毕业设计论文基于单片机的向日葵生长测量仪设计
摘要控制环境植物生产系统中,营养液栽培系统由于具有多变量、非线性、大滞后、不确定性等问题,难以建立精确的数学模型,因而使得传统控制策略难以获得满意的控制效果,从而导致其控制自动化水平相对落后根据模糊控制理论及其在复杂的非线性控制系统具有良好应用效果的事实今天，那些不会打理花园的人再也不用为自己花园中的植物枯萎而担忧了一种新型的植物生长传感器已在美国面世 这种传感器体积小巧，把它插在花盆里或花园中24小时，它便可以全面地收集与植物生长有关的数据，包括光照、温度、湿度、土壤的排水性等这种传感器顶端带有USB接口，可直接将收集到的数据传输至计算机用户可通过Easybloom的专用网站对该数据进行分析，数据库中包含了5000多种植物的相关信息，可以准确地告诉用户植物目前的生长状况，所处的生长环境是否适宜以及所在的区域适合种植何种植物等信息，甚至还能准确地告诉种植者花园中哪株植物需要浇水了，哪株植物生病了以及如何解决等信息在下位机系统中设计由各传感器及其信号调理电路、采样保持及模/数转换电路、MCS-51系列单片机和串行通信接口电..关键字：生长仪，ATmega8，传感器目录摘要 1目录 2一 设计要求 31.基本要求 32.创新部分 3二 系统分析 41.系统设计方向 42.系统构成 43.可选传感器 4三 所用器件简介 51.主控芯片ATmega8简介 5（1）产品特性 5（2）外设特点 6（3）特殊的处理器特点 6（4）I/O 和封装 6（5）工作电压 7（6）速度等级 7（7）引脚说明 8（8）ATmega8状态寄存器 9（9）通用寄存器 10（10）堆栈指针 11（11）复位与中断 122．生长速率传感器FI-SM 13(1)速率传感器简介 13(2)接触式速率传感器 13（3）非接触式速率传感器 14(4)速度传感器的性能 14(5) FI-SM速率传感器指标 143.位移传感器DE-1M 15（1）位移传感器简介 15（2）位移传感器原理 15（3）位移传感器信号处理 16(4)位移传感器位移传感器的分类 17(5)位移传感器主要特性参数 18(6)位移传感器SD-5M各项指标 19（7）数码管显示器 19四 系统设计 211.系统硬件设计 21（1）AVR单片机最小系统 21（2）传感器输入接口 21（3）放大处理器 22（4）信号处理整形电路 23（5）报警电路 23（6）电源电路 242.系统软件设计 24（1）软件流程图 24（2）程序清单 25五 参考文献： 25附录一：程序清单 26一 设计要求1.基本要求（1）能实时监测向日葵的生长情况。
2）能实时显示及统计向日葵生长高度等各项指标2.创新部分（1）能存储一周的生长指标值，便于查看与对比2）能设定各项指标，并进行报警二 系统分析1.系统设计方向本系统主要依靠各种专业传感器，来将植物的当前生长情况的各项指标转换成微电压信号，在经过精密放大整理后送到AVR单片机ATmega8，利用单片机来比较转换各项指标，并存储，最后处理成较人性化的指标系统可预置各项指标，并能定向报警2.系统构成● 电源系统● 样品收集系统● 样品检测系统● 数据采集系统3.可选传感器● PIR-1 光合作用辐射传感器● TIR-4 总辐射传感器● ATH-2 空气温湿度传感器● SMS-2 土壤湿度传感器● LT-2M 叶片温度传感器● SF-4M, SF-5M 茎流速率传感器● SD-5M 或 SD-6M 茎杆微变化传感器● DE-1M 电子点位测树器● FI-LM,FI-MM,FI-SM和FI-XSM果实生长传感器● SA-20 茎杆生长计三 所用器件简介1.主控芯片ATmega8简介（1）产品特性● 高性能、低功耗的 8 位AVR® 微处理器● 先进的RISC 结构● 130 条指令 – 大多数指令执行时间为单个时钟周期● 32个8 位通用工作寄存器● 全静态工作● 工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS● 只需两个时钟周期的硬件乘法器● 非易失性程序和数据存储器● 8K 字节的系统内可编程Flash● 擦写寿命: 10,000 次● 具有独立锁定位的可选Boot 代码区● 通过片上Boot 程序实现系统内编程● 真正的同时读写操作● 512 字节的EEPROM● 擦写寿命: 100,000 次● 1K字节的片内SRAM● 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密（2）外设特点● 两个具有独立预分频器8 位定时器/ 计数器, 其中之一有比较功能● 