多年的研究，国外灌溉控制器已经趋于成熟化，但价格昂贵，国内虽然引进一些，但大多数都是农业示范区，单位。国内的一些高尔夫球场等大面积场地灌溉控制，一般引用国外现成的成套灌溉控制产品，但是对于多数农村，根据我国根本国情和各地经济以及技术的开展状况来看，采用简单可行的节水灌溉控制措施及相应的排灌机械和设备，大力开展可靠实用及操作简单的节水灌溉控制器，这样不仅能够扩大市场经济，而且有巨大的社会和经济效益。节水农业灌溉即由传统的充分灌溉向非充分灌溉开展，对灌溉区域用水情况进实时行监测预报，实行动态的管理。同时采用传感器来监测土壤的湿度情况以及农作物的生长情况，从而实现水管理的自动化。高效农业和精细农业要求我们必须提高水资源的利用率。要真正实现水资源的高效，仅凭单向节水灌溉是不可能实现的。必须将水源开发、输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤情况和农作物需水规律等方面统一考虑。做到降水、灌溉水、土壤水和地下水联合调用，实现按期、按需、按量自动供水。节水自动灌溉技术现在在兴旺国家，尤其是大面积种植或缺水地区极其适用。按灌溉方式分为喷灌、地面灌、微灌等。微灌又分为滴灌、微喷灌、涌泉灌、地下渗灌。节水自动灌溉将充分发挥现有的节水设备的作用，即优化调度，提高效益；通过自动控制节水技术的应用，更加节水节能，降低灌溉本钱，提高灌溉质量；使灌溉更加科学、方便，提高管理水平；研制和推广节水灌溉控制新技术是实现农业现代化的需要[2]。1.2国内、外灌溉现状及开展趋势地面灌溉技术研究方面，水平畦灌、阶式水平畦灌的研究不断深入，传统的畦灌、沟灌也由过去单纯研究灌水技术要素对灌水均匀性、水分深层渗漏的影响，转向综合研究灌水技术要素对土壤水肥运移、对水肥淋失的影响；同时，开发了膜上灌等新型灌水技术，并得到较大面积推广。水平畦灌是田面非常平整条件下的畦灌，要求供水流量大、土地平整精度高，必须在进行大地测量后，采用激光平地技术。该技术在美国等兴旺国家被称为是地面灌溉最重要的进展之一。波涌灌溉利用了致密层在开展中不断减小田面糙率与土壤入渗特性这一客观规律，逐次为以后各周期的灌溉水流创造了一个加速水流推进与提高减渗效果的新接口。浑水波涌灌溉那么是利用含沙量较高的水进行波涌灌溉，能够起到更加明显的效果。在喷、技术研究方面，国外一直非常重视喷灌水肥需求规律及水肥耦合高效利用方面的研究，施肥灌溉应用十分普遍。在微灌水肥高效利用方面，以色列、美国、荷兰等国家对不同作物的施肥灌溉制度和微灌施肥灌溉专用液体肥料进行了20～30年的研究，取得了丰富的成果，已经研制出了针对多种经济作物水肥高效利用的专家管理系统。我国从20世纪70年代起，就针对微灌开始了研究和试验示范工作，开展了微灌条件下的土壤水分与溶质运移规律、日光温室和大田经济作物的灌溉制度、水肥耦合模式、滴灌施肥技术等研究工作。在喷微灌设备方面，对注肥设备的研制取得了可喜的进展，但对滴灌施肥灌溉条件下养分的运移以及施肥灌溉系统运行参数几乎没有涉及。施肥灌溉自动控制环节薄弱，施肥灌溉软件方面研究严重滞后是造成这一局面的主要原因。国外现有滴灌施肥灌溉自动控制软件也只能在给定施肥量的情况下控制肥液浓度与施肥历时，而未能将作物施肥灌溉制度、土壤特性、氮素运移模式相结合，形成决策、管理一体化的软件。国外由于长期的技术积累，一些著名公司不断有新产品推出。在节水灌溉产品快速开发平台技术中，提出的高精度快速成型专用设备是快速成型领域研究的热点，但是目前没有见到开发成功的报道。特别是微涂层的实现是技术难点，由于受到材料性能的限制，依靠自然流平无法到达很小的层厚，并且受到外表浸润性能的影响，必须采取相应措施才能实现，目前正从材料、涂层方法方面力争有所突破。近几年，根据中国国情，我国已研发出大射程旋转式微喷头、长流道新型薄壁微灌带、带离心清洗装置的自动反冲过滤器、带稳压机构的连续精量水动式施肥泵、低压压力调节器、节能异形喷嘴、可调雾化程度及射程的多功能喷头、新型短流道喷头、轻小型喷灌机组、新型中远射程喷头、国产激光控制精细平地铲运设备等节水灌溉设备和系统。一批节水产品初步表现出较强的市场前景和进一步开发的潜力。如蜂窝管渗流集蓄新产品，长流道新型薄壁微灌带，带离心清洗装置的自动反冲过滤器，带稳压机构的连续精量水动式施肥泵，作物根区局部控水灌溉装置，国产激光控制精细平地铲运设备，控制性分根交替灌溉孔口灌灌水器和交替阀等将会取得较大突破[3]。在工程节水技术方面,国内外的研究主要集中在渠系建筑物建设技术方面。相对来说，技术正在趋于成熟，主要是探索新型建筑结构形式。而新材料配方及其应用技术的研究却相对要活泼得多。国内外都正在较普遍的将高分子材料应用在渠道防渗中，尤其是在高分子膜料的应用上已取得了不少实用的研究成果。但薄膜易刺破和冻胀地区冻融破坏的问题还没有很好的解决。因此，各国都正在不断研究开发技术可靠、经济合理的高分子合成新材料。我国目前采用的渠道防渗防冻技术主要是保温整体刚性防渗防冻胀措施，适应性较差、易损坏或本钱高。刚柔结构具有适应冻融变形、胀而不裂和防渗、减轻冻胀的特性，能同时有效解决渗漏和冻胀的问题，应用高分子材料研制技术可靠、结构简单、经济合理的刚柔混合结构或纯柔性结构作为渠道的护砌结构是我国科技人员正在努力研究的方向。在灌区灌溉用水管理中，综合各种预测技术、优化技术的灌溉用水计算机管理系统已开始在我国灌区大面积应用，使灌区的灌溉用水实现了由静态用水向动态用水的转变，为提高灌区水资源的利用率提供了技术保障。为实现渠系优化配水的要求，应用计算机技术的渠道水量、流量实时调控的研究也在国内外逐步兴起。灌区用水管理系统方面，已逐步转向研究将数据库、模型库、知识库和地理信息系统有机结合的灌区节水灌溉综合决策支持系统。特别是近年来兴旺国家已开展了基于田间水肥等生产要素的巨大差异性，利用GPS和G1S、RS和计算机控制系统，精细准确调整灌水施肥的精准灌溉技术研究，为最大限度地优化各项农业投入，充分挖掘田间水肥差异性所隐含的增产潜力创造了条件。实现灌区现代化管理，首先要有灌溉工程控制设备的自动化，其次有先进的系统运行软件对系统控制问题进行决策，从而建立灌区现代化管理决策支持系统，指导灌溉用水过程。