基于单片机的便携式土壤温湿度测量仪的

基于单片机的便携式土壤温湿度测量仪的

便携式土壤温湿度测量仪的设计

学生：XX，指导教师：XXX

(安徽农业大学信息与计算机学院合肥 230036)

摘要：在影响环境的众多因素中温湿度是至关重要的，本文设计了一种基于STC89C51单片机的温湿度测量仪，通过终端传感器检测环境中的温度和湿度的变化，并对采集到的数据进行处理和传输。终端传感器采用精确度较高的TDR-5土壤温湿度传感器，该传感器适用于节水农业灌溉、温室大棚、花卉蔬菜、草地牧场、土壤速测、植物培养、科学试验等领域。本文给出了系统硬件电路的设计和软件程序的设计，实现了土壤温湿度的实时自动检测的功能。实践证明该温湿度测量仪具有测量精度高、通用性强等特点，具有一定的实用价值。

关键词：TDR-5土壤温湿度传感器，A/D转换器，STC89C51，LCD显示

1 引言

随着人们生活水平的提高，人们对食品的绿色健康更加关注，如何培育出优良品种的植株，一直是人们不断研究的课题。因而基于单片机的温湿度测量系统对解决这些问题有着非常重大的意义。以前种植植被一般都用温室栽培，为了充分的利用好温室栽培这一高效技术，就必需有一套科学的，先进的管理方法，用以对不同种类植被生长的各个时期所需的温度及湿度等进行实时的监控。

温湿度测量仪是一种24小时不间断监控并记录温度和湿度的仪器，被广泛的应用于农业研究、食品、医药、化工、气象、环保、电子、实验室等众多领域。目前，随着工业控制自动化进程的加快，它的使用越来越普遍，并且在不断的延伸。在日常的生产生活中，经常需要检测环境中的温湿度，而运用到工农业生产领域则要求更为严格。随着科技的发展，环境监测在农业领域的应用越来越广泛，例如要确定某些幼苗的生长特性与温度、湿度有什么样的关系等。这些都需要利用温湿度的实时记录才能实现。继而温湿度测量仪被广泛应用于粮仓、种植园、温室大棚、自动控制等众多领域。可以对环境的温度和湿度进行检测和控制,以实现数据采集、温湿度调节以及超限报警等各项功能，为此设计了一种基于STC89C51单片机的温湿度测量仪。

2 系统的设计要求与设计思路

2.1 本系统所要实现的功能

1.能够实时、准确的显示采样温度值与湿度值。

2.对采集到的温湿度值进行存储，便于准确的判断标准值与当前值之间的差异，并采取后续措施。

2.2 本系统的设计思路

在单片机构成的测控系统中，测量或控制的参数有时是一些连续变化的非电量模拟信号，如温度、湿度、压力等。这类信号必须通过传感器转换成为电信号后，再由A/D转换器转换成为数字量信号送入单片机进行处理，最后通过LCD完成温湿度值的显示。本系统设计的一种基于STC89C51单片机的便携式温湿度测量仪，温度的测量范围为-30℃~70℃，湿度测量范围为0~100%。模拟温湿度传感器TDR-5首先将温湿度信号转换成电压信号后，经过12V转5V的电路对该电信号进行处理，再送入ADC0804进行A/D转化，单片机对送入的数字量信号进行处理后，通过LCD显示测量的温湿度值。

2.3 系统设计的原则

要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑：使用可靠性高的元器件；设计电路板时布线和接地要合理；对供电电源采用抗干扰措施；输入输出通道抗干扰措施；进行软硬件滤波；系统自诊判断功能等。在系统的软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，要尽可能减少人机交换接口，多采用操作内置或简化的方法。单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。一个单片机应用系统能否被广泛使用，性价比是其中一个关键因素。因此，再设计时，除了保持高性能外，尽可能降低成本，如简化外围硬件电路，在系统性能和速度允许的情况下尽可能使用软件功能取代硬件功能等。

3 系统的硬件设计与实现

3.1 系统框图

系统主要由单片机模块、温湿度检测模块、显示模块、A/D 转换模块和电源模块组成，其整体框图如图1所示。

单片机

模拟温湿度传感器

复位模块

时钟模块

电源模块

A/D 转换模块

显示模块

图3-1 系统框图

3.2系统主要硬件部分设计

3.2.1 STC89C51单片机

STC89C51 RC/RD+系列单片机是STC 推出的新一代高速低功耗超强抗干扰的单片机[1]，指令代码完全兼容传统8051单片机，它是一个40引脚的集成电路芯片，采用DIP （双列直插）形式封装。51系列单片机：集成 8位CPU 、4K 字节ROM 、128字节RAM 、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K ，并有控制功能较强的布尔处理器。

[1]. 主电源引脚

Vcc （40脚）：接＋5V 电源正端. Vss （20脚）：接-5V 电源地端. [2]. 外接晶体或外部振荡器引脚

XTAL1（19脚）：接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大

器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，此引脚要接地。

XTAL2（18脚）：接外部晶振的另一个引脚。在片内接至反相放大器的输出端和内部时钟电路的输入端。当采用外部振荡器时，此脚应接外部振荡器的输出端。

图3-2 STC89C51外形示意图

[3]. 控制信号线

RST/VPD（9脚）：复位信号输入端，复位/掉电时内部RAM的备用电源输入端VPP（31脚）：访问外部存储器允许/编程电压输入。EA为高电平时，访问内部存储器；低电平时，访问外部存储器。对片内EPROM编程时，此脚接21V编程电压。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如果禁止ALE的输出可在SFR8EH上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才其作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状