土壤湿度测量系统的设计

J1
1 2 3 4 5 6 7 8 9
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
103 _10k
+5
R18 10K
30K
30K
+5
8
4
R13 200 K
R14
R17
U3 200 K
10K
RESET VCC
2
TRIG
DISCHG
7
R6
30K
THOLD
6
3
OUT
CVOLT
5
GND
R11 R12
555
PNP901 2
GND
S1 SW-PB S2 SW-PB S3
SW-PB
R3 10k
GND
GND
Y1 12M C1 30P GND
R4 1k
2
P1 POWE R 1
电源 +5
3
S1 GND
1 3 5
U1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
土壤湿度测量系统的设计
大体计划设计：为了能够精确的测出土壤湿度，设计了以 AT89C52单片机为核心的土壤湿度计。硬件部分采用 LCD1602作为显示屏，土壤湿度传感器则采用HSll01，它是 一款电容式传感器，电容值会随湿度的变化而变化，将 HS1101置于555振荡电路中，将电容信号转换为电压频率 信号。利用单片机的中断读取数据，以单片机为核心对数 据进行记录、存储、处理和报警。电源接口采用的是USB 接口。软件部分则采用C语言实现，通过分模块编写程序， 逐一实现土壤湿度测试，报警等功能。
STC8 9C52
R15
VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE SPEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
R16
+5 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 REST P 3.0/ RXD P 3.1/ TXD P 3.2/ INT0 P 3.3/ INT1 P 3.4/ T0 P 3.5/ T1 P 3.6/ WR P 3.7/ RD XTAL2 XTAL1 GND
C2
30P
D2
2
KA
1
R8
1k
GND
LED
D1
2
KA
1
R7
1k
LED
LS1
+5
160 2
+5
16PIN
16
14 15
13
12
11
109
8来自百度文库
7
6
5
4
3
2
1
R9
10k
GND
+5
D0D1D2D3D4D5D6D7 GND
GND +5
R10 1.5k
2 4 6
1 3 5
SPEAKER
GND +5
+ C3 10u f
Q1 R2 2.2k
200
190
电 容
180
/pF
170
160
0
20
40
60
80
100
相对湿度%
HSll01湿度—电容响应曲线
湿度测量电路
4.液晶显示模块
LCD1602液晶显示模块，它可以显示两行，每 行16个字符，采用+5V电源供电。
5. 报警模块
该系统的主要功能就是在土壤湿度高于最高设 定值和低于最低设定值时做一个报警提醒。
将湿度存入寄存 器器
调用显示程序显 示湿度
向串口发送湿度值
否
调用湿度报告 检测
是否超出报警 值
是
蜂鸣器报警
程序流程图
外接晶体以及电容C2和C1构成并联谐振电路，它们起稳定振AT8荡9C5频2 率、快速 起振的作用，其值均为30P左右，晶振频率选6MHz[4]。实现上电复位和按 键复位的双重复位功能。
谐振电路
图2 AT89C52单片机和谐振电路
3. 湿度测量电路
本次设计采用HSll01 电容湿度传感器，下图为湿度—电容响应曲线。相对 湿度在0％-100％RH 范围内；电容量由162pF 变到200pF，其误差不大于 ±2％RH；响应时间小于5s；温度系数为0．04pF／℃。可见精度是较高的。
系统的总体设计
以51单片机为主控芯片，各部分功能用外部电 路来完成，主要包括时钟晶振电路，湿度测量 电路，液晶显示模块，报警模块，按键模块。
简单的硬件系统架构图
Lcd1602显示模块
时钟电路 电源电路
AT89C52
按键模块
湿度采集模块 报警模块
五大模块：
1 . AT89C52单片机 2.时钟晶振电路和复位电路 3. 湿度测量电路 3.液晶显示模块 4. 报警模块 5.按键模块
针对HSll01 ，采用555振荡电路，将电容的变化量准确地转变为计算机易 于接受的电压频率信号，电路下图所示。利用该振荡电路产生的两个暂稳 态过程的交替，可实现方波输出，该方波信号的频率即对应了反应湿度值 的传感器电容大小。将湿敏电容经振荡电路变换后的脉冲频率信号送入单 片机的定时／计数器T1，T1 工作于方式1 为16 位计数器，定时记录脉冲 数并存入内存缓冲区，用于计算对应湿度值。
6.按键模块
在设置设定值的界面里S1为确定键，S2为下翻键，S3上翻 键。设置界面里有最低值设置和最高值设置两个选项。设 置设定值时，S1为确定键，S2为加一键，S3为减一键。这 些按键通过P1.3、P1.4、P1.5三个引脚与单片机相连。
开始
软件设计模块 扫描键盘 否 是否有摁 键下
是
测量土壤湿度 度
2M 2M
1
C4 HS110 1
2 4 6
GND
1.AT89C52单片机和时钟晶振电路和复位电路
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，如图2所示。片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存 储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产， 兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。
系统方案论证
本设计的核心是湿度值的测量，选择HSll01 电容式湿 度传感器后，如何将电容的变化量准确地转变为计算 机易于接受的信号，是实现本设计的关键。
经过检索后，发现两种方案： 方案一：将该湿敏电容置于运放与阻容组成的桥式振
荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放 大、再A／D 转换为数字信号； 方案二：将该湿敏电容置于555 振荡电路中，将电容 值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，可直接被 计算机所采集。 出于简单易操作考虑，此次设计采用方案二。