1.3课题研究目的及主要内容节水灌溉技术及其配套设备，在我国经过近30多年的快速开展，在总结相关成果的根底上，初步形成了其技术体系，在某些方面已到达或接近国际先进水平。但由于我国经济开展水平及科研体制的限制，我国的节水灌溉技术与兴旺国家还有很大的差距。随着我国水资源供需矛盾日益锋利，农业用水分配额减少的问题势必日益突出，同时为了缓解我国进入WTO外国农产品对我国农业开展的压力，如何快速开展我国的节水灌溉技术及其配套设备，从而缓解我国农业用水压力及开展高品质农产品以加大同国外产品的竞争已经是一个不容无视的严峻问题。我国目前95%以上的灌溉面积采用地面灌溉方法。改良地面灌溉技术，提高地面灌溉的灌水效果对缓解我国水资源短缺、保持灌溉农业的可持续开展具有重要意义。本课题任务是设计一个通过单片机控制的节能农业灌溉系统。要实现与传统的农业灌溉系统相比具有结构简单、平安可靠、实时性好、灵敏度高；功耗低，操作简便等优点。测量数据能够在LED上显示出来，结果直观。和传统的农业灌溉设备相比本钱大大降低，而且抗干扰性好、安装维护方便、测量精度高，具有较高的性能和价格比。该系统可对不同土壤的适度进行监控，并进行适时、适量的灌溉。第2章农业节水灌溉系统2.1滴灌原理概述滴灌〔dripirrigation〕是利用塑料管道将水通过直径约10mm毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉。它是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，水的利用率可达95％。国内现有的节水灌溉设备、配套器材制造厂多为一些转产的小企业，生产技术装备落后、专业化生产程度低，生产与科研脱节，这是国产节水灌溉设备本钱高，性能不稳定、质量差、不耐用的根本原因。国产设备价高，质量差不仅影响了技术的推广应用，还给农民造成不应有的经济损失，甚至挫伤农民节水灌溉的积极性。因此，抓好喷灌、滴灌、微喷灌的设备生产，以质优、价廉的国产设备来支持高效节水灌溉技术的加速开展是必要的。在事实上，加速开展高效节水灌溉技术与节水灌溉设备和配套器材制造业的开展壮大，也是存在互动关系，相互依存，相互促进开展，也是可以取得“双赢〞的效果。(1)微灌具有以下优点：

①省水。比正常的地面灌溉省了1/3-1/2，比喷灌省水15%-25%。

②节能微灌比喷灌的工作压力低、耗能少。③增产。有利于实现高产和稳产,增产微灌能为作物提供了良好的生长环境，，提高产品质量。

④保持土壤结构。⑤节省劳动力和耕地面积。

⑥利用咸水、污水咸水、污水经过处理后，当水质到达要求时可进行微灌灌溉[4]。(2)微灌具有以下缺点：①本钱比拟高。②灌水器易堵塞。③容易引起浅层土壤盐分积累。④其他潜在风险。(3)滴灌技术的开展①以色列滴管技术的开展(a)1962年以色列农民发现滴灌有很好的灌溉效果。(b)1964年耐特菲姆公司诞生。(c)以色列滴灌系统目前已是第六代。(d)以色列国土面积为2.1万km2，耕地面积660万亩，农业灌溉用水仅为13亿m3,还成为欧洲的“厨房〞。一个农业可养活90-100人。②我国滴灌的开展(a)我国于1976年开始研制滴灌设备。(b)从1998年开始国家建设300个节水重点县。(c)2006年我国滴灌技术累计推广面积已达1000万亩[5]。本系统是一种高效率、低本钱的灌溉优化控制系统。系统布线简单易行，系统结构图如图2-1所示土土壤湿度传感器A/D转换器AT89C51单片机RS232LED显示报警放大驱动PC机数据显示电磁阀图2-1单片机控制系统结构图2.2土壤湿度传感器随着全球水资源的紧缺，特别是我国淡水资源的缺乏，加上我国又是农业上的大国，于对于雨水的要求十分的高，现在很多科学家致力于湿度传感器以求到达节约农业用水的效果。湿度传感器主要用来测量土壤容积含水量，做土壤墒情监测及农业灌溉和林业防护。

根本设计原理

该传感器的设计原理是通过测量电极之间的电阻值来表征土壤湿度的大小。由于土壤中含有矿物质离子，而这些离子又溶解在土壤中。假设将两个电极插在土壤中，两电极之间就会有离子通过，因此通过测量两电极之间的电阻值就可以表征土壤湿度的含量。由于两级间的电阻与电压成正比，所以通过计算两级的电压来表征土壤湿度。在测量电压之前，需将传感器得到的模拟电压信号经过A/D转换成数字信号以便单片机处理[6]。传感器中信息输入的窗口是检测系统中与被测对象直接发生联系的局部，它为检测系统提供必要的原始信息。检测系统获取信息的质量也往往是由传感器的性能一次性确定。为了能使其输出在精度要求范围之内反映被测量，传感器必须具备一定的根本特性，因为只有这样，传感器的输出才能作为其输出的量度。传感器的根本特性一般分为静态特性和动态特性两类。一系列静态参数来描述和表征传感器的静态特性，即当被测量不随时间变化或变化很慢时可用。当被测量随时间变化很快，可用一系列动态参数来描述和表征传感器的动态特性[7]。本设计采用的是美国生产的AQUA-TEL-TDR便携式土壤水分仪。AQUA-TEL-TDR便携式土壤水分仪适用于测量任何土壤的含水量，采用先进的TDR原理，可以直接输出电信号，也可配专用的手持读数表，直接显示土壤的含水量，因其价格低廉，广泛应用到节水灌溉、农业生产、科学研究等领域[8]。其技术参数如下：(1)测量土壤水分范围:0-100%vol(2)重复性误差:<1(3)温度范围:-600℃to850℃；精度:+2℃(4)电源:12VDC士20%40mA(5)输出:0～1mA可选4～20mA或0～5V其特点如下：(1)可长期埋设；(2)长度增加，提高测量的准确性；(3)容易携带，使用简单；(4)能耗极低；(5)最经济的TDR原理水分探头。2.3模糊控制2.3.1模糊控制的定义定义：从广义上，可将模糊控制定义为：“以模糊集合理论、模糊语言变量及模糊推理为根底的一类控制方法〞，或定义为：“采用模糊集合理论和模糊逻辑，并同传统的控制理论相结合，模拟人的思维方式，对难以建立数学模型的对象实施所谓一种控制方法〞。