一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器● 具有独立振荡器的实时计数器RTC● 三通道PWM● TQFP与MLF 封装的8 路ADC● 路10 位ADC● 8 路10 位ADC● 面向字节的两线接口● 两个可编程的串行USART● 可工作于主机/ 从机模式的SPI 串行接口● 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器● 片内模拟比较器（3）特殊的处理器特点● 上电复位以及可编程的掉电检测● 片内经过标定的RC 振荡器● 片内/ 片外中断源● 5种睡眠模式: 空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式及Standby 模式。
4）I/O 和封装● 23个可编程的I/O 口● 28引脚PDIP 封装,32 引脚TQFP 封装,32 引脚MLF 封装（5）工作电压● 2.7 - 5.5V (ATmega8L)● 4.5 - 5.5V (ATmega8)（6）速度等级● 0 - 8 MHz (ATmega8L)● 0 - 16 MHz (ATmega8)● 4 Mhz 时功耗, 3V, 25°C● 工作模式: 3.6 mA● 空闲模式: 1.0 mA● 掉电模式: 0.5 μA● 具有8KB 系统内可编程 Flash 的● 8 位 微控制器ATmega8引脚图ATmega8内部结构简图（7）引脚说明VCC 数字电路的电源GND 地端口B(PB7..PB0)XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2端口B 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B 处于高阻状态通过时钟选择熔丝位的设置， PB6 可作为反向振荡放大器或时钟操作电路的输入端通过时钟选择熔丝位的设置PB7 可作为反向振荡放大器的输出端。
若将片内标定RC 振荡器作为芯片时钟源，且ASSR 寄存器的AS2 位设置，PB7..6 作为异步 T/C2 的TOSC2..1 输入端端口B 的其他功能见P55“ 端口B 的第二功能” 及P 22“ 系统时钟及时钟选项” 端口C(PC5..PC0) 端口C 为7 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C 处于高阻状态PC6/RESET 若RSTDISBL 熔丝位编程， PC6 作为I/O 引脚使用注意PC6 的电气特性与端口C 的其他引脚不同若RSTDISBL 熔丝位未编程，PC6 作为复位输入引脚持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位门限时间见P 35Table 15 持续时间小于门限时间的脉冲不能保证可靠复位端口C 的其他功能见后端口D(PD7..PD0) 端口D 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。
在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D 处于高阻状态端口D 的其他功能见后RESET 复位输入引脚持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位门限时间见 P35Table 15 持续时间小于门限时间的脉冲不能保证可靠复位AVCC AVCC 是A/D转换器、端口C (3..0) 及ADC (7..6) 的电源不使用ADC时，该引脚应直接与VCC 连接使用ADC 时应通过一个低通滤波器与VCC 连接注意，端口C (5..4) 为数字电源， VCCAREF A/D 的模拟基准输入引脚ADC7..6(TQFP 与MLF 封装) TQFP与MLF封装的ADC7..6作为A/D转换器的模拟输入为模拟电源 且作为10位ADC通道8）ATmega8状态寄存器状态寄存器包含了最近执行的算术指令的结果信息这些信息可以用来改变程序流程以实现条件操作如指令集所述，所有ALU 运算都将影响状态寄存器的内容这样，在许多情况下就不需要专门的比较指令了，从而使系统运行更快速，代码效率更高在进入中断服务程序时状态寄存器不会自动保存，中断返回时也不会自动恢复这些工作需要软件来处理AVR 中断寄存器 SREG 定义如下：• Bit 7 – I: 全局中断使能I 置位时使能全局中断。
