基于單片機的土壤濕度檢測儀的硬件設計

文/鐘衛連

1 整機原理框圖

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

2 整體硬件電路設計

2.1 工作原理圖

該檢測的工作原理設計方法是以 52 單片機為基礎，以 HS1101 濕敏芯片的傳感器作為主要的監控和測量部分，通過555 定時器構成的多諧震蕩器電路去進行接入和工作，更好的完成工作要求，另一方面可以測定輸出頻率，單片機的結構也要求頻率與濕度的關系式計算過程中可以測量出準確的數值，并且在顯示端把結果準確無誤的顯示出來。

2.2 單片機

本論文所設計的系統的核心采用的是STC89C52 單片機的工作原理。其設計和生產均在美國本土生產，生產公司為ATMEL 公司，其產品特性具有低功耗，高性能的特點， 內部組成由CMOS 8 位單片機組成，并且在機器內片含 可進行系統編程的高功效 Flash 只讀程序存儲器，并且器件采用最先進的 ATMEL 公司的技術，并且利用非易失性的存儲技術去進行生產和實驗，兼容性極強。

圖1：土壤濕度檢測儀系統框圖

2.3 LCD1602液晶顯示模塊

該液晶顯示模塊，屬于顯示字母、數字、符號以及檢測過程中需要的數據的一種點陣型液晶模塊，因為其具有成本低、功能強大等、占用空間小等特點，而得到了廣泛的應用。目前市面上常見的字符型液晶顯示模塊屬于最常用的信息顯示器件。因為它顯示的行數多，信息量大，且安裝簡單，價格便宜，在實際使用中具有很高的性價比。

2.4 HS1101濕度測量電路模塊

該測量電路模塊是由Humirel 公司推出生產的一款電容式傳感器。因為其相對濕度能夠保持在 0%～100%RH 范圍內而在實際應用過程中得到了廣泛的采用；電容量誤差值小；且響應時間小于 5s ； 在獲得數據方面精度較高。HSll00 濕度傳感器在本質上是一種基于電容原理的濕度傳感器，而相對濕度的變化和電容值呈線性規律在測量數據上方便操作人員進行把握。而在自動測試系統中．就可以發現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在電壓或頻率的變化上，便于有效采集數據。

2.5 報警電路模塊

報警電路模塊在應用中主要為了測定土壤濕度的高低，根據數據設定數值，而可以做到報警提醒，以免操作人員24小時不間斷的時刻關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，操作過程中也有采用聲光報警的情況,其工作原理即當測得濕度的數值不同而使紅色發光二極管發不同的光。同時，蜂鳴器發出提示音。

2.6 按鍵電路模塊

模塊使用四個按鍵進行功能控制,可以根據用戶的不同操作需求設定不同的濕度測量值的范圍。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，設置界面還可以設置最低值和最高值。設置固定值，選定S1 為確定鍵，S2 為增加鍵，S3 為減少鍵，液晶屏幕在設定完成之后，可以按 S1 鍵退出設置界面。

2.7 時鐘晶振電路和復位電路的設計

單片機是利用時鐘信號來控制單片機片內各種微操作的時間基準調控的，其中時鐘信號通常采用高低壓的電流供給模式。而結構外接的晶體及電容 C2 和 C1 可以很好的構成并聯諧振電路，方便穩定振蕩頻率以及快速起振，而結構內部復位電路的設計則采用簡單的復位電路接法時鐘晶振電路或者復位電路減少設備故障率。

3 結論

綜上所述，本土壤濕度檢測儀的設計主要任務是完成對土壤濕度的檢測，內部結構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，并且準確測量出土壤的濕度。該設計是以52單片機為基礎以及HS1101 濕敏芯片的傳感器作為測量的器件，接入定時器構成的多諧震蕩器電路中，對輸出頻率進行測量。便于解決因土壤濕度不適當問題，防止影響種植品正常生長問題。

參考文獻

[1]劉斐.土壤含水率紅外測量方法的研究[D].西北農林科技大學,2013.

[2]張瑋,王東鋒.基于AT89S51單片機的微型土壤濕度檢測儀設計[J].機電產品開發與創新,2010,23(04):74-75+65.