模糊理论(FuzzyTheory)能解决真实世界普遍存在的一些模糊的现象，并且以模糊集合理论来处理不易量化的问题，以便于能适当而可靠的处理人们主观评估问题的方法。1974年,英国的E.H.Mamdani首次用模糊逻辑和模糊推理实现了世界上第一个实验性的蒸汽机控制,并取得了比传统的直接数字控制算法更好的效果,从而宣告模糊控制的诞生。2.3.2模糊控制的特点(1)模糊控制不需要被控对象的数学模型。模糊控制是以人对被控对象的控制经验为依据而设计的控制器，故无须知道被控对象的数学模型。

(2)模糊控制是反映人类智慧的智能控制方法。模糊控制采用人类思维中的模糊量，如“高〞，“中〞、“低〞、“大〞、“小〞等，空置量由模糊推理导出。这些模糊量是人类智能活动的表达。

(3)模糊控制已被人们接受。模糊控制的核心是控制规那么，模糊规那么是用语言来表示的。

(4)构造容易。模糊控制规那么易于软件实现。

(5)鲁棒性和适应性好[9]。

2.3.3模糊控制的根本原理模糊控制的原理：模糊控制是一种建立在模糊数学理论根底之上的基于规那么的智能控制方法，以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为根底的一种智能控制方法，它是从行为上模仿人的模糊推理和决策过程的一种智能控制方法。作为一种较新的智能控制方式，模糊控制也要遵循一定的规律和法那么，该方法首先将操作人员或专家经验编成模糊规那么[10]，然后将来自传感器的实时信号模糊化，将模糊化后的信号作为模糊规那么的输入，完成模糊推理，将推理后得到的输出量加到执行器上。模糊控制的核心在于模糊控制器。意思就是模糊控制是通过模糊控制器实现的。模糊控制器有一定的语句，含有人类对被控对象即模糊检测的模糊命令。目前人们所研究的模糊控制是由计算机去执行的。模糊控制器个局部功能如表2-1所示：表2-1模糊控制器各局部功能名称功能模糊接口完成被控对象有关状态的精确量向相应模糊量的转换存储知识库计算机把用于模糊控制的知识库储存内部，以备知识推理使用决策功能模糊控制的核心功能，模拟人类的决策能力进行模糊决策反模糊接口把模糊控制器执行决策后产生的模糊控制量转换成适宜的模糊控制规那么，并向模糊化接口提供模糊量的隶属函数形态。模糊控制的优点：(1)它是一种非线性控制方法，工作范围宽，使用范围广，特别适合非线性系统的控制。(2)它不依赖于对象的数学模型，对无法建模或很难建模的的复杂对象，也能利用人的经验知识来设计模糊控制器完成控制任务；而传统的控制方法都要被控对象的数学模型，才能设计控制器。(3)它具有内在的并行处理机制，对被控对象的特性变化不敏感，模糊控制器的设计参数容易选择调整。不需很多理论知识，容易普及推广。

第3章基于MCS-51单片机的农业灌溉系统的硬件电路设计3.1单片机选型及分析3.1.1单片机的开展概况从1946年世界公认的第一台电子数字计算机ENIAC在美国宾西法尼亚大学诞生起，在计算机的开展过程中，它主要是朝着大型和快速开展。计算机功能的大致演变过程为：从数值计算的人力替代到近代计算机的海量数值计算，再到过程的模拟仿真、分析和决算。在此期间。随着大规模集成电路技术的不断开展和人们需求的多样化，微型计算机异军突起，从而导致计算机向两个方向开展，一个是向高速度、高性能的通用计算机方向开展；另一个是向稳定可靠、小而廉价的嵌入式计算机或专用计算机方向开展。计算机专业领域集中精力开展通用计算机系统的软硬件技术，不必兼顾嵌入式应用要求，通用微处理器迅速从286、386、486、586开展到奔腾系列，操作系统那么迅速升级到高速海量的数据文件处理单片机是最典型的嵌入系统，起源于微型计算机时代。单片机的出现实现了最底层的嵌入式系统应用，带有明显的电子系统设计模式的特点，此时大多数单片机应用开发的人员都是对象系统领域中的电子工程师。他们将单片机以智能化器件的身份用于电子系统，脱离了计算机专业领域，没有带入“嵌入式系统〞概念，但从学科的角度应该把统一为“嵌入式系统〞单片机的产生与应用将开展计算机技术人为扩展到系统领域，使计算机成为人类社会全面智能化的有力工具。单片机的开展大致经历了4个阶段第一阶段〔1970~1973〕为4位单片机阶段第二阶段〔1974~1977〕为低中档8位单片机阶段第三阶段〔1978~1982〕位高档8位单片机阶段第四阶段〔1983年至今〕为8位单片机阶段及16位，32位单片机推出阶段3.1.2单片机的分类(1)4位单片机4位单片机的控制功能较弱，CPU一次只能处理4位二进制数，这类单片机常用于计算器各种形态的智能单元以及作为家用电器重的控制器。(2)8位单片机8位单片机的控制功能较强，品种最为齐全，和4位单片机相比，它不仅具有较大的存储容量和寻址范围，而且中断源，并行I/O接口和定时器/计算器个数都有了不同程度的增加。并集成有全双工串行通信接口。在指令系统方面，普遍增设了乘除指令和比拟指令。特别是8位机中的高性能增强型单片机，除片内增加了A/D和D/A转换器以外，还集成有定时器捕捉比拟存放器，监视定时器。总线控制部件和晶体振荡电路等。这类单片机由于其片内资源丰富且功能强大。主要在工业控制，智能仪表，家用电器和办公自动化系统中应用。代表产品有INTEL公司的MCS-51系列机。Philips公司的80C51系列机〔同MCS-51兼容〕Motorola公司的M6805系列机，Microchip公司的PIC系列机和Atmel公司的AT89系列机〔同MCS-5兼容〕等。(3)16单片机16位单片机是再1983年以后开展起来的、这类单片机的特点是：CPU是16位的，运算速度普遍高于8位机，有的单片机寻址能力高达1MB。片内含有A/D和D/A转换电路。支持高级语言。这类单片机主要用于过程监控，智能仪表，家用电器以及计算机外部设备的控制器，典型产品和INTEL公司的MCS96/98系列机，Motorola公司的M68NC16系列机，NS公司的HPCXXXX系列机等。(4)32单片机32位单片机的字长32位，是单片机的顶级产品，具有极高的运算速度。今年来，随着家用电子系统的新开展，32位单片机的市场前景看好。这类单片机的代表有Motorola公司的M68300系列机，Inmos公司的IM-ST414和日立公司的SH系列机等[11]。3.1.3本系统所选择的单片机在本系统中，考虑到系统的功能需求和市场上单片机的应用情况，以及学习8051单片机的兼容情况，选定MCS-51系统的AT89C51。AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器〔FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。现流行的单片机有很多种，8位单片机的控制功能较强，品种最为齐全。其中MCS-51系列拥有较高的性价比，从而博得很多用户的青睐。所以，本系统采用美国Intel公司生产的AT89C51型单片机，由于其具有集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉等优点并具有4K字节的程序存储器，使得它应用起来更加方便。引脚图如3-1所示。(1)AT89C51功能特性如下所述：①片内时钟振荡器；②内含4KBytes的程序存储器；③内含256KBytes的数据存储器；④程序存储器可外部扩展至64Kbytes；⑤数据存储器可外部扩展至64Kbytes；⑥两个双全工串行通信口；；⑦2个16位可编程计时/计数器；⑧五个具有可编程为2层中断优先权的中断源；⑨具有逻辑运算能力；⑩32条双向且可被独立寻址的I/O；图3-1AT89C51引脚图(2)主要引脚功能如下：①VCC：供电电压；②GND：接地；③P0口：P0口有三个功能(a)外部扩展存储器时，当做数据总线〔D0~D7为数据总线接口〕(b)外部扩展存储器时，当作地址总线〔A0~A7为地址总线接口〕(c)不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻④P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。⑤P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1〞时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1〞时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能存放器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。⑥P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1〞后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流〔ILL〕这是由于上拉的缘故。P3口的输入输出及P3口锁存器、中断、定时/计数器、串行口和特殊功能存放器有关，P3口的第一功能和P1口一样可作为输入输出端口，同样具有字节操作和位操作两种方式，在位操作模式下，每一位均可定义为输入或输出。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表3-1所示：表3-1P3口管脚功能表端口引脚特殊功能P3.0RXD〔串行输入口〕P3.1TXD〔串行输出口〕P3.2〔外部中断0〕P3.3〔外部中断1〕P3.4T0〔定时/计时器0外部输入〕P3.5T1〔定时/计数器1外部输入〕P3.6〔外部数据存储器写选通〕P3.7〔外部数据存储器读选通〕P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。(7)RESET：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RESET脚两个机器周期的高电平时，就可以完成复位工作，该引脚的第二功能是备用电源的输入端。当电源VCC发生故障，降低到低电平规定时，将+5V电源自动接到该引脚，为RAM提供备用电源，以保证储存在RAM中的信息不丧失，从而使复位之后能继续正常工作。复位时各存放器的状态如表3-2所示。表3-2复位时各存放器的状态存放器复位状态存放器复位状态PC0000HTMOD00HA00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0-P3FFHSCON00HIP(8051)XXX00000BSBUFXXXXXXXXIE(8051)0XX00000BPCON(CHMOS)0XXX0000B(8)ALE/：当CPU访问外部存储器时，ALE输出信号控制锁存P0口输出的低8位地址，从而实现P0口数据与地位地址的分时复用。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。当单片机上电正常工作后，自动在ALE短输出频率为fosc/6的脉冲序列。(9)：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。(10)/VPP：当=0时，那么在此期间外部程序存储器〔0000H-FFFFH〕，允许使用片外ROM，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端=1时，此间为内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源〔VPP〕。(11)XTAL1：在片内它是振荡电路反相放大器的的输入端。(12)XTAL2：它是振荡电路放大器的输出端，要检查8051的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脉冲信号输出[12]。3.2时钟电路单片机的时钟电路信号用来为芯片内部各种微操作提供时间基准。AT89C51的时钟产生方式有内部震荡和外部时钟两种MCS-51虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外接元件，图3-2是MCS-51的外部时钟电路。外接晶体以及C2和C3构成并联谐振电路，接在放大器的反应回路中。电容的大小会影响振荡器频率的上下、振荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。该设计选用12MHz晶振，与之相适应的电容的典型值是30pF左右。