1、摘要本科毕业论文（20 届）基于 AT89C52 的土壤湿度测量系统设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘要摘要土壤的湿度对于农作物的生长来说是很重要的，它影响着植物的生长发育，合理有效地灌溉对农作物的生长是非常有利的。同时，也能够更加有效地使用缺乏的水资源。因此，我们需要测量土壤的湿度，并对其采取措施进行控制，使农作物生长在适宜的环境中。利用单片机来控制土壤的湿度方便、灵活，从根本上提高了湿度测控系统的性能。本论文以单片机 AT89C52 为核心，结合其他电子电路技术，设计出一种水平较高的土壤测量系统。设计中利用湿度传感器 SHT11 进行数据采
2、集，然后将数据送入单片机处理，实现湿度显示、声光报警、与上位机通讯等功能，SHT11 功耗低、体积小、可靠性高。本土壤湿度测量系统操作便捷，精确度高且显示直观，用在农业中可以提高农作物的产量，给社会带来更高的经济效益，具有广阔的发展前景。关键词：单片机，土壤测量系统，湿度传感器AbstractAbstractSoil moisture for the crops is very important, it affects plant growth and development, reasonable and effective irrigation on crop growth is ver
3、y favorable. It can be more effectively to use water resources. Therefore, we need to measure soil moisture, and take measures to control the growth of crops in a suitable environment. Use microcontroller to control the soil moisture is convenient, flexible and fundamentally, and enhance the perform
4、ance of the humidity measurement and control system.AT89C52, the paper as the core, in combination with other electronic circuits, design a high level of soil measurement system. Humidity Sensor SHT11 data collection design, low power consumption, system of small, high reliability, and then the data
5、 into the microcontroller processing to achieve the humidity display, audible alarm, and PC communication. The soil moisture measurement system is easy to operate, high precision and intuitive display, used in agriculture can increase crop yield and bring greater economic benefits to society, and ha
6、s broad prospects for development.Keywords: microcontroller, soil measurement system, humidity sensor目录目录摘要 .IAbstract.II目录 .III第 1 章 绪论 .11.1 论文研究的来源 .11.2 论文研究的目的和意义 .11.3 近几年国内外研究状况 .11.4 本设计研究内容 .2第 2 章 土壤湿度测量系统的方案设计 .32.1 土壤湿度测量系统的设计要求和指标 .32.2 土壤湿度测量系统的结构和原理 .32.3 传感器的选型 .42.3.1 传感器选用需考虑的因素 .4