单独的中断使能由其他独立的控制寄存器控制如果I 清零，则不论单独中断标志置位与否，都不会产生中断任意一个中断发生后I 清零，而执行RETI指令后I 恢复置位以使能中断I 也可以通过SEI 和CLI 指令来置位和清零• Bit 6 – T: 位拷贝存储位拷贝指令BLD 和BST 利用T 作为目的或源地址BST 把寄存器的某一位拷贝到T，而BLD 把T 拷贝到寄存器的某一位• Bit 5 – H: 半进位标志半进位标志H 表示算术操作发生了半进位此标志对于BCD 运算非常有用详见指令集的说明• Bit 4 – S: 符号位, S = N ⊕ VS 为负数标志N 与2 的补码溢出标志V 的异或详见指令集的说明• Bit 3 – V:2 的补码溢出标志支持2 的补码运算详见指令集的说明• Bit 2 – N: 负数标志表明算术或逻辑操作结果为负详见指令集的说明• Bit 1 – Z: 零标志表明算术或逻辑操作结果为零详见指令集的说明• Bit 0 – C: 进位标志（9）通用寄存器文件寄存器文件针对AVR 增强型 RISC 指令集做了优化为了获得需要的性能和灵活性，寄存器文件支持以下的输入/ 输出方案：• 输出一个 8 位操作数，输入一个 8 位结果。
• 输出两个 8 位位操作数，输入一个 8 位结果• 输出两个 8 位位操作数，输入一个 16 位结果• 输出一个 16 位位操作数，输入一个 16 位结果CPU 32 个通用工作寄存器的结构（10）堆栈指针堆栈指针主要用来保存临时数据、局部变量和中断/ 子程序的返回地址堆栈指针总是指向堆栈的顶部要注意AVR 的堆栈是向下生长的，即新数据推入堆栈时，堆栈指针的数值将减小堆栈指针指向数据SRAM 堆栈区在此聚集了子程序堆栈和中断堆栈调用子序和使能中断之前必须定义堆栈空间，且堆栈指针必须指向高于0x60 的地址空间使用PUSH指令将数据推入堆栈时指针减一；而子程序或中断返回地址推入堆栈时指针将减二使用POP 指令将数据弹出堆栈时，堆栈指针加一；而用RET 或RETI 指令从子程序或中断返回时堆栈指针加二AVR的堆栈指针由I/O空间中的两个8位寄存器实现实际使用的位数与具体器件有关请注意某些AVR 器件的数据区太小，用SPL 就足够了此时将不给出SPH 寄存器指令执行时序这一节介绍指令执行过程中的访问时序AVR CPU 由系统时钟clkCPU 驱动此时钟直接来自选定的时钟源芯片内部不对此时钟进行分频。
Figure 5 说明了由Harvard 结构决定的并行取指和指令执行，以及可以进行快速访问的寄存器文件的概念这是一个基本的流水线概念，性能高达1 MIPS/MHz，具有优良的性价比、功能/ 时钟比、功能/ 功耗比11）复位与中断处理AVR有不同的中断源每个中断和复位在程序空间都有独立的中断向量所有的中断事件都有自己的使能位当使能位置位，且状态寄存器的全局中断使能位I 也置位时，中断可以发生根据程序计数器PC 的不同，在引导锁定位BLB02 或BLB12 被编程的情况下，中断可能被自动禁止这个特性提高了软件的安全性详见 P 209“ 存储器编程” 的描述程序存储区的最低地址缺省为复位向量和中断向量完整的向量列表请参见P 43“ 中断”列表也决定了不同中断的优先级向量所在的地址越低，优先级越高RESET 具有最高的优先级，第二个为INT0 – 外部中断请求0通过置位通用中断控制寄存器 (GICR) 的IVSEL，中断向量可以移至引导Flash的起始处，参见P 43“中断” 编程熔丝位BOOTRST也可以将复位向量移至引导Flash 的起始处具体参见P 196“ 支持引导装入程序 －在写的同时可以读(RWW, Read-While-Write) 的自我编程能力” 。
任一中断发生时全局中断使能位I 被清零，从而禁止了所有其他的中断用户软件可以在中断程序里置位I 来实现中断嵌套此时所有的中断都可以中断当前的中断服务程序执行RETI 指令后I 自动置位从根本上说有两种类型的中断第一种由事件触发并置位中断标志对于这些中断，程序计数器跳转到实际的中断向量以执行中断处理程序，同时硬件将清除相应的中断标志中断标志也可以通过对其写”1” 的方式来清除当中断发生后，如果相应的中断使能位为"0"，则中断标志位置位，并一直保持到中断执行，或者被软件清除类似的，如果全局中断标志被清零，则所有已发生的中断都不会被执行，直到I 置位然后挂起的各个中断按中断优先级依次执行2．生长速率传感器FI-SM(1)速率传感器简介 单位时间内位移的增量就是速度速度包括线速度和角速度，与之相对应的就有线速度传感器和角速度传感器，我们都统称为速率传感器 在机器人自动化技术中，旋转运动速度测量较多，而且直线运动速度也经常通过旋转速度间接测量目前广泛使用的速率传感器是直流测速发电机，可以将旋转速度转变成电信号测速机要求输出电压与转速间保持线性关系，并要求输出电压陡度大，时间及温度稳定性好测速机一般可分为直流式和交流式两种。
