道路溫度報(bào)警與綠化澆水智能系統(tǒng)的研究

賈亞飛，翟 娟

（揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009）

0 引言

城市機(jī)動(dòng)車道路和綠化帶的保養(yǎng)對(duì)于改善道路壽命和綠化植物狀況，走可持續(xù)發(fā)展的道路成為城市發(fā)展建設(shè)的主要工作。道路和綠化帶作為美化城市、塑造城市形象的重要部分，更是人類出行所必備的基礎(chǔ)。因此，對(duì)城市道路和綠化帶的養(yǎng)護(hù)的研究有著重要的理論指導(dǎo)意義。

本文主要選取AT89S52單片機(jī)作為控制單元，選取DB18B20溫度傳感器、YL-69土壤濕度傳感器分別作為道路溫度、土壤濕度的測(cè)量單元，以LCD顯示器作為溫度和濕度的顯示部分，分別以蜂鳴器與報(bào)警燈、繼電器作為動(dòng)作部分。單片機(jī)作為“大腦”實(shí)時(shí)與溫度傳感器和濕度傳感器保持著通信狀態(tài)，不斷從DS18B20、YL-69獲取新檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，并在內(nèi)部進(jìn)行分析處理。當(dāng)檢測(cè)到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)超出設(shè)置的報(bào)警值上限的時(shí)候，蜂鳴器指示燈、繼電器各自動(dòng)作。

1 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

該系統(tǒng)（如圖 1）主要由單片機(jī)、土壤濕度傳感器、溫度傳感器、繼電器控制閥門、蜂鳴器指示燈、LCD、按鍵。當(dāng)檢測(cè)到的溫度高于設(shè)置的報(bào)警值的時(shí)候，蜂鳴器指示燈報(bào)警并指示路政部門進(jìn)行灑水降溫作業(yè)；土壤濕度傳感YL-69實(shí)時(shí)檢測(cè)綠化帶土壤濕度，當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定的濕度，繼電器將自動(dòng)吸合，啟動(dòng)噴淋做加濕動(dòng)作，達(dá)到設(shè)定濕度時(shí)自動(dòng)停止。

圖1 道路溫度報(bào)警與綠化澆水智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)Fig.1 The design of the intelligent system of road temperature alarm and green belt watering

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控模塊

AT89S52作為整個(gè)系統(tǒng)的主控單元，是一種高性能 CMOS8位微控制器并且內(nèi)部擁有 8K可編程Flash存儲(chǔ)器[1-4]。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。系統(tǒng)通過各元件反饋的信息，及時(shí)進(jìn)行處理并將結(jié)果再傳送到各端口，實(shí)現(xiàn)既定的控制功能，以滿足所需性能指標(biāo)。AT89S52具如下功能:

（1）8位的CPU，片內(nèi)有晶振和時(shí)鐘電路，工作頻率為0~24 MHZ；

（2）片內(nèi)有256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；

（3）片內(nèi)有8K字程序存儲(chǔ)器ROM；

（4）4個(gè)八位的并行I/O口（P0、P1、P2、P3）；（5）1個(gè)全雙工串行通訊口；（6）3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T0、T1、T2）（7）可處理6個(gè)中斷源，兩集中斷優(yōu)先級(jí)；AT89S52可降至0 Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。

2.2 溫度檢測(cè)電路

該系統(tǒng)所用的溫度傳感DS18B20，具有抗干擾性能強(qiáng)、低功耗、微型化、易配微處理器等優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)?shí)時(shí)溫度直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，便于處理[5-7]。完成溫度轉(zhuǎn)換需要以下幾步：

DS18B20采用單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；測(cè)量溫度區(qū)間可控制在-55℃~+125℃之間，檢查溫度的固有分辨率達(dá)到0.5℃，具有很高的適用性：適用于 DN15~25，DN40~DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測(cè)溫。DS18B20電路接線示意圖如圖2。

圖2 DS18B20 電路接線原理示意圖Fig.2 Schematic diagram of DS18B20 circuit wiring

2.3 濕度檢測(cè)電路

YL-69傳感器是用來測(cè)量土壤濕度的傳感器芯片。內(nèi)部是個(gè)電容，收到濕度的影響，濕度影響它的電阻，土壤里面的水分發(fā)生變化時(shí)，它的阻值變化從而能產(chǎn)生變化的電信號(hào)，這樣就能將濕度直接轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。YL-69與單片機(jī)接線示意圖如圖 3。