7、2.3.2 单片智能化湿度传感器 .52.4 湿度传感器 SHT11.52.4.1 SHT11 工作原理 .6第 3 章 系统硬件电路设计 .103.1 单片机介绍 .103.1.1 AT89C52 简介 .103.1.2 外部引脚说明 .11单片机 AT89C52 的引脚图如图 3-2 所示。 .113.2 单片机的时钟和复位电路 .143.2.1 时钟电路 .143.2.2 复位电路 .143.3 电源电路 .143.4 显示电路 .153.4.1 1602 液晶显示 .153.4.2 1602LCD 的控制器接口说明 .173.4.3 1602LCD 液晶显示的指令 .183.5 键盘接
8、口电路 .19目录3.5.1 独立式键盘 .203.5.2 行列式键盘 .203.6 报警电路 .203.7 无线通信电路 .213.7.1 PTR2000 介绍 .213.7.2 通信接口电路 .22第 4 章 系统软件的设计 .254.1 主程序流程图 .254.2 初始化子程序 .264.3 键盘子程序 .274.4 湿度程序流程图 .284.5 显示子程序 .294.6 通信流程图 .30总结 .31参考文献 .32致谢 .33附录一 .34附录二 .35附录三 .36第 1 章 绪论-1-第 1 章 绪论1.1 论文研究的来源土壤的湿度对农作物的影响非常大，若土壤中的水过多，就会使土
9、壤中的氧气减少，农作物的根部就很难正常呼吸；而如果土壤湿度过低，农作物所需要的水分就得不到满足。这两种情况都会严重影响植物的生长发育，使农作物产量降低。随着经济的快速发展，我国越来越重视农业的生产和发展。在现代农业中，对农作物的环境参数进行检测并控制是非常重要的，而湿度是其中最基本的参数之一，实现农业生产的科学技术的基础是对环境参数的测控。经过分析所检测到的数据，再根据农作物生长的规律，采取有效措施控制植物生长的环境条件，才能培育出高产量、高质量的农作物。1.2 论文研究的目的和意义传统的检测方法中，人们使用湿度计来获取土壤的湿度值。然而湿度计精度低，再加上人们读数时的误差，使得传统的湿度检测
10、任务繁琐、精度低、速度很慢，并且增加了检测人员的劳动强度。随着科技的进步，出现了由传感器、A/D 转换器和报警器构成的湿度测量装置，在一定程度上提高了测量的精度和检测的速度。但是，因为使用的湿度传感器不够灵敏，并且有时会产生误报、漏报的情况，使得测量系统应用起来达不到人们的要求，导致生产损失。现如今，伴随计算机的广泛应用以及单片机的越来越强大的功能，使得监测系统具有越来越高的稳定性和精确性。因此以单片机为核心，配合其他电子电路的土壤测量装置方便灵活、稳定性高、测量精确度高，对提高农作物的产量和质量具有重大意义。1.3 近几年国内外研究状况18 世纪人们就已经发明出了干湿球湿度计，它的精确度取决
11、于湿球湿度计和干球湿度计自身的精度。干湿球湿度计的精确度仅仅为 5%-7%RH，但是干湿球湿度计在使用过程中不会出现精度值降低和老化的现象。第 1 章 绪论-2-后来，测量相对湿度的滴水法出现。最近几十年，电子湿度传感器快速发展，它的测量准确度能够达到 2%-3%RH。现在，电子式湿度传感器应用广泛，它具有误差小、精确度高等优点。现如今，国内外在研究湿度传感器方面取得了巨大的进步，制作电子芯片技术大幅度提高，芯片日益微型化、集成化。湿度传感器从原来的湿敏元件逐渐朝多参数检测智能化的方向发展，这必将使湿度监测技术迈向新的台阶。1.4 本设计研究内容1. 对整个系统进行结构设计和整体思路规划。2.
12、 以单片机为核心，进行硬件电路设计和改进，完成整个土壤测量系统的功能。硬件电路有信号采集电路、报警电路、显示电路、键盘电路、无线通信电路。3.土壤湿度检测系统的软件设计。根据软件功能的实现，基本分为主程序、初始化子程序、湿度报警子程序、无线通信子程序。程序编写时，加上了文字注释，方便以后维护和改进。 第 2 章 土壤湿度测量系统的方案设计-3-第 2 章 土壤湿度测量系统的方案设计2.1 土壤湿度测量系统的设计要求和指标1. 利用湿度传感器对土壤的湿度采集数据，能够实现湿度的实时测量和显示，检测范围 1%-99%RH。2. 能够依据气候等影响测量条件的变化改变报警限值的设置。3. ATMEL