图3-2时钟电路原理图3.3复位电路MCS-51复位是由外部的复位电路来实现的。单片机在开机时都需要复位，以便中央处理器CPU以及其它功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。复位电路通常采用上电复位和按钮复位两种方式。该电路兼有上电复位和按钮复位。上电复位电路是通过外部复位电路的电容充电来实现的，只要电源VCC的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就完成了系统的复位初始化。复位电路如图3-3所示。工作原理为：按钮按下后，RC电路充电，RESET引脚端出现正脉冲，只要RESET端保持10ms以上的高电平，就能用单片机有效的复位。该设计时钟频率为12MHz，C取22μF，R取1K欧姆。复位电路如图3-3所示。图3-3复位电路原理图3.4A/D转换电路A/D转换接口是系统数据采集前向通道的一个重要环节。A/D转换接口用于将传感器检测到的模拟量转化成计算机可以处理的数字量，从而实现对模拟量的测量和控制。因此,完成数据采集应具备下述根本部件:模拟多路转换开关和信号调节电路,采样/保持放大器,模拟/数字(A/D)转换器,通道控制电路。前向通道中,被测物理量经传感器转换成电信号,而每一种传感器都有与之配套的接口电路,接口电路再将这一信号转换成电压信号。多路转换开关用来完成多路模拟信号的切换,信号调节那么是将微弱的模拟信号转换成能满足A/D转换器需要的电平信号。为了减少动态数据采集的孔径误差,需要参加采样/保持电路。因此,数据采集电路的设计不仅仅限于是单纯A/D转换芯片的接口设计,还必须综合考虑传感器到CPU的全过程[13]。AD574是美国模拟器件公司〔AnalogDevices〕生产的12位逐次逼近型快速A/D转换器，其转换速度为35s，转换误差±0.05％，是目前我国广泛应用、价格适中的A/D转换器，其内部有三态输出缓冲电路，可直接与各种微处理器连接，且无须加逻辑接口电路，便能与CMOS及TTL电平兼容。内部配置高精度参考电压源和时钟电路，使它不需任何外部电路和时钟信号，就能完成A/D转换，应用非常方便。AD574由两局部组成，一局部是模拟芯片，另一局部数字芯片，其中模拟局部由高性能的12位D/A转换器AD565和参考电压组成。数字局部由控制逻辑电路，逐次逼近型存放器的三态缓冲器组成。控制逻辑局部，用来发出启动/停止始终信号及复位信号，并控制转换过程，此局部信号包括5个外部信号以及内部转换结束信号。整个转换过程结束后，输出一个标志状态STS〔低电平说明转换结束〕。另外，当START信号出现高电平时，标志状态STS开始变为高电平，直到转换过程结束才变为地电平。在AD574芯片上有两组控制引脚，即通过控制引脚〔CE，和〕，以及内部存放器控制输入引脚〔和A〕。通用控制引脚的功能与大多数A/D转换器相似，主要决定装置定时、寻址、启动脉冲和读使能等功能。内部存放器控制输入引脚是大多数A/D转换器所没有的，它们用来选择输出数据的形式和转换脉冲长度。主要引脚功能：(1)CE是转换器的启动和数据读出端。和R/引脚来控制的。当CE=1时，=0，且R/=0时，转换过程开始；而CE=1，=0，而R/=1时，数据可以被读出。(2)为数据格式选择端。当=1时，双字节输出，即12位数据线同时生效输出，可用于12位或16位微型计算机系统。=0时，为单字节输出，可与8位CPU接口连接，AD574采用左对齐的数据格式，与A配合，使数据分两次输出。A=0时，高8位数有效。A=1时，那么输出低4位数据加4位附加0。请注意，引脚不能有TTL电平控制，必须直接接至+5V〔引脚1〕或数字地〔引脚15〕。(3)A为字节选择端。A引脚有两个作用，一是选择字节长度；二是与8位微处理器兼容时，用来选择读出字节。在转换之前，设A=1，AD574按8位A/D转换，转换时间为10。设A=0，12位A/D转换，转换时间为25，这与的状态无关。再读周期中，A=0时，高8位数据有效；A=1时，那么低4位数据有效。注意，如果=1，A的状态不起作用。AD574的引脚如图3-4所示。图3-4AD574引脚图数据线DB0到DB11，高8位接于P00到P07，低4位接于P04到P07。数据格式控制端接地，可与8位单片机兼容，12位数据分两次传送。WR,RD与非门后，接于CE，无论读或写，CE=1时AD574均工作。通过74LS373接于P01,只要P01=0那么启动转换器；P01=1那么读取转换结果。A0通过74LS373接于P00，即接于P00的状态可控制转换位数和读取字节的方式。综上所述，可写出AD574控制信号组合表，如表3-3所示。表3-3AD574控制信号组合表CER/12/A操作0xxxx禁止x1xxx禁止100x0启动12位转换v00x1启动8位转换101接1脚〔+5V〕x输出数据格式为并行12位101接地0输出数据格式为并行8位101接地1低4位加上尾随4个零图3-5AD574与单片机接口电路图3.5数据存储电路AT89C51单片机片内部数据存储器256Byte，地址为00H-FFH;外部数据存储器最大寻址空间64KB，地址为0000H-FFFFH。内部数据存储器共256字节，分为低128字节和高128字节。低128字节为用户数据存储器，地址为00H-7FH高128字节为特殊功能存放器，地址为80H-FFH由于本系统应用中会用到更多的RAM，所以只能在片外进行扩展，扩展RAM芯片一般采用静态RAM。用得较多的是Intel公司的6116容量为2KB和6264容量为8KB。其性能见表3-4所示。表3-46116和6264性能性能型号容量读写时间额定功耗封装61162K×8200160DIP2462648K×8200200DIP28本系统选用的是6264芯片，管脚图如3-6所示，芯片的主要引脚为：图3-66264引脚图6264芯片引脚功能如下：(1)电源：VCC端接+5v工作电压。GND端接地。(2)数据线：D7-D0共8根数据线。(3)地址线：A12-A0共13根地址线，可寻址的存储单元数为1213=8K个。(4)控制线：：片选信号1，输入低电平有效。CE2：片选信号2，输入高电平有效。