基于单片机的农田诱虫灭虫灯控制电路设计.docx
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基于单片机的农田诱虫灭虫灯控制电路设计
摘要
近年来随着电子在社会领域的渗透,应用电子正在不断地走向新时代,同时伴随着经济的发展与社会的进步。
电子产品的设计、制作、调试与检修等知识,将硬件与软件更好的结合在一起。
随着社会的发展和生活水平的提高,人们对生活质量有了更多的关注。
绿色无公害食品便成为当今社会关注的对象。
要做到绿色无公害一个重要方面的就是无污染和安全性,所以在生产过程中不使用化学合成的农药是一关键条件,但是农业害虫的消除也是必要的,在这样的环境下自控诱虫灯应运而生。
为了实现灭虫功能,设计以STC89C52单片机作为核心元件,并给出了系统的硬件组成和软件的设计方法。
设计应用光敏电阻对光的反应,及温湿度传感器因温湿度超过设定值时的反应,通过单片机写入程序,从而达到智能控制诱虫灯的工作时间。
关键词:
应用电子;STC89C52;绿色无公害。
Abstract
Inrecentyears,withthepenetrationofelectronsinthesocialfield,theapplicationofelectronicareconstantlytowardanewera,accompaniedbyeconomicdevelopmentandsocialprogress.Knowledgeofdesign,production,commissioningandmaintenanceofelectronicproducts,hardwareandsoftwaretogether.
Withthesocialdevelopmentandimprovementoflivingstandards,peoplehavemoreattentiontothequalityoflife.Greenpollution-freefoodwillbecometheobjectofsocialconcern.Todothegreenpollutionisanimportantaspectofnon-pollutingandsafetyintheproductionprocessdoesnotusesyntheticpesticidesisakeyconditionfortheeliminationofagriculturalpestsisalsonecessary,self-controlinsuchanenvironment,attractinginsectsThelightcameintobeing.Inordertoachievepestcontrolfunction,thedesignedtoSTC89C52microcontrollerasthecorecomponents,andsystemhardwarecomponentsandsoftwaredesign.Photoresistorlightresponseofthedesignapplication,andtemperatureandhumiditysensors,temperatureandhumidityexceedthesetvalue,thereaction,theMCUbywritingprograms,soastoachieveintelligentcontroltraplampworkinghours.
Keywords:
Theapplicationofelectronic;STC89C52;pollution-freegreen
1绪论
1.1设计的意义
生态农业是指在保护、改善农业生态环境的前提下,遵循生态学、生态经济学规律,运用系统工程方法和现代科学技术,集约化经营的农业发展模式。
生态农业是一个农业生态经济复合系统,将农业生态系统同农业经济系统综合统一起来,以取得最大的生态经济整体效益。
它也是农、林、牧、副、渔各业综合起来的大农业,又是农业生产、加工、销售综合起来,适应市场经济发展的现代农业。
生态农业是以生态学理论为主导,运用系统工程方法,以合理利用农业自然资源和保护良好的生态环境为前提,因地制宜地规划、组织和进行农业生产的一种农业。
主要是通过提高太阳能的固定率和利用率、生物能的转化率、废弃物的再循环利用率等,促进物质在农业生态系统内部的循环利用和多次重复利用,以尽可能少的投入,求得尽可能多的产出,并获得生产发展、能源再利用、生态环境保护、经济效益等相统一的综合性效果,使农业生产处于良性循环中。
生态农业不同于一般农业,它不仅避免了石油农业的弊端,并发挥其优越性。
通过适量施用化肥和低毒高效农药等,突破传统农业的局限性,但又保持其精耕细作、施用有机肥、间作套种等优良传统。
它既是有机农业与无机农业相结合的综合体,又是一个庞大的综合系统工程和高效的、复杂的人工生态系统以及先进的农业生产体系。
以生态经济系统原理为指导建立起来的资源、环境、效率、效益兼顾的综合性农业生产体系。
中国的生态农业包括农、林、牧、副、渔和某些乡镇企业在内的多成分、多层次、多部门相结合的复合农业系统。
20世纪70年代主要措施是实行粮、豆轮作,混种牧草,混合放牧,增施有机肥,采用生物防治,实行少免耕,减少化肥、农药、机械的投入等;80年代创造了许多具有明显增产增收效益的生态农业模式,如稻田养鱼、养萍,林粮、林果、林药间作的主体农业模式,农、林、牧结合,粮、桑、渔结合,种、养、加结合等复合生态系统模式,鸡粪喂猪、猪粪喂鱼等有机废物多级综合利用的模式。
生态农业的生产以资源的永续利用和生态环境保护为重要前提,根据生物与环境相协调适应、物种优化组合、能量物质高效率运转、输入输出平衡等原理,运用系统工程方法,依靠现代科学技术和社会经济信息的输入组织生产。
通过食物链网络化、农业废弃物资源化,充分发挥资源潜力和物种多样性优势,建立良性物质循环体系,促进农业持续稳定地发展,实现经济、社会、生态效益的统一。
因此,生态农业是一种知识密集型的现代农业体系,是农业发展的新型模式
单片机自20世纪70年代问世以来,以其极高的性能价格比受到人们的重视和关注,应用广泛,发展快速。