圖3 YL-69與單片機(jī)接線示意圖Fig.3 Schematic diagram of YL-69 and the MCU wiring

2.4 LCD 顯示與報(bào)警、噴淋電路

液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，對(duì)于LCD顯示控制，只要向LCD送入對(duì)應(yīng)的命令便可進(jìn)行相應(yīng)的顯示。LCD的引腳示意圖如圖4。

圖4 LCM 的引腳示意圖Fig.4 Schematic diagram of LCM pin

報(bào)警電路包括蜂鳴器與指示燈[8]。在讀取DS18B20測(cè)量的實(shí)時(shí)溫度值后，然后將此數(shù)值和預(yù)設(shè)的報(bào)警溫度門限進(jìn)行對(duì)比判斷。如果當(dāng)前溫度大于報(bào)警溫度的上限值，則啟動(dòng)蜂鳴器和報(bào)警燈進(jìn)行報(bào)警，來指示路政部門來進(jìn)行灑水降溫[8]。報(bào)警電路示意圖如圖5。

圖5 報(bào)警電路示意圖Fig.5 Schematic diagram of alarm circuit

噴淋電路包括繼電器與噴淋[9,10]。YL-69作為土壤濕度傳感器，把土壤檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)中，并通過單片機(jī)I/O輸出到LCD上進(jìn)行顯示。單片機(jī)分析YL-69土壤濕度檢測(cè)裝置檢測(cè)到的土壤數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。當(dāng)傳感器檢測(cè)到的土壤濕度值低于設(shè)定的下限值時(shí)，單片機(jī)控制繼電器動(dòng)作，進(jìn)而進(jìn)行噴淋；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的濕度值超出設(shè)定的上限時(shí)，系統(tǒng)控制繼電器不再噴淋。噴淋電路示意圖如圖6。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

圖6 噴淋電路示意圖Fig.6 Schematic diagram of watering circuit

該智能系統(tǒng)分為：溫度采集分析功能、濕度采集分析功能、LCD顯示功能、按鍵設(shè)定溫度值與濕度值功能。溫度采集分析功能：對(duì)溫度傳感器送過來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，然后判斷否執(zhí)行報(bào)警程序和LCD顯示。濕度采集處理程序：對(duì)濕度芯片送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示，然后根據(jù)濕度值的大小確定是否進(jìn)行噴淋動(dòng)作。LCD顯示：向LCD送溫度和濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機(jī)的分析，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示。按鍵設(shè)定程序：可以設(shè)定低溫和高溫報(bào)警可精確到0.1℃。主程序的作用是用作溫度和濕度的數(shù)據(jù)顯示、讀出DS18B20、YL-69的測(cè)量的溫度值和濕度值讀溫度流程圖：讀溫度的主要功能是從DS18B20中讀出環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，移入到相應(yīng)暫存器。其流程如圖7所示。

圖7 讀溫度流程圖Fig.7 Flow chart of reading the temperature

讀濕度流程圖：讀濕度的主要功能是從 YL-69中讀出土壤濕度數(shù)據(jù)，移入相應(yīng)暫存器保存。其流程如圖8所示。

圖8 讀濕度流程圖Fig.8 Flow chart of reading humidity

4 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

該項(xiàng)目用 Proteus繪制該智能系統(tǒng)的電路原理圖，在Keil C軟件進(jìn)行相關(guān)程序的測(cè)試，從而確定系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。

控制系統(tǒng)功能是：在電源接通的后，DS18B20、YL-69將檢測(cè)道路溫度、綠護(hù)帶土壤濕度，將溫度與濕度數(shù)據(jù)傳給AT89S51，單片機(jī)將處理所得數(shù)據(jù)，將實(shí)時(shí)溫度值和濕度值顯示在LCD上。道路溫度上下限和土壤濕度上下限決定了報(bào)警電路、噴淋電路是否動(dòng)作。

5 結(jié)束語

本文從系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)入手，闡述了基于AT89S52單片機(jī)的道路溫度報(bào)警與綠化澆水智能系統(tǒng)的工作原理。進(jìn)而將重點(diǎn)放在主控制器模塊、溫度測(cè)量與顯示模塊、濕度測(cè)量與顯示模塊與報(bào)警和噴淋裝置模塊四大主要模塊的分析和設(shè)計(jì)上。最后提出了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)的方法，為后續(xù)道路溫度報(bào)警與綠化澆水智能系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)和調(diào)試打下了基礎(chǔ)。

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