道路溫度報警與綠化澆水智能系統的研究

賈亞飛，翟 娟

（揚州大學廣陵學院，江蘇 揚州 225009）

0 引言

城市機動車道路和綠化帶的保養對于改善道路壽命和綠化植物狀況，走可持續發展的道路成為城市發展建設的主要工作。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。因此，對城市道路和綠化帶的養護的研究有著重要的理論指導意義。

本文主要選取AT89S52單片機作為控制單元，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，分別以蜂鳴器與報警燈、繼電器作為動作部分。單片機作為“大腦”實時與溫度傳感器和濕度傳感器保持著通信狀態，不斷從DS18B20、YL-69獲取新檢測到的數據，并在內部進行分析處理。當檢測到的實時數據超出設置的報警值上限的時候，蜂鳴器指示燈、繼電器各自動作。

1 系統的總體架構

該系統（如圖 1）主要由單片機、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。當檢測到的溫度高于設置的報警值的時候，蜂鳴器指示燈報警并指示路政部門進行灑水降溫作業；土壤濕度傳感YL-69實時檢測綠化帶土壤濕度，當土壤濕度低于設定的濕度，繼電器將自動吸合，啟動噴淋做加濕動作，達到設定濕度時自動停止。

圖1 道路溫度報警與綠化澆水智能系統設計Fig.1 The design of the intelligent system of road temperature alarm and green belt watering

2 系統的硬件設計

2.1 主控模塊

AT89S52作為整個系統的主控單元，是一種高性能 CMOS8位微控制器并且內部擁有 8K可編程Flash存儲器[1-4]。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。系統通過各元件反饋的信息，及時進行處理并將結果再傳送到各端口，實現既定的控制功能，以滿足所需性能指標。AT89S52具如下功能:

（1）8位的CPU，片內有晶振和時鐘電路，工作頻率為0~24 MHZ；

（2）片內有256字節數據存儲器RAM；

（3）片內有8K字程序存儲器ROM；

（4）4個八位的并行I/O口（P0、P1、P2、P3）；（5）1個全雙工串行通訊口；（6）3個16位定時器/計數器（T0、T1、T2）（7）可處理6個中斷源，兩集中斷優先級；AT89S52可降至0 Hz靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。

2.2 溫度檢測電路

該系統所用的溫度傳感DS18B20，具有抗干擾性能強、低功耗、微型化、易配微處理器等優勢，能夠將實時溫度直接轉化為數字信號，便于處理[5-7]。完成溫度轉換需要以下幾步：

DS18B20采用單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊；測量溫度區間可控制在-55℃~+125℃之間，檢查溫度的固有分辨率達到0.5℃，具有很高的適用性：適用于 DN15~25，DN40~DN250各種介質工業管道和狹小空間設備測溫。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 濕度檢測電路

YL-69傳感器是用來測量土壤濕度的傳感器芯片。內部是個電容，收到濕度的影響，濕度影響它的電阻，土壤里面的水分發生變化時，它的阻值變化從而能產生變化的電信號，這樣就能將濕度直接轉化成電信號。YL-69與單片機接線示意圖如圖 3。

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

2.4 LCD 顯示與報警、噴淋電路

液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統中得到越來越廣泛的應用。系統運行時，對于LCD顯示控制，只要向LCD送入對應的命令便可進行相應的顯示。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

報警電路包括蜂鳴器與指示燈[8]。在讀取DS18B20測量的實時溫度值后，然后將此數值和預設的報警溫度門限進行對比判斷。如果當前溫度大于報警溫度的上限值，則啟動蜂鳴器和報警燈進行報警，來指示路政部門來進行灑水降溫[8]。報警電路示意圖如圖5。

圖5 報警電路示意圖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，把土壤檢測的數據傳輸到單片機系統中，并通過單片機I/O輸出到LCD上進行顯示。單片機分析YL-69土壤濕度檢測裝置檢測到的土壤數據，然后進行相應的動作。當傳感器檢測到的土壤濕度值低于設定的下限值時，單片機控制繼電器動作，進而進行噴淋；當系統檢測到的濕度值超出設定的上限時，系統控制繼電器不再噴淋。噴淋電路示意圖如圖6。

3 系統的軟件設計

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

該智能系統分為：溫度采集分析功能、濕度采集分析功能、LCD顯示功能、按鍵設定溫度值與濕度值功能。溫度采集分析功能：對溫度傳感器送過來的實時數據分析，然后判斷否執行報警程序和LCD顯示。濕度采集處理程序：對濕度芯片送過來的數據進行處理，進行判斷和顯示，然后根據濕度值的大小確定是否進行噴淋動作。LCD顯示：向LCD送溫度和濕度數據，經過單片機的分析，進行相應的數據顯示。按鍵設定程序：可以設定低溫和高溫報警可精確到0.1℃。主程序的作用是用作溫度和濕度的數據顯示、讀出DS18B20、YL-69的測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中讀出環境溫度數據，移入到相應暫存器。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中讀出土壤濕度數據，移入相應暫存器保存。其流程如圖8所示。

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

4 系統的實現

該項目用 Proteus繪制該智能系統的電路原理圖，在Keil C軟件進行相關程序的測試，從而確定系統的各項功能。

控制系統功能是：在電源接通的后，DS18B20、YL-69將檢測道路溫度、綠護帶土壤濕度，將溫度與濕度數據傳給AT89S51，單片機將處理所得數據，將實時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警電路、噴淋電路是否動作。

5 結束語

本文從系統的整體結構入手，闡述了基于AT89S52單片機的道路溫度報警與綠化澆水智能系統的工作原理。進而將重點放在主控制器模塊、溫度測量與顯示模塊、濕度測量與顯示模塊與報警和噴淋裝置模塊四大主要模塊的分析和設計上。最后提出了系統的軟件設計的方法，為后續道路溫度報警與綠化澆水智能系統的硬件實現和調試打下了基礎。

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