内容发布更新时间 : 2024/11/5 21:50:38星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
自动浇花系统
图3-2 AT89C52
A/D转换芯片选择：
ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。芯片转换时间仅为32μs，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。 芯片如图3-3
使用ADC0832完全可以满足系统要求，与ADC0809相比，可以减少引脚连线，简化控制。
图3-3 ADC0832
时钟芯片：
７
自动浇花系统
DS1302是涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和 31字节静态
RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒-分-时-日-日期-月-年的信息，每月的天，数和闰年的天数可自动调整。时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用 24 或 12 小时格式。DS1302 与单片机之 间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线1 、RE（复位）2、I/ O（数据线）3 、（SCLK 串行时钟）时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达 31 个字节的字符组方式通信。DS1302 工作时功耗很低 保持数据和时钟信息时功率小于 1mW。
3.4系统传感电路设计
系统传感电路的设计包括三个方面：一、土壤湿度传感器的选择与参数分析；二、土壤湿度信号的调理电路的设计，由于传感器的输出信号一般较小，不足以获得高的A/D转换精度，此部分由运算放大电路构成，是系统的重要部分；三、A/D转换的处理。
3.4.1 土壤湿度传感器的设计
土壤湿度传感器在原理与结构上千差万别，根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用土壤湿度传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题[14]。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。土壤湿度测量结果的成败，在很大程度上取决于土壤湿度传感器的设计和选用是否合理。
本设计之初，原本打算选用FDS-100土壤水分传感器，其可测量土壤相对含水率，与土壤本身的机理无关，是目前国际上最流行的土壤水分测量方法。FDS-100土壤水分传感器是一款高精度、高灵敏度的测量土壤水分的传感器。可深埋土中，长期测量且性能稳定。但由于FDS-100的价格偏贵，动辄接近一千，这是不符合我们的设计理念的。而市场上土壤湿度的型号和资料也较少，价格也不尽如人意，难以找到一款合适的土壤湿度传感器，所以根据土壤湿度的测量原理，就地取材，从土壤在不同湿度的情况下的电阻不同的特性。设计了一个简单的湿度传感。配以相应的外围电路，变形成了一个简易土壤湿度传感器了。
从某个侧面看出，对土壤湿度的测量在技术及成本上还有待突破，不像空气湿度测量成熟。在仿真中我们采用一个低压电源和一个可调电阻进行模拟，不同的电阻值对应输出不同的电压信号，这点等同于电阻测土壤湿度，在不同湿度情
８
自动浇花系统
况下的不同电阻，产生对应于湿度信息的电压湿度信号。如图是系统在protues中的仿真模拟。
图 3-4 土壤湿度传感器模拟
3.4.2 土壤湿度信号调理电路
信号处理电路，把土壤湿度模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。我们所使用的土壤湿度传感器是模拟传感器可测量土壤湿度信息，但由于湿度传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到MCU或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。
信号调理将您的数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统，这是通过帮助您直接连接到广泛的传感器和信号类型(从热电偶到高电压信号)来实现的。关键的信号调理技术可以将数据采集系统的总体性能和精度提高10倍。
在本设计中，考虑到晶体管的放大电路的繁琐以及不稳定，故而采用基本运放电路的形式进行信号放大。因为没有外在干扰，所以最基本的运算电路就可满足系统的要求。我们将采用比例运算放大电路。
比例运算电路的输出电压与输入电压之间存在比例关系，即电路可实现比例运算。比例电路是最基本的运算电路，是其他各种运算电路的基础，本章随后将要介绍的求和电路、积分和微分电路、对数和指数电路等等，都是在比例电路的基础上，加以扩展或演变以后得到的。根据输入信号接法的不同，比例电路有三种基本形式：反相输入、同相输入以及差分输入比例电路。
使用单个集成运放构成运算电路时存在两个缺点，一是电阻的选取和调整不方便，二是对于每个信号源的输入电阻均较小。因此，必要时可采用两级电路。我们使用图3-5所示电路实现差分比例运算放大。第一级为同相比例运算电路；第二级为差分比例运算电路。
９
自动浇花系统
图3-5 高输入电阻的差分比例运放电路
第一级有
?Rf1?u01???1?R??u11
1??利用叠加原理，第二级电路的输出
u0??Rf2Rf2?uo1??1??R3R3????u12 ?若R1?Rf2,R3?Rf1，则
Rf2?uo??1??R3?????u12?u11? ?从电路的组成可以看出，无论对于u11，还是对于u12，均可以认为输入电阻为无穷大。
在第一级中：对同相比例运算电路有：①相比例运算放大电路是一个深度的电压串联负反馈电路。因为u?= u?=ui，所以不存在“虚地”现象，在选用集成运放时要考虑到其输入端可能具有较高的共模输入电压。
②电压放大倍数Auf?1?RfR1，即输出电压与输入电压的幅值成正比，且相
位相同。也就是说，电路实现了同相比例运算。Auf也只取决于电阻Rf和R1之比，而与集成运放的内部参数无关，所以比例运算的精度和稳定性主要取决于电阻
Rf和R1的精确度和稳定度。一般情况下，Auf值恒大于1。当Rf=0或R1=∞时，Rf?1 ，这种电路称为电压跟随器。
１０
自动浇花系统
③由于引入深度电压串联负反馈，因此电路的输入电阻很高，输出电阻很低。
图3-6 同相比例运算电路
在第二级中：输入电压ui和ui分别加在集成运放的反相输入端和同相输入端，从输出端通过反馈电阴Rf接回到反相输入端。为了保证运放两个输入端对地的电阻平衡，同时为了避免降低共模抑制比，差分比例运算电路的电压放大倍数为Auf??/RfR1可知，电路的输出电压与两个输入电压之差成正比，实现了差分
比例运算。其比值旧Auf同样决定于电阻Rf和R1之比，而与集成运放内部参数无关。由以上分析还可以知道，差分比例运算电路中集成运放的反相输入端和同相输入端可能加有较高的共模输入电压，电路中不存在\虚地\现象。
差分比例运算电路除了可以进行减法运算以外，还经常被用作测量放大器。差分比例运算电路的缺点是对元件的对称性要求比较高，如果元件失配，不仅在计算中带来附加误差，而且将产生共模电压输出。电路的另一个缺点是输入电阻不够高。
图3-7 差分比例运算电路
我们将采用LM358设计此电路。LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用
１１