基于單片機(jī)的土壤濕度檢測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)

文/鐘衛(wèi)連

1 整機(jī)原理框圖

土壤濕度檢測(cè)儀整體電路主要由STC89C52、HS1101 濕度采集模塊的控制系統(tǒng)以及、LCD1602 的功能模塊、指示燈按鈕、電源部分等組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 整體硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 工作原理圖

該檢測(cè)的工作原理設(shè)計(jì)方法是以 52 單片機(jī)為基礎(chǔ)，以 HS1101 濕敏芯片的傳感器作為主要的監(jiān)控和測(cè)量部分，通過(guò)555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧震蕩器電路去進(jìn)行接入和工作，更好的完成工作要求，另一方面可以測(cè)定輸出頻率，單片機(jī)的結(jié)構(gòu)也要求頻率與濕度的關(guān)系式計(jì)算過(guò)程中可以測(cè)量出準(zhǔn)確的數(shù)值，并且在顯示端把結(jié)果準(zhǔn)確無(wú)誤的顯示出來(lái)。

2.2 單片機(jī)

本論文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的核心采用的是STC89C52 單片機(jī)的工作原理。其設(shè)計(jì)和生產(chǎn)均在美國(guó)本土生產(chǎn)，生產(chǎn)公司為ATMEL 公司，其產(chǎn)品特性具有低功耗，高性能的特點(diǎn)， 內(nèi)部組成由CMOS 8 位單片機(jī)組成，并且在機(jī)器內(nèi)片含 可進(jìn)行系統(tǒng)編程的高功效 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，并且器件采用最先進(jìn)的 ATMEL 公司的技術(shù)，并且利用非易失性的存儲(chǔ)技術(shù)去進(jìn)行生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)，兼容性極強(qiáng)。

圖1：土壤濕度檢測(cè)儀系統(tǒng)框圖

2.3 LCD1602液晶顯示模塊

該液晶顯示模塊，屬于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)以及檢測(cè)過(guò)程中需要的數(shù)據(jù)的一種點(diǎn)陣型液晶模塊，因?yàn)槠渚哂谐杀镜?、功能?qiáng)大等、占用空間小等特點(diǎn)，而得到了廣泛的應(yīng)用。目前市面上常見(jiàn)的字符型液晶顯示模塊屬于最常用的信息顯示器件。因?yàn)樗@示的行數(shù)多，信息量大，且安裝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，在實(shí)際使用中具有很高的性?xún)r(jià)比。

2.4 HS1101濕度測(cè)量電路模塊

該測(cè)量電路模塊是由Humirel 公司推出生產(chǎn)的一款電容式傳感器。因?yàn)槠湎鄬?duì)濕度能夠保持在 0%～100%RH 范圍內(nèi)而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中得到了廣泛的采用；電容量誤差值??；且響應(yīng)時(shí)間小于 5s ； 在獲得數(shù)據(jù)方面精度較高。HSll00 濕度傳感器在本質(zhì)上是一種基于電容原理的濕度傳感器，而相對(duì)濕度的變化和電容值呈線(xiàn)性規(guī)律在測(cè)量數(shù)據(jù)上方便操作人員進(jìn)行把握。而在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中．就可以發(fā)現(xiàn)電容值能夠靈敏的隨著空氣濕度的變化而變化，并最終將電容值的變化體現(xiàn)在電壓或頻率的變化上，便于有效采集數(shù)據(jù)。

2.5 報(bào)警電路模塊

報(bào)警電路模塊在應(yīng)用中主要為了測(cè)定土壤濕度的高低，根據(jù)數(shù)據(jù)設(shè)定數(shù)值，而可以做到報(bào)警提醒，以免操作人員24小時(shí)不間斷的時(shí)刻關(guān)注顯示屏濕度的變化，極大的減輕了操作員的工作壓力。在一些地區(qū)，操作過(guò)程中也有采用聲光報(bào)警的情況,其工作原理即當(dāng)測(cè)得濕度的數(shù)值不同而使紅色發(fā)光二極管發(fā)不同的光。同時(shí)，蜂鳴器發(fā)出提示音。

2.6 按鍵電路模塊

模塊使用四個(gè)按鍵進(jìn)行功能控制,可以根據(jù)用戶(hù)的不同操作需求設(shè)定不同的濕度測(cè)量值的范圍。例如：在選定界面里將 S1確定為確定鍵，S2 為下翻鍵，S3 上翻鍵。同時(shí)，設(shè)置界面還可以設(shè)置最低值和最高值。設(shè)置固定值，選定S1 為確定鍵，S2 為增加鍵，S3 為減少鍵，液晶屏幕在設(shè)定完成之后，可以按 S1 鍵退出設(shè)置界面。

2.7 時(shí)鐘晶振電路和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

單片機(jī)是利用時(shí)鐘信號(hào)來(lái)控制單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)調(diào)控的，其中時(shí)鐘信號(hào)通常采用高低壓的電流供給模式。而結(jié)構(gòu)外接的晶體及電容 C2 和 C1 可以很好的構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，方便穩(wěn)定振蕩頻率以及快速起振，而結(jié)構(gòu)內(nèi)部復(fù)位電路的設(shè)計(jì)則采用簡(jiǎn)單的復(fù)位電路接法時(shí)鐘晶振電路或者復(fù)位電路減少設(shè)備故障率。

3 結(jié)論

綜上所述，本土壤濕度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成對(duì)土壤濕度的檢測(cè)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括硬件模塊以及操作邏輯層面的軟件模塊，在最終理論上能采集 0%至 100%的濕度信號(hào)，并且準(zhǔn)確測(cè)量出土壤的濕度。該設(shè)計(jì)是以52單片機(jī)為基礎(chǔ)以及HS1101 濕敏芯片的傳感器作為測(cè)量的器件，接入定時(shí)器構(gòu)成的多諧震蕩器電路中，對(duì)輸出頻率進(jìn)行測(cè)量。便于解決因土壤濕度不適當(dāng)問(wèn)題，防止影響種植品正常生長(zhǎng)問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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