基于单片机的土壤湿度检测系统设计
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１ 系统结构
本设计是 由 ＳＴＣ８９Ｃ５２ 单 片 机、 湿 度 传 感 ＹＬ￣ ６９、Ａ / Ｄ 转换器、ＬＣＤ１６０２ 显示屏、报警装置等核心 器件构成ꎮ 通过传感器采集土壤水分的湿度信号ꎬ 经过模数转换由单片机处理ꎬ在液晶屏显示ꎬ并设置 相应的报警装置ꎬ主要结构如图 １ 所示ꎮ
阻值越小ꎻ反之土壤越干旱ꎬ导电性越差ꎬ阻值越大ꎮ 这类传感器有灵敏高度、响应速度快、滞后量小等特 点ꎮ 输出为 ０ ~ ５Ｖ 模拟信号需要 Ａ / Ｄ 转换ꎮ 检测 电路中首先对待测物进行前期的信号采集ꎬ并经过 阻容滤波ꎬ连接到 Ａ / Ｄ 转换器的模拟输入端 ２ 引脚 ＣＨ０ 和 ４ 引脚接地ꎬ达到对采集的信号完成简单处 理ꎬ由于 Ｄ０ 端与 Ｄ１ 端在信息传递时并不是同时有 作用ꎬ可以进行组合整理ꎬ同时单片机的 Ｉ / Ｏ 口是双 向的ꎬ因此可将 Ｄ０ 和 Ｄ１ 两条数据线并联成一根数 据线通过单片机 Ｐ１. ２ 口驱动ꎬＣＳ 接 Ｐ１. ０ꎬＣＬＫ 接 Ｐ１. １ꎬ以便 ＡＤＣ０８３２ 转换器[６] 及时把模拟信号转换 为数字信号传输给单片机ꎬ同时单片机对接收的信 号进行分析处理ꎬ最终完成待测对象水分湿度的检 测ꎮ 检测电路如图 ２ 所示ꎮ
摘 要: 根据农田环境的应用需求ꎬ 为快速、 准确地获取农田中土壤体积含水率和水分变化信 息ꎬ 文中研究一种基于单片机的土壤水分检测系统的硬件结构并进行功能设计ꎮ 利用湿度传感 器检测土壤的水分含量ꎬ 经模数转换器将采集到的湿度模拟信号转换成数字信号ꎬ 送至单片机 进行处理ꎬ 加上外围电路对水分湿度值进行预设、 显示ꎬ 实现超限报警等功能ꎮ 通过试验数据 表明ꎬ 该系统性能稳定ꎬ 能为农田监测、 节水灌溉提供有效、 可靠的监测手段ꎮ 关键词: 单片机ꎻ 湿度检测ꎻ 转换ꎻ 显示 中图分类号: ＴＰ３９１ 文献标识码: Ａ
收稿日期: ２０１８ － ０８ － ０８ 作者简介: 桂彩云(１９８５ － ) ꎬ女ꎬ硕士研究生ꎬ讲师ꎬ研究方向为测
试信号Baidu Nhomakorabea理ꎮ
约农业用水ꎬ合理分配水资源是我国目前农业发展所 必须面临的问题和挑战ꎮ
土壤湿度是土壤含水量的一个重要指标ꎬ也是作 物生长 发 育 的 基 本 条 件 和 作 物 产 量 预 报 的 重 要 参 数[４] ꎮ 同时ꎬ它也是水文学、气象学等科学研究领域的 重要环境因子和过程参数ꎬ获取土壤湿度信息以制定 人工干预调节措施是稳固增产的重要保证ꎬ 对于农业 的发展具有重要意义ꎮ 因此设计一款能实时、有效地 监测土壤湿度的检测系统显得尤为重要ꎮ 本文详细的 介绍了该检测系统的主要硬件电路和软件流程ꎮ
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｆａｒｍｌａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｆａｒｍｌａｎｄ ｑｕｉｃｋｌｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙꎬ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｓ ｉｔｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ. Ｔｈｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ａｎａｌｏｇ ｓｉｇｎａｌ ｉｓ ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ ｉｎｔｏ ａ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｂｙ ａｎ ａｎａｌｏｇ￣ｔｏ￣ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒꎬ ｗｈａｔ ｉｓ ｓｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ￣ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ｆｏｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｐｒｅｓｅｔ ｔｏ ｄｉｓｐｌａｙ ｔｈｅ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｖａｌｕｅꎬ ａｎｄ ｌｉｍｉｔ ａｌａｒｍ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ. Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｄａｔａ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｓｔａｂｌｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｆａｒｍｌａｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｓａｖｉｎｇ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒꎻ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎꎻ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎꎻ ｄｉｓｐｌａｙ