只有当和CE2同时有效，才能选中该芯片。：写选通信号，输入低电平有效。：读选通信号，输入低电平有效。AT89C51单片机外接数据RAM时，P2口输出存储器的高8位，P0口分时输出地址的低8位和传送指令字节或数据。P0口先输出低8位地址信号，在ALE有效时将它锁存到外部地址锁存器中，然后P0口作为数据总线使用，此处地址锁存器选用74LS373，实际电路连接如图3-7所示。图3-76264与AT89C51硬件连接原理图3.6LED显示电路进入二十一世纪以来，显示器行业以开展为一个空间巨大，前景广阔的新型行业。在大型商场、车站、码头、地铁站以及各类办事窗口等越来越多的场所需要用LED点阵显示图形和汉字。显然，LED显示已成为城市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志。显示器是常用的输出设备之一，常见的显示器有LED显示器、LCD液晶显示器和CRT显示器。由于LED和LCD显示器可以显示数字、字符和系统状态，且具有体积小。功耗低，与单片机连接方便等特点，所以广泛使用在单片机应用系统中。这两种器件都具有本钱低廉、配置灵活、与单片机接口方便的特点。随着电子技术的飞速开展。近年来，也开始出现有配置简易形式的CRT显示器，以方便图形显示。LED显示块是由8个发光二极管做成的，也叫数码管。这种显示块有共阴极和共阳极两种。共阳极链接法，它是把各个发光二极管的阳极连接在一起作为公共端，工作时，公共端接高电平〔一般接电源〕，当某个发光二极管的阴极接低电平时，它对应的尾段点亮发光。另一种是共阴极连接法；它是把各个发光二极管的阴极连接在一起作为公共端，工作时，公共端接低电平〔一般接地〕，当某个发光二极管的阴极接高电平时，它对应的尾段点亮发光。在单片机应用系统中通常使用的是七段LED显示块中有8的发光二极管，也叫8段显示器。本设计选用的显示块是共阴极的LED[14]。根本原理是：将AT89C51单片机的8个I/O口数据线与显示模块的发光二极管的引出端〔a～dp〕相连，当低电平有效时，8位并行输出口输出不同的数据就点亮相应的发光二极管，获得不同的数字或字符。8位共阴极和共阳极LED数码显示器的字模如表3-6。显示字符共阳极共阴极显示字体共阳极共阴极0C0H3FHb83H7CH1F9H06HcC6H39H2A4H5BHdA1H5EH3B0H4FHE86H79H499H66HF8EH71H592H6DHP8CH73H682H7DHUC1H3EH7F8H07HY91H31H880H7FHH89H6EH990H6FHLC7H76Ha88H7FH“灭〞FFH00H表3-6LED数码宣示器的字模单片机控制控制LED显示器工作时,要提供段选码和位选码，减轻软件负担，选码通常用硬件译码芯片获得。这些芯片常用的有：(1)CD-7段译码驱动器。其功能是输入BCD码，输出7段显示器的字行码。如MC14558等。(2)D-7段译码驱动器。其功能是输入BCD码，输出7段显示器的字型码，且内带段输出驱动器。如：MC14547、74LS47等。上述两类接口芯片无输入锁存能力。(3)BCD-7段锁存/译码/驱动器。其功能是输入BCD码，经锁存、译码后输出7段显示器的字型码，并带段输出驱动器，如MC14513、MC14495。本设计显示局部选用LED显示器，其由发光二极管组成，采用动态显示方法；74LS138实现位选，CD4534段选。74LS138是一个3-8译码器，共有54/74S138和54/74LS138两种线路结构形式，其工作原理为：当一个选通端〔G1〕为高电平，另两个选通端为低电平时，可将地址端〔A、B、C〕的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。利用G1、/(G2A)和〔G2B〕可级联扩展成24线译码器；假设外接一个反相器还可级联扩展成32线译码器。假设将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可以作为数据分配器。共16个引脚，其引脚说明如下：表3-774LS138的16个引脚的功能引脚名称功能简述A、B、CE1、E2、E3Y0～Y7VccGND选择端即信号输入端使能端，其中E1、E2低电平有效，E3高电平有效译码输出信号，始终只有一个为低电平电源端，＋5V线路地两者的引脚图如3-8、3-9所示：图3-874LS138引脚图图3-9CD4543引脚图CD4543是BCD锁存/七段译码/驱动器，有灯测试功能；有消隐输入端；以异或门作输出级，可方便地驱动。显示电路设计如图3-10。图3-10显示电路原理图3.7串行通信电路在计算机系统中，CPU和外部通信有两种通信方式：并行通信和串行通信。本设计将两种通信方式的含义及特点表示如下表3-8：表3-8两种通信方式的含义及特点通信名称含义特点串行通信并行通信将数据字节以一位一位的形式在一条传输线上逐个的传送，数据发送设备先将数据代码由并行形式转换成串行形式，然后一位一位地放在传输线上进行传送。将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送，数据发送方在发送数据前，要询问数据接收方是否“准备就绪〞。数据接收方收到数据后，要向数据发送方回送数据已经接收到的“应答〞信号。传输线少，本钱低，速度慢，但数据的传送控制比并行通信复杂，已于远距离传送。传送速度快，效率高，控制简单，但远距离传送本钱高。通常所提到的计算机通信都是指计算机与外界间通信，即串行通信。按照串行通信的收发双方的时钟配置情况，串行通信可分为同步通信和异步通信两类。异步通信〔AsynchronousCommunication〕，是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接受过程，但要求发送和接收设备的时钟尽可能一致，使双方收发协调。数据通常是以字符为单位组成字符帧传送的。即一个一个字符地传送。异步通信的优点是不需要传送同步时钟，字符帧长度不受限制，故设备简单。缺点是字符帧中因包含起始位和停止位而降低了有效数据的传输速率。