13、公司的 AT89C52 单片机，理解它的功能与特性，能够对湿度实现智能化控制。4. 设计报警系统、显示系统、键盘系统和无线通信系统。在土壤湿度测量系统实现其基本能力的同时，还应确保装置的稳定性、精确性、可靠性、低功耗以及经济性。2.2 土壤湿度测量系统的结构和原理土壤湿度测量系统是能够实时测量土壤的湿度参数，并具有报警功能的仪器。系统以单片机 AT89C52 为核心，采用 SHT11 湿度传感器采集土壤湿度参数信息，配合其它外围电路共同实现土壤湿度测量及报警功能。该系统的基本组成部分包括湿度传感器、信号采集电路、显示电路、报警电路、按键电路、无线通信电路。系统要求稳定性高、精度高、可靠性高、经
14、济实用，其结构框图如图 2-1 所示。复位电路LCD 显示无线发送AT89C52单片机湿度传感器上位机 无线接收键盘输入 报警电路图 2-1 土壤测量系统原理框图第 2 章 土壤湿度测量系统的方案设计-4-通过湿度传感器实现湿度的数据采集，并实现数据的数字化。系统显示参数的上限值与下限值经键盘输入，如果检测量的信号值不在上下限区间内，系统就会启动报警电路。为了方便检测，使测量人员能够直观地知道土壤中的湿度值，可以把湿度值通过 LCD 显示出来，并通过无线通信的方式，将所测得的湿度值传输到上位机。其中，复位电路可以实现 AT89C52 单片机的复位。2.3 传感器的选型湿度传感器是土壤湿度测量系
15、统的首要环节，负责采集湿度信号，根据这些有关的湿度信号就可以知道土壤中湿度的相关信息，实现检测报警功能。湿度传感器作为获取土壤湿度信息的手段，是整个系统的核心部件之一，可靠、精确的湿度传感器决定了获取的湿度信息的准确性。2.3.1 传感器选用需考虑的因素制作工艺、结构和使用材料不同，它的技术指标和使用性能就会有差异，所以在选择湿度传感器时，需要考虑不同的因素。1. 测量精度测量精度是传感器的一个重要的技术指标。对于传感器来说，每提升一个百分点就是提升一个高度，有时甚至是提升到一个更高的档次。不同精度的传感器，制作它们的成本差异非常大，价格也差别很大。制造商对于湿度传感器的精确度通常是分段给出的
16、。例如，在一定温度下（例如 25）的精度值，高温阶段（即 80-100%RH）是4%RH，而中低温度阶段（即 0-80%RH）是2%RH。假设在不一样的温度下，使用同一湿度传感器，就需要考虑温漂对湿度传感器示值产生的影响。每变化 0.1的温度，将产生湿度误差 0.5%RH。温度的变化使得湿度漂移不定，如果不能保证环境的温度恒定，就要求测量精度过高是不对的。因此温湿度集于一体的传感器被广泛应用。2. 测量范围现今的社会是信息的时代，传感器技术同自动控制、计算机技术紧紧相结合。测量的最终目的是控制，适用范围是控制范围和测量范围的全称，因此研究温度和湿度测量控制时，全湿程测量是不必要的。第 2 章
17、土壤湿度测量系统的方案设计-5-3. 温漂和时漂因为湿度传感器一定会接触空气里的水汽，不可以密封，所以传感器几乎全部都存在温漂和时漂的问题，因此这就导致了湿度传感器有限的寿命和稳定性。使用环境的温度变化的范围是在选择湿度传感器时需要考虑的，要考虑在指定温度下所选择的湿度传感器能不能正常运作，湿度传感器的温漂是不是超过了设计目标。4. 其他注意的事项因为湿度传感器是不密封的，所以为确保测量时的稳定性和精确度，应尽可能的避免在含有有机溶剂、碱性和酸性的环境中使用。除此之外，也不能把湿度传感器置于粉尘很大的场所中使用，还不能把湿度传感器置于空气不流通（如离墙壁太近）的地方使用，以确保所测环境的湿度能
18、被正确显示出来。在应用湿度传感器时，要提供符合其精度的适宜的电源，因为有些传感器要求很高的电源，否则会对测量精度产生影响。2.3.2 单片智能化湿度传感器SHT11、SHT15 型单片智能化温湿度传感器是瑞士森斯瑞（sensirion ）公司在 2002 年研制出的两种小型、自校准、高精度、多功能的智能传感器，它的外形尺寸 7.5mm5mm2.5mm。出厂之前，研究人员都在非常精密的湿度室里对每一个湿度传感器做了精确的校准，校准的系数编写成对应的程序存进校准存储器里，使得在进行测量时可以自动校准相对湿度。本设计采用单片机智能化湿度传感器 SHT11，它功耗低、体系小、可靠性高。2.4 湿度传感器 SHT11SHT11 是瑞士森斯瑞公司研制的一款多功能智能化湿度传感器，广泛应用在环境监测工农业生产等领域。其主要性能特点如下：（1）采用 CMOSENS 专利技术研制成的高精度智能化传感器系统，特点是把传感器技术和半导体芯片 CMOS 融合。（2）将温湿度感测、信号放大调理、模数转换和 I2C 总线接口集成在一个芯片上。