０ 引言
随着科学技术的发展ꎬ计算机和自动控制技术被 广泛应用到农业种植生产过程中ꎮ 自上世纪ꎬ能源危 机成为世界各国关注的热点后ꎬ世界各国便把研究方 向的重点转移到了设施农业环境的优化方面ꎬ以此希 望实现低投入、高产出的效果[１] ꎮ 我国虽然是一个农 业大国ꎬ但农业发展普遍面临农产品生产成本高、质 量差、肥料利用率低、环境污染严重、水资源匮乏、劳 动效率低等问题ꎬ这些都严重制约着中国农业的发 展[２] ꎬ因此与发达国家还存在很大的差距ꎬ其中水资 源是世界上最为短缺的农业国家之一ꎬ随着我国农业
Ａ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ
ＧＵＩ Ｃａｉ￣ｙｕｎꎬ ＷＡＮＧ Ｌｉ
( Ｙｕｌｉｎ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＹｕｌｉｎ ７１９０００ꎬＳｈａａｎｘｉ ＰｒｏｖｉｎｃｅꎬＣｈｉｎａ)
文章编号:１００９ － ２５５２(２０１９)０１ － ０１３０ － ０３ ＤＯＩ:１０������ １３２７４ / ｊ������ ｃｎｋｉ������ ｈｄｚｊ������ ２０１９������ ０１������ ０３０
基于单片机的土壤湿度检测系统设计
桂彩云ꎬ 王 丽
( 榆林学院ꎬ 陕西 榆林 ７１９０００)
— １３０ —
经济的迅速发展ꎬ对水资源的需求也是愈发的显现ꎮ 中国农业缺水量约为 ３００ 亿立方米ꎬ其中农业用水中 的 ９０％ 用于农作物的灌溉ꎬ由于经济条件的限制以 及认知水平不足等原因[３] ꎬ农业现代化灌溉技术普及 程度低ꎬ尤其我国中西部地区大多仍旧采用传统的农 业灌溉方式ꎬ或者甚至靠天吃饭的现象还非常严重ꎬ 水资源得不到合理的分配和利用ꎬ及时采用农业灌 溉ꎬ水利用率依然不高ꎬ浪费现象非常严重ꎮ 因此节
本设计是 由 ＳＴＣ８９Ｃ５２ 单 片 机、 湿 度 传 感 ＹＬ￣ ６９、Ａ / Ｄ 转换器、ＬＣＤ１６０２ 显示屏、报警装置等核心 器件构成ꎮ 通过传感器采集土壤水分的湿度信号ꎬ 经过模数转换由单片机处理ꎬ在液晶屏显示ꎬ并设置 相应的报警装置ꎬ主要结构如图 １ 所示ꎮ
阻值越小ꎻ反之土壤越干旱ꎬ导电性越差ꎬ阻值越大ꎮ 这类传感器有灵敏高度、响应速度快、滞后量小等特 点ꎮ 输出为 ０ ~ ５Ｖ 模拟信号需要 Ａ / Ｄ 转换ꎮ 检测 电路中首先对待测物进行前期的信号采集ꎬ并经过 阻容滤波ꎬ连接到 Ａ / Ｄ 转换器的模拟输入端 ２ 引脚 ＣＨ０ 和 ４ 引脚接地ꎬ达到对采集的信号完成简单处 理ꎬ由于 Ｄ０ 端与 Ｄ１ 端在信息传递时并不是同时有 作用ꎬ可以进行组合整理ꎬ同时单片机的 Ｉ / Ｏ 口是双 向的ꎬ因此可将 Ｄ０ 和 Ｄ１ 两条数据线并联成一根数 据线通过单片机 Ｐ１. ２ 口驱动ꎬＣＳ 接 Ｐ１. ０ꎬＣＬＫ 接 Ｐ１. １ꎬ以便 ＡＤＣ０８３２ 转换器[６] 及时把模拟信号转换 为数字信号传输给单片机ꎬ同时单片机对接收的信 号进行分析处理ꎬ最终完成待测对象水分湿度的检 测ꎮ 检测电路如图 ２ 所示ꎮ
摘 要: 根据农田环境的应用需求ꎬ 为快速、 准确地获取农田中土壤体积含水率和水分变化信 息ꎬ 文中研究一种基于单片机的土壤水分检测系统的硬件结构并进行功能设计ꎮ 利用湿度传感 器检测土壤的水分含量ꎬ 经模数转换器将采集到的湿度模拟信号转换成数字信号ꎬ 送至单片机 进行处理ꎬ 加上外围电路对水分湿度值进行预设、 显示ꎬ 实现超限报警等功能ꎮ 通过试验数据 表明ꎬ 该系统性能稳定ꎬ 能为农田监测、 节水灌溉提供有效、 可靠的监测手段ꎮ 关键词: 单片机ꎻ 湿度检测ꎻ 转换ꎻ 显示 中图分类号: ＴＰ３９１ 文献标识码: Ａ
收稿日期: ２０１８ － ０８ － ０８ 作者简介: 桂彩云(１９８５ － ) ꎬ女ꎬ硕士研究生ꎬ讲师ꎬ研究方向为测
试信号Baidu Nhomakorabea理ꎮ
约农业用水ꎬ合理分配水资源是我国目前农业发展所 必须面临的问题和挑战ꎮ
土壤湿度是土壤含水量的一个重要指标ꎬ也是作 物生长 发 育 的 基 本 条 件 和 作 物 产 量 预 报 的 重 要 参 数[４] ꎮ 同时ꎬ它也是水文学、气象学等科学研究领域的 重要环境因子和过程参数ꎬ获取土壤湿度信息以制定 人工干预调节措施是稳固增产的重要保证ꎬ 对于农业 的发展具有重要意义ꎮ 因此设计一款能实时、有效地 监测土壤湿度的检测系统显得尤为重要ꎮ 本文详细的 介绍了该检测系统的主要硬件电路和软件流程ꎮ