同步通信〔SynchronousCommunication〕是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传输一帧信息。这里的信息帧和异步通信的字符帧不同，通常有假设干个数据字符。它们均由同步字符、数据字符和校验字符CRC三局部组成。在同步通信中，同步字符可以采用统一的标准格式，也可以由用户约定。同步通信的数据传输速率较高，通常可达56000bit/s或更高，其缺点是要求发送时钟和接收时钟必须保持严格同步。数据通信在单片机应用系统中是主要采用的通信。在设计通信接口时，必须根据需要选择标准接口，并考虑传输介质、电平转换等问题。采用标准接口后，能够方便地把单片机和外设、测量仪器等有机地连接起来，从而构成一个测控系统。异步串行通信接口主要有三类：RS-232C接口、RS-449、RS-422和RS-485接口以及20mA电流环。常用的为RS-232C[15]。RS-232C是使用最早、应用最多的一种异步串行通信总线标准。它是美国电子工业协会〔EIA〕1962年公布、1969年最后修定而成的。其中RS表示RecommendedStandard，232是该标准的标识号，C表示最后一次修定。RS-232C主要用来定义计算机系统的一些数据终端设备〔DTE〕和数据电路终接设备〔DCE〕之间的电气性能。例如CRT、打印机与CPU的通信大都采用RS-232C接口，MCS-51单片机与PC机的通信也是采用该种类型的接口。由于MCS-51系列单片机本身有一个全双工的串行接口，因此该系列单片机用RS-232C串行接口总线非常方便。RS-232C串行接口总线适用于设备之间的通信距离不大于15米，传输速率最大为20kB/s。RS-232C规定了自己的电气标准，由于它是在TTL电路之前研制的，所以它的电平不是+5V和地，而是采用负逻辑，即：逻辑“0〞：+5V～+15V逻辑“1〞：-5V～-15V因此，RS-232C不能和TTL电平直接相连，使用时必须进行电平转换，否那么将使TTL电路烧坏，实际应用时必须注意。常用的电平转换电路是MAX232。图3-11为MAX232的引脚图。图3-11MAX232引脚图MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232C标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。MAX232引脚功能：第一局部是供电：(1)VCC〔引脚16〕：+5V。(2)GND〔引脚15〕：接地。第二局部是电荷泵电路：(3)C1+、C1-、C2+、C2-、V+、V-〔引脚1～6〕：和4个电容构成电荷泵电路。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供应RS-232C串口电平的需要第三局部是数据转换通道：(4)其中T1IN、R1OUT、R1IN、T1OUT〔引脚11～14〕：第一数据通道。(5)T2IN、R2OUT、R2IN、T2OUT〔引脚7～10〕：为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232C数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232C数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。图3-12串行通信硬件电路图3.8报警电路为了在某种紧急状态下或反常状态下，本系统需要一定的报警电路。本系统采用的是光电报警电路系统。报警设备选用压电式蜂鸣器，接口电路如图3-13所示。MCS-51的接线P11连接报警电路的输入端,当P11口输出低电平时,发光二极管两端电压差接近5V,发光报警.压电蜂鸣器两条引线加上近5V的直流电压，由压电效应而发出蜂鸣音报警。图3-13声光报警电路接口电路第4章基于MCS-51单片机的农业灌溉系统软件设计本课题的软件程序设计采用汇编语言。程序设计语言分为三类

(1)机器语言机器语言就是用二进制代码来表示指令和数据，也称为机器代码、指令代码。机器语言是计算机唯一能识别执行的语言，用其编写的程序执行效率最高，速度最快，但由于指令代码很难记忆，给程序的编写、阅读带来一定困难，所以几乎没人直接使用机器语言来编写程序。(2)汇编语言计算机所能执行的每一条指令都对应一组二进制代码。为了容易理解和记忆计算机的指令，人们用英文助记符来表示指令，用助记符表示的指令就是符号语言或汇编语言。将汇编语言程序转换成二进制代码表示的机器语言程序成为汇编程序。经汇编程序“汇编〞得到的机器语言程序成为目标程序，原来的汇编语言成为源程序。汇编语言的特点:①面向机器的低级语言，程序员须对MCS-51的硬件有相当深入的了解；②用汇编语言编写的程序效率高，占用的储存空间小，运行速度快，因此能编写出最优化的程序；③可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备，如磁盘、存储器、CPU、I/O端口等；④汇编语言与机器语言都脱离不开具体的机器硬件，均是面向“机器〞的语言，缺乏通用性。(3)高级语言高级语言是以中国面向算法、过程和对象的程序设计语言，它采用更接近人们自然语言和习惯的数学表达式及直接命令的方法来描述算法、过程和对象。高级语言的语句直观、易学、通用强，便于推广、交流，但高级语言编写的程序经编译后所产生的目标程序大，占用内存多，运行速度较慢。汇编语言的应用:①70%以上的系统软件是用汇编语言编写的；②某些快速处理、位处理、访问硬件设备等高效程序是用汇编语言编写；③某些高级绘图程序、视频游戏程序是用汇编语言编写的。汇编语言是我们理解整个计算机系统的最正确起点和最有效途径。人们经常认为汇编语言的应用范围很小，而无视它的重要性。其实汇编语言对每一个希望学习计算机科学与技术的人来说都是非常重要的，是不能不学习的语言。所有可编程计算机都向人们提供机器指令，通过机器指令人们能够使用机器的逻辑功能。所有程序，不管用何种语言编制，都必须转成机器指令，运用机器的逻辑功能，其功能才能得以实现。机器的逻辑功能，软件系统功能构筑其上，硬件系统功能运行于下。