土壤湿度测量系统的设计

1、大体计划设计：大体计划设计：为了能够精确的测出土壤湿度，设计了以AT89C52单片机为核心的土壤湿度计。硬件部分采用LCD1602作为显示屏，土壤湿度传感器则采用HSll01，它是一款电容式传感器，电容值会随湿度的变化而变化，将HS1101置于555振荡电路中，将电容信号转换为电压频率信号。利用单片机的中断读取数据，以单片机为核心对数据进行记录、存储、处理和报警。电源接口采用的是USB接口。软件部分则采用C语言实现，通过分模块编写程序，逐一实现土壤湿度测试，报警等功能。 本设计的核心是湿度值的测量，选择HSll01 电容式湿度传感器后，如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，是实现

2、本设计的关键。经过检索后，发现两种方案：方案一：将该湿敏电容置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再AD 转换为数字信号； 方案二：将该湿敏电容置于555 振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。出于简单易操作考虑，此次设计采用方案二。以51单片机为主控芯片，各部分功能用外部电路来完成，主要包括时钟晶振电路，湿度测量电路，液晶显示模块，报警模块，按键模块。Lcd1602显示模块显示模块 AT89C52AT89C52按键模块 报警模块 湿度采集模块电源电路时钟电路 3. 3. 湿度测量电路湿度测量电路 3.3.液晶显示模

3、块液晶显示模块 4.4. 报警模块报警模块 5.5.按键模块按键模块12345678910111213141516160216PINP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78REST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.728SPEN29ALE30EA31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.23

4、7P0.138P0.039VCC40P2.627U1STC89C52GND+5GND+5D0D1D2D3D4D5D6D7D1D2D3D4D5D6D7123456789J1103_10k+5GND+5GNDC130PC230PY112MGNDLS1SPEAKERQ1PNP9012+5GNDR22.2kS1SW-PBS2SW-PBS3SW-PBGND+C310ufR310k+5GNDTRIG2OUT34CVOLT5THOLD6DISCHG781RESETVCCGNDU3555GND+5R41kC4HS1101R630K+5A1K2D1LEDA1K2D2LEDR71kR81kGNDR910kR101

5、.5kD0R112MR122MR13200KR14200KR1530KR1630KR1710KR1810K321P1POWER112233445566S1电源+5GNDAT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，如图2所示。片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。外接晶体以及电容C2和C1构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为30P左右，晶振频率选6MHz4。

6、实现上电复位和按键复位的双重复位功能。AT89C52谐振电路图2 AT89C52单片机和谐振电路 本次设计采用HSll01 电容湿度传感器，下图为湿度电容响应曲线。相对湿度在0-100RH 范围内；电容量由162pF 变到200pF，其误差不大于2RH；响应时间小于5s；温度系数为004pF。可见精度是较高的。针对HSll01 ，采用555振荡电路，将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的电压频率信号，电路下图所示。利用该振荡电路产生的两个暂稳态过程的交替，可实现方波输出，该方波信号的频率即对应了反应湿度值的传感器电容大小。将湿敏电容经