直流式测速机的励磁方式可分为他励式和永磁式两种，电枢结构有带槽的、空心的、盘式印刷电路等形式，其中带槽式最为常用2)接触式速率传感器 旋转式速率传感器与运动物体直接接触当运动物体与旋转式速率传感器接触时，摩擦力带动传感器的滚轮转动装在滚轮上的转动脉冲传感器，发送出一连串的脉冲每个脉冲代表着一定的距离值，从而就能测出其速率 接触式旋转速率传感器结构简单，使用方便但是接触滚轮的直径是与运动物体始终接触着，滚轮的外周将磨损，从而影响滚轮的周长而脉冲数对每个传感器又是固定的影响传感器的测量精度要提高测量精度必须在二次仪表中增加补偿电路另外接触式难免产生滑差，滑差的存在也将影响测量的正确性因此传感器使用中必须施加一定的正压力或着滚轮表面采用摩擦力系数大的材料，尽可能减小滑差3）非接触式速率传感器 旋转式速率传感器与运动物体无直接接触，非接触式测量原理很多，以下仅介绍两点，供参考 A.光电流速传感器 叶轮的叶片边缘贴有反射膜，流体流动时带动叶论旋转，页轮每转动一周光纤传输反光一次，产生一个电脉冲信号可由检测到的脉冲数，计算出流速 B.光电风速传感器 风带动风速计旋转，经齿轮传动后带动凸轮成比例旋转。
光纤被徒轮轮番遮断形成一串光脉冲，经光电管转换成定信号，经计算可检测出风速 非接触式旋转速度传感器寿命长，无需增加补偿电路但脉冲当量不是距离整数倍，因此速度运算相对比较复杂4)速度传感器的性能 A.传感器的输出信号为脉冲信号，其稳定性比较好，不易受外部噪声干扰，对测量电路无特殊要求 B.结构比较简单，成本低，性能稳定可靠功能齐全的微机芯片，使运算变换系数易于获得，故目前速率传感器应用极为普遍 (5) FI-SM速率传感器指标●测量范围： 7 - 45 mm●分辩率： ±0.001mm●温度稳定性： 最大0.005 mm/℃●适用的果实直径： 7到45mm ●工作电压： 10-30V DC●输出信号： 4-20 mA●尺寸大小： 60×40×15mm 3.位移传感器DE-1M（1）位移传感器简介 位移传感器又称为线性传感器，它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器 电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。
电感式位移传感器具有无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制 位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量，位移的测量方式所涉及的范围是相当广泛的小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高（目前分辨率最高的可达到纳米级）、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用2）位移传感器原理 计量光栅是利用光栅的莫尔条纹现象来测量位移的莫尔”原出于法文Moire，意思是水波纹几百年前法国丝绸工人发现，当两层薄丝绸叠在一起时，将产生水波纹状花样；如果薄绸子相对运动，则花样也跟着移动，这种奇怪的花纹就是莫尔条纹一般来说，只要是有一定周期的曲线簇重叠起来，便会产生莫尔条纹计量光栅在实际应用上有透射光栅和反射光栅两种；按其作用原理又可分为辐射光栅和相位光栅；按其用途可分为直线光栅和圆光栅下面以透射光栅为例加以讨论 透射光栅尺上均匀地刻有平行的刻线即栅线，a为刻线宽，b为两刻线之间缝宽，W=a+b称为光栅栅距。
目前国内常用的光栅每毫米刻成10、25、50、100、250条等线条光栅的横向莫尔条纹测位移，需要两块光栅一块光栅称为主光栅，它的大小与测量范围相一致；另一块是很小的一块，称为指示光栅为了测量位移，必须在主光栅侧加光源，在指示光栅侧加光电接收元件当主光栅和指示光栅相对移动时，由于光栅的遮光作用而使莫尔条纹移动，固定在指示光栅侧的光电元件，将光强变化转换成电信号由于光源的大小有限及光栅的衍射作用，使得信号为脉动信号如图 1，此信号是一直流信号和近视正弦的周期信号的叠加，周期信号是位移x的函数每当x变化一个光栅栅距W，信号就变化一个周期，信号由b点变化到b’点由于bb’=W，故b’点的状态与b点状态完全一样，只是在相位上增加了2π3）位移传感器信号处理 A.辨向原理 在实际应用中，位移具有两个方向，即选定一个方向后，位移有正负之分，因此用一个光电元件测定莫尔条纹信号确定不了位移方向为了辨向，需要有 π/2相位差的两个莫尔条纹信号如图2，在相距1/4条纹间距的位置上安放两个光电元件，得到两个相位差π/2的电信号u01和u02，经过整形后得到两个方波信号u01’和u02’光栅正向移动时u01超前u02 90度，反向移动时u02超前u01 90度，故通过电路辨相可确定光栅运动方向。