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｆａｒｍｌａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｆａｒｍｌａｎｄ ｑｕｉｃｋｌｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙꎬ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｓ ｉｔｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ. Ｔｈｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ａｎａｌｏｇ ｓｉｇｎａｌ ｉｓ ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ ｉｎｔｏ ａ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｂｙ ａｎ ａｎａｌｏｇ￣ｔｏ￣ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒꎬ ｗｈａｔ ｉｓ ｓｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ￣ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ｆｏｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｐｒｅｓｅｔ ｔｏ ｄｉｓｐｌａｙ ｔｈｅ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｖａｌｕｅꎬ ａｎｄ ｌｉｍｉｔ ａｌａｒｍ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ. Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｄａｔａ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｓｔａｂｌｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｆａｒｍｌａｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｓａｖｉｎｇ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒꎻ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎꎻ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎꎻ ｄｉｓｐｌａｙ
０ 引言
随着科学技术的发展ꎬ计算机和自动控制技术被 广泛应用到农业种植生产过程中ꎮ 自上世纪ꎬ能源危 机成为世界各国关注的热点后ꎬ世界各国便把研究方 向的重点转移到了设施农业环境的优化方面ꎬ以此希 望实现低投入、高产出的效果[１] ꎮ 我国虽然是一个农 业大国ꎬ但农业发展普遍面临农产品生产成本高、质 量差、肥料利用率低、环境污染严重、水资源匮乏、劳 动效率低等问题ꎬ这些都严重制约着中国农业的发 展[２] ꎬ因此与发达国家还存在很大的差距ꎬ其中水资 源是世界上最为短缺的农业国家之一ꎬ随着我国农业
Ａ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ
ＧＵＩ Ｃａｉ￣ｙｕｎꎬ ＷＡＮＧ Ｌｉ
( Ｙｕｌｉｎ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＹｕｌｉｎ ７１９０００ꎬＳｈａａｎｘｉ ＰｒｏｖｉｎｃｅꎬＣｈｉｎａ)
文章编号:１００９ － ２５５２(２０１９)０１ － ０１３０ － ０３ ＤＯＩ:１０������ １３２７４ / ｊ������ ｃｎｋｉ������ ｈｄｚｊ������ ２０１９������ ０１������ ０３０
基于单片机的土壤湿度检测系统设计
桂彩云ꎬ 王 丽
( 榆林学院ꎬ 陕西 榆林 ７１９０００)
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经济的迅速发展ꎬ对水资源的需求也是愈发的显现ꎮ 中国农业缺水量约为 ３００ 亿立方米ꎬ其中农业用水中 的 ９０％ 用于农作物的灌溉ꎬ由于经济条件的限制以 及认知水平不足等原因[３] ꎬ农业现代化灌溉技术普及 程度低ꎬ尤其我国中西部地区大多仍旧采用传统的农 业灌溉方式ꎬ或者甚至靠天吃饭的现象还非常严重ꎬ 水资源得不到合理的分配和利用ꎬ及时采用农业灌 溉ꎬ水利用率依然不高ꎬ浪费现象非常严重ꎮ 因此节