汇编语言直接描述机器指令，比机器指令容易记忆和理解。4.1系统主程序设计主系统流程图如图4-1所示。主程序完成的功能是：首先设定土壤湿度的上下限值，再对各存放器的状态初始化之后，开始启动土壤湿度传感器进行湿度检测，并将检测后的结果与设定值进行模糊化计算，结果显示在显示器上，假设测量值大于设定值，那么返回重新进行进行测量；假设测量值小于设定值，那么进行报警，报警后灌溉系统启动，对缺水的土壤地域进行灌溉。开始开始设定土壤湿度值的上下限各存放器初始化采集土壤湿度值模糊化计算将测量值与设定值相比拟，是否大于设定值？显示报警灌溉NY图4-1系统主程序流程图4.2数据采集子程序数据采集的主要任务是不断地采集土壤的湿度参数，并存储在外部制定的RAM单元。采样程序如图4-2所示。初始化初始化启动A/D转换读出A/D转换后的数据返回NY是否大于设定值？图4-2数据采集子程序流程图4.3数据处理子程序由于数据在进行采集时，单片机采集进来的信号总会被一些因素干扰，比方来自被测信号源、传感器、外界的干扰等，因此导致A/D转换器送入单片机的数据中存在误差。但是这些误差是随机并且不可防止的，这就要求我们要对这些数据进行处理，以便获得更为精确的数据。数据处理流程图如图4-3所示。开始开始清空交换标志位00H取采样值前值送后值单元，后值送前值单元置交换标志位00H取两个值，前值是否小于后值？〔R5〕－1=0？标志位00H=1？取值结束NNYNYY图4-3数据处理子程序流程图4.4数据显示子程序显示子程序采用动态显示的方法，不断将土壤湿度值通过位选和段选用LED显示出来，流程图如图4-4所示。进入动态显示子程序后，首先寻找显示缓冲区首地址R0，并把数据指针指向要显示最左边数码管的译码器地址，然后取出要显示的数据，并把数据通过转换，变成显示码，然后通过把段选码送入CD4543，用于数码管显示当前数值，位选码送入74LS138，用于确定六个数码管中的哪一个进行显示，当上述过程结束，需延时1ms，是人眼能够识别数码管显示数字的变化，然后判断六个数码管是否都已显示，如果没有，那么修改显示缓冲区的地址，寻找下一个数码管的译码器地址，然后取数据通过前面的过程进行显示，重复循环判断，直到六个数码管都显示数据，那么该子程序输出返回值。显示缓冲区首址R0显示缓冲区首址R0指向最左边一位取出要显示的数据求待显示数据的显示码送位选码到74LS138送段选码到CD4543DPTRCD4543地址动态显示子程序延时1ms6位数显示完了吗？返回求下一位位选码YN修改显示缓冲区地址修改显示缓冲区地址图4-4数据显示子程序流程图4.5数据通信子程序在单片机系统中，串口〔UART，通用异步收发接口〕是一个非常重要的组成局部。通常使用单片机串口通过RS232/RS485电平转换芯片与上位机连接，以进行上位机与下位机的数据交换、参数设置、组成网络以及各种外部设备的连接等。AT89C51是采用MCS-51系列的汇编语言编程，它有一个标准的串行接口，有4种工作方式，其中方式1是标准的10位异步通信方式，10位数据和PC机的标准串行接口相对应，由串行接口控制器SCON(字节地址为98H)设置状态。下列图为数据通信中断效劳子程序的流程图。采样存储数据采样存储数据置完成标志处理数据是否大于土壤湿度设定值？YN开始中断返回图4-5中断效劳子程序流程图第5章结论本文介绍了基于AT89C51单片机的节水灌溉智能控制系统的软硬件的设计与研究过程，重点介绍了控制系统软硬件的设计和实现以及灌溉量计算模型的设计和实现。预期到达的目标是对土壤湿度参数进行检测，将土壤湿度传感器检测的结果送入A/D转换电路，进行处理后，输入单片机，将监测到的湿度值进行显示，数据处理过程中采用模糊控制算法，输出控制信号对现场土壤湿度进行实时控制，能在土壤湿度异常情况实现报警等功能。在元器件选择上尽量做到使硬件电路简单,力求整个系统相关器件性能匹配。系统以AT89C51单片机系统完成对土壤湿度信号的采集、处理、显示以及对执行机构的控制等功能；用Protel软件绘制电路原理图；利用MCS-51汇编语言编制运行程序。该系统的主要特点是适用性强，可对作物进行适时、适量灌水，系统本钱低廉，操作非常简单，可扩展性强，只要稍加改变，即可增加其他使用功能。参考文献[1]王友贞，汤广民.节水灌溉与农业可持续开展［J].节水灌溉,2005,2:33-34.[2]马公为，洪亮，刘文青等.智能化控制耕层滴灌技术［J］.节水灌溉,2004,5:56.[3]段爱旺、白晓君.美国灌溉现状分析[J],灌溉排水，1999,(1).[4]王德民.微灌技术[J].中国农村科技,1999,4:8-9.[5]张志新.滴灌[J].新疆科技卫生出版社,1992.[6]王之芳.传感器应用技术［M].西安交通大学出版社,1995.[7]刘金琨.智能控制[M],北京高等精品教材,2023(7).[8]程武山.智能控制理论与应用[M],上海交通大学出版社,2006[9]王立新，王迎新.模糊系统与模糊控制教程［M].清华大学出版社,2003-06.[10]冯冬青，谢宋和等.模糊智能控制［M］.北学工业出版社,2000-03.[11]李英顺.单片机原理及应用［M].中国水利水电出版社,2023.[12]张迎新.单片微型计算机原理应用及接口技术［M].国防工业出版社,2000.[13]胡汉才.单片机原理及其接口技术［M］.清华大学出版社,2007.[14]康华光.电子技术根底[M].高等教育出版社,2005.[15]李锡雄.微型计算机控制技术[M].北京科学出版社,1999-08.致谢经过半年的学习和实践，终于完成了这次的毕业设计。在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师—李芝兰老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！然后我还要感谢大学里的各位老师在四年的时间里的培养，使我对专业产生了浓厚的兴趣，能系统的学习专业知识，了解本专业先进知识的动向，并最终使自己成为一个对社会有用的人。四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对