B.细分技术 随着对测量精度要求的提高，以栅距为单位已不能满足要求，需要采取适当的措施对莫尔条纹进行细分所谓细分就是在莫尔条纹信号变化一个周期内，发出若干个脉冲，以减少脉冲当量如一个周期内发出n个脉冲，则可使测量精度提高n备，而每个脉冲相当于原来栅距的1/n由于细分后计数脉冲频率提高了 n倍，因此也称n倍频 通常用的有两种细分方法：其一、直接细分在相差1/4莫尔条纹间距的位置上安放两个光电元件，可得到两个相位差90o的电信号，用反相器反相后就得到四个依次相差90o的交流信号同样，在两莫尔条纹间放置四个依次相距1/4条纹间距的光电元件，也可获得四个相位差90o的交流信号，实现四倍频细分其二、电路细分 (4)位移传感器位移传感器的分类 A.根据运动方式分类:直线位移传感器 原理： 直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号为了达到这一效果，通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值传感器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，滑片和始端之间的电压，与滑片移动的长度成正比将传感器用作分压器可最大限度降低对滑轨总阻值精确性的要求，因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。
LT直线位移传感器： ⊙ 广泛应用于注塑、机床及机械加工等行业 ⊙ 无限分辨率 ⊙ 行程：50至900mm ⊙ 独立线性度：±0.05% ⊙ 位移速度达到：5m/s、10 m/s可选 ⊙ 工作温度：-30至+100℃ ⊙ 多种电气连接方式 ⊙ 保护等级：IP60（IP65可选） B.根据材质分类: 金属膜传感器、导电塑料传感器、光电式传感器、磁敏式传感器、金属玻璃铀传感器、绕线传感器 电位器式位移传感器 它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系图1中的电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连物体的位移引起电位器移动端的电阻变化阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。
因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损它的优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉 霍耳式位移传感器 它的测量原理是保持霍耳元件（见半导体磁敏元件）的激励电流不变，并使其在一个梯度均匀的磁场中移动，则所移动的位移正比于输出的霍耳电势磁场梯度越大，灵敏度越高；梯度变化越均匀,霍耳电势与位移的关系越接近于线性图2中是三种产生梯度磁场的磁系统：a系统的线性范围窄，位移Z=0时，霍耳电势≠0；b系统当Z<2毫米时具有良好的线性，Z=0时,霍耳电势=0；c系统的灵敏度高,测量范围小于1毫米图中N、S分别表示正、负磁极霍耳式位移传感器的惯性小、频响高、工作可靠、寿命长，因此常用于将各种非电量转换成位移后再进行测量的场合 光电式位移传感器 它根据被测对象阻挡光通量的多少来测量对象的位移或几何尺寸特点是属于非接触式测量，并可进行连续测量光电式位移传感器常用于连续测量线材直径或在带材边缘位置控制系统中用作边缘位置传感器5)位移传感器主要特性参数 标称阻值：电位器上面所标示的阻值 重复精度:此参数越小越好. 分辨率:位移传感器所能反馈的最小位移数值.此参数越小越好.导电塑料位移传感器分辨率为无穷小. 允许误差：标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分数称阻值偏差，它表示电位器的精度。