单片机具有体积小、速度快、抗干扰能力强,环境要求不高,性能可靠和价格低廉等优点,通常在其外部配置外围电路就可构成一完整的控制系统。
由于具有以上优点,在我国,单片机已广泛应用与工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家电电器、电力电子、武器装备、机电一体化设备等各个方面。
本设计应用STC89C52单片机控制诱虫灭虫灯工作,将虫诱入网兜并将其喂养青蛙,实现生态农业的目的。
1.2设计方案
系统采用STC89C52单片机控制各个LED灯的亮灭,加之光敏电阻的感光性能,和数字温湿度传感器AM2302对温湿度的感应能力,达到在特定条件下,诱虫灭虫灯系统工作,从而实现对诱虫灭虫灯的自动控制。
2系统概述
2.1系统实现的功能
根据方案的要求,将程序写入单片机,。
使得诱虫灭虫灯在晚上工作,且在温度太低或者下雨天不工作。
主要工作原理:
STC89C52单片机控制各串口电平的高低,同时由光敏电阻及温湿度传感器感应控制诱虫灭虫灯的工作状态。
2.2单片机控制诱虫灭虫灯系统构成
如图1所示的单片机诱虫灭虫控制系统电路,主要由控制部分,检测部分,负载部分三部分组成。
图1单片机控制诱虫灭虫灯的系统结构图
1.控制部分
为了灵活设计,选择可多次写入的可编程器件,这里选用的是STC89C52单片机,根据程序控制LED的闪烁情况。
2.检测部分
由于要要感应检测光照及温度和湿度,这里采用光敏电阻和数字温湿度传感器am2302。
3.负载部分
由上下各10个总计20个LED灯组成。
2.3主要芯片及元件的介绍
2.3.1STC89C52的简介
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。
STC89C52具有以下标准功能:
8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。
另外,STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
主要性能:
● 与MCS-51单片机产品兼容
● 8K字节在系统可编程Flash存储器
● 1000次擦写周期
● 全静态操作:
0Hz~33Hz
● 三级加密程序存储器
● 32个可编程I/O口线
● 三个16位定时器/计数器
● 八个中断源
● 全双工UART串行通道
● 低功耗空闲和掉电模式
● 掉电后中断可唤醒
● 看门狗定时器
● 双数据指针
● 掉电标识符
图2STC89C52双列直插式引脚图
端口介绍:
P0口:
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下,
P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。
程序校验时,需要外部上拉电阻。
P1口:
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX),具体如下表所示。
在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。
P2口:
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR)时,P2口送出高八位地址。
在这种应用中,P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址(如MOVX@RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口:
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用,如下表所示。
在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。
特殊功能寄存器:
在STC89C52片内存储器中,80H-FFH共128个单元为特殊功能寄存器(SFE),并非所有的地址都被定义,从80H—FFH共128个字节只有一部分被定义,还有相当一部分没有定义。
对没有定义的单元读写终是无效的,读出的数值将终不确定,而写入的数据也将丢失。
不应将数据“1”写入未定义的单元,由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能,在这种情况下,复位后这些单元数值总是“0”。
STC89C52除了定时/计数器0和定时/计数器1外,还增加了一个定时/计数器2。
定时/计数器2的控制状态位于T2CON和T2MOD,寄存器对是定时器2在16位捕获方式或16位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器。
STC89C52有6个中断源,2个中断优先缀,IE寄存器控制各种中断位,IP寄存器中6个中断源的每个可定位为2个优先缀。
STC89C52有256个字节的内部RAM,80H-FFH高128个字节与特殊功能寄存器(SFR)地址是重叠的,也就是高128字节的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的,但物理上它们是分开的。
当一条指令访问7FH以上的内部地址单元时,指令中使用的寻址方式是不同的,也即寻址方式决定是访问高128字节RAM还是访问特殊功能寄存器。
如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。
定时器:
STC89C52的定时器0和定时器1的工作方式与STC89C51相同,定时器2是一个16位定时/计数器。
他/它既可当定时器使用,也可作为外部事件计数器使用,其工作方式由特使功能寄存器T2CON的C/T2位选择。
定时器2有三种工作方式:
捕获方式,自动重装载(向上或向下计数)方式和波特率发生器方式,工作方式由T2CON的控制来选择。
定时器2由两个8位寄存器TH2和TL2组成,在定时器工作方式中,每个机器周期TL2寄存器的值加1,由于一个机器周期由12个振荡时钟构成,因此,计数速率为振荡频率的1/12.
在计数工作方式时,当T2引脚上外部输入信号产生由1至0的下降沿时,寄存器的值加1,在这种工作方式下,每个机器周期的5SP2期间,对外部输入进行采样。
若在第一个机器周期中采到的值为1,而在下一个机器周期中采到的值为0,则在紧跟着的下一个周期的S3P1期间寄存器加1.由于识别1至0的跳变需要2个机器周期(24个振荡周期),因此,最高计数速率为振荡频率的1/24.为确保采样的正确性,要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间,以保证输入信号至少被采样一次。
2.3.2STC89C52的时钟介绍
单片机的工作过程是:
取一条指令、译码、进行操作,再取一条指令、译码、进行微操作,这样自动的一步一步的由微操作依序完成相应指令规定的功能。
各指令的微操作在时间上由严格的次序,各种微操作的时间次序称作为时序。
单片机的时钟信号用来为单片机芯片内部的微处理提供时间基准。
1、STC89C52的时钟信号产生方式
STC89C52单片机的时钟信号通常有两种产生方式:
一是内部时钟方式,二是外部时钟方式。
内部时钟方式如图1.3所示。
在STC89C52单片机内部有一振荡电路,只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体,就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟信号。
图中电容器C1、C2的作用是稳定频率,快速起振,电容值在5~30pF,典型值为30pF。
晶振CYS的振荡器频率为1.2~12MHz,典型值为12MHz和6MHz。
图3内部时钟方式
外部时钟方式是把已有时钟信号引入到单片机内,如图1.3所示。
此方式多用于多片STC89C52单片机同时工作。
以便于各单片机同步。
一般要求外部信号高电平的持续时间大于20ns,且为频率低于12MHz的方波。
对于采用CHMOS工艺的单片机,外部时钟主要由XTAL1端引入,而XTAL2端引脚应悬空。
图4外部时钟方式
2、STC89C52的时钟信号
晶振周期为最小的时序单元。
晶振信号经分频器形成两相错开的时钟信号P1和P2.时钟信号的周期也称为S状态,它是晶振周期的两倍。
即一个时钟周期包含两个晶振周期。
在每个时钟周期的前半周期,相位1有效,在每个时钟周期的后半周期,相位2有效。
每个时钟周期有两个节拍P1和P2,CPU以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥各个部件协调工作。
晶振信号12分频后形成机器周期。
一个晶振周期包含12个晶振周期或6个时钟周期。
因此每个机器周期的12个晶振脉冲可以表示为S1P1S1P2
S2P2……S6P6。
晶振周期和机器周期是单片机内计算其他时间值的基本时序单位。
如晶振频率为12HZ,则机器周期为1us,指令周期为1-4us。
2.3.3单片机中断的介绍
在设计中用到了外部中断INT0/INT1和定时器T0。
它们的中断请求标志分别为IE0,IE1和TF0.这些中断请求标志位分别由特殊功能寄存器TCON和TMOD的相应位锁存。
在这个设计中,中断允许寄存器是首要介绍的。
定时器/计数器Tx(0.1)由两个特殊功能寄存器THx和TLx构成。
结构框图如下:
1)中断允许寄存器IE控制CPU对中断源的开放或屏蔽。
中断的开放和屏蔽实现2级控制,一个总开关中断控制所有的中断。
当EA=0时,所有的中断请求被屏蔽,CPU不接受任何请求。
当EA=1时,CPU开中断,此时只要五个中断源的中断请求允许为1,则开中断。
2)TMOD-工作方式控制寄存器,用于选择定时器/计数器的工作模式,和工作方式,字节地址为89H,8位分2组,高4位控制T1,低4位控制T0。
下面对工作方式选择位做说明:
M1M0---工作方式选择位,M1M0共有4种编码,分别对应4种工作方式。
中断的触发方式:
电平触发方式和下降沿触发方式
2.3.4LED
LED(LightEmittingDiode),发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。
LED的心脏是一个半导体的晶片。
晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。
半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。
但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个P-N结。
当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。
而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。
对于一般照明而言,人们更需要白色的光源。
1998年发白光的LED开发成功。
这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成。
GaN芯片发蓝光(λp=465nm,Wd=30nm),高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光射,峰值550nm。
蓝光LED基片安装在碗形反射腔中,覆盖以混有YAG的树脂薄层,约200-500nm。
LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收,另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合,可以得到得白光。
现在,对于InGaN/YAG白色LED,通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度,可以获得色温3500-10000K的各色白光。
这种通过蓝光LED得到白光的方法,构造简单、成本低廉、技术成熟度高,因此运用最多。
2.3.5光敏电阻的简介
光敏电阻又称光导管,常用的制作材料为硫化镉,另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。
这些制作材料具有在特定波长的光照射下,其阻值迅速减小的特性。