允许误差一般只要在 ±20%以内就符合要求,因为一般位移传感器是以分压的方式来使用,具体电阻的大小对传感器的数据采集没有影响. 线性精度:直线性误差.此参数越小越好. 寿命:导电塑料位移传感器都在200万次以上.(6)位移传感器SD-5M各项指标●测量范围： 0 – 5 mm●适用的茎杆直径：4到25mm●分辩率： ±0.001mm●工作电压： 10-30V DC●输出信号： 4-20 Ma●尺寸大小： 90×30×25mm（7）数码管显示器A.数码管的分类 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮B.数码管的驱动方式 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类 ① 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8＝40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性 ② 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低C.数码管参数 8字高度：8字上沿与下沿的距离比外型高度小通常用英寸来表示范围一般为0.25-20英寸 长*宽*高：长——数码管正放时，水平方向的长度；宽——数码管正放时，垂直方向上的长度；高——数码管的厚度 时钟点：四位数码管中，第二位8与第三位8字中间的二个点一般用于显示时钟中的秒D.数码管应用 数码管是一类显示屏 通过对其不同的管脚输入相对的电流 会使其发亮 从而显示出 数字 能够显示 时间 日期 温度 等所有可用数字表示的参数 由于它的价格便宜 使用简单 在电器 特别是家电领域应用极为广泛 空调 热水器 冰箱 等等 绝大多数 热水器用的都是数码管 其他家电 也用液晶屏与 荧光屏 E.数码管使用的电流与电压 电流：静态时，推荐使用10-15mA；动态时，16/1动态扫描时，平均电流为4-5mA，峰值电流50-60mA。
电压：查引脚排布图，看一下每段的芯片数量是多少？当红色时，使用1.9V乘以每段的芯片串联的个数；当绿色时，使用2.1V乘以每段的芯片串联的个数四 系统设计1.系统硬件设计（1）AVR单片机最小系统（2）传感器输入接口速率传感器FI-SM和位移传感器DE-1M均通过三线接口送至放大处理系统，由放大处理系统处理后送出电压信号单片机3）放大处理器放大电路由LM358双运放组成，设置为比较放大状态，可有效防止外界干扰，放大倍数可调，方便与各种不同型号的传感器通用4）信号处理整形电路整形电路由运放比较器组成，通过对输入信号与基准值的比较输出一连串脉冲，再供单片机检测，比较器选用高精度高速专业比较器AD811，能反映很微小的变化状况5）报警电路（6）电源电路2.系统软件设计（1）软件流程图（2）程序清单 程序清单见附录1.五 参考文献：[1]周月霞,孙传友. DS18B20硬件连接及软件编程[J]传感器世界, 2001,(12) .[2]赵毅,牟同升,沈小丽. 单片机系统中数字滤波的算法[J]电测与仪表, 2001,(06) .[3]郭凌,姚大红. 新型实时时钟芯片DS12887原理与运用[J]国外电子元器件, 1997,(01)[4]张智杰. AD574在数据采集中的应用[J]国外电子元器件, 2003,(06) .[5]刘国勇. 微处理器监控器MAX813L[J]国外电子元器件, 1997,(06)[6]刘定晟,杨俊,蒋迪清. 用Visual Basic实现测控软件中的实时曲线和历史曲线[J]工业控制计算机, 2001,(04) .[7]范双喜,伊东正. 培养液浓度对NFT栽培生菜生长发育的影响[J]华北农学报, 2002,(02)[8]李锐,袁军,谷海颖,唐厚军,韩正之. 单片机实现自动灌溉及施肥系统[J]计算机应用, 2001,(S1)[9]段军,孙宝元,曹恒. 单片机与PC机之间并行通讯的一种实现方法[J]计算机自动测量与控制, 2000,(02) .[10]程月华,毛罕平,左志宇. 基于单片机的设施农业营养液供给控制系统[J]计算机自动测量与控制, 2002,(03) .[11]张恩勤,施颂椒,高卫华,翁正新. 模糊控制系统近年来的研究与发展[J]控制理论与应用, 2001,(01)[12]徐东辉,姜建平,王时胜. 基于AT89C2051的PWM式D/A转换技术[J]南昌大学学报(工科版), 2005,(03)[13]谈昳晔,吴军辉,徐立鸿. 基于RTOS的单片机系统在温室环境控制中的应用研究[J]农业工程学报, 2001,(05) .[14]王永,司炜,孙德敏,段增强. 温室营养液循环检测系统中离子选择电极的数学建模与测量[J]农业工程学报, 2003,(04) .[15]秦琳琳,孙德敏,王永,张利. 无土栽培营养液循环控制系统[J]农业工程学报, 2003,(04)附录一：程序清单。