这是由于光照产生的载流子都参与导电,在外加电场的作用下作漂移运动,电子奔向电源的正极,空穴奔向电源的负极,从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。
光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器;入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化)。
常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器,它是由半导体材料制成的。
光敏电阻器的阻值随入射光线(可见光)的强弱变化而变化,在黑暗条件下,它的阻值(暗阻)可达1~10M欧,在强光条件(100LX)下,它阻值(亮阻)仅有几百至数千欧姆。
光敏电阻器对光的敏感性(即光谱特性)与人眼对可见光(0.4~0.76)μm的响应很接近,只要人眼可感受的光,都会引起它的阻值变化。
设计光控电路时,都用白炽灯泡(小电珠)光线或自然光线作控制光源,使设计大为简化
通常,光敏电阻器都制成薄片结构,以便吸收更多的光能。
当它受到光的照射时,
就激发出电子—空穴对,参与导电,使电路中电流增强。
为了获得高的灵敏度,光敏电阻的电极常采用梳状图案,它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。
光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片(或树脂防潮膜)和电极等组成。
光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示
根据光敏电阻的光谱特性,可分为三种光敏电阻器:
紫外光敏电阻器:
对紫外线较灵敏,包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等,用于探测紫外线。
红外光敏电阻器:
主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。
锑化铟等光敏电阻器,广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱,红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。
可见光光敏电阻器:
包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫。
主要用于各种光电控制系统,如光电自动开关门户,航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭,自动给水和自动停水装置,机械上的自动保护装置和“位置检测器”,极薄零件的厚度检测器,照相机自动曝光装置,光电计数器,烟雾报警器,光电跟踪系统等方面。
光敏电阻的主要参数是:
(1)光电流、亮电阻。
光敏电阻器在一定的外加电压下,当有光照射时,流过的电流称为光电流,外加电压与光电流之比称为亮电阻,常用“100LX”表示。
(2)暗电流、暗电阻。
光敏电阻在一定的外加电压下,当没有光照射的时候,流过的电流称为暗电流。
外加电压与暗电流之比称为暗电阻,常用“0LX”表示。
(3)灵敏度。
灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值(暗电阻)与受光照射时的电阻值(亮电阻)的相对变化值。
(4)光谱响应。
光谱响应又称光谱灵敏度,是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。
若将不同波长下的灵敏度画成曲线,就可以得到光谱响应的曲线。
(5)光照特性。
光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。
从光敏电阻的光照特性曲线可以看出,随着的光照强度的增加,光敏电阻的阻值开始迅速下降。
若进一步增大光照强度,则电阻值变化减小,然后逐渐趋向平缓。
在大多数情况下,该特性为非线性。
(6)伏安特性曲线。
伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系,对于光敏器件来说,其光电流随外加电压的增大而增大。
(7)温度系数。
光敏电阻的光电效应受温度影响较大,部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高,而在高温下的灵敏度则较低。
(8)额定功率。
额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率,当温度升高时,其消耗的功率就降低
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。
在半导体光敏材料两端装上电极引线,将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻,为了增加灵敏度,两电极常做成梳状。
用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。
通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体
图6光敏电阻原理图
及梳状欧姆电极,接出引线,封装在具有透光镜的密封壳体内,以免受潮影响其灵敏度。
在黑暗环境里,它的电阻值很高,当受到光照时,只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度,则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带,并在价带中产生一个带正电荷的空穴,这种由光照产生的电子—空穴对了半导体材料中载流子的数目,使其电阻率变小,从而造成光敏电阻阻值下降。
光照愈强,阻值愈低。
入射光消失后,由光子激发产生的电子—空穴对将复合,光敏电阻的阻值也就恢复原值。
在光敏电阻两端的金属电机加上电压,其中便有电流通过,受到波长的光线照射时,电流就会随光强的而变大,从而实现光电转换。
光敏电阻没有
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- 基于 单片机 农田 灭虫 控制电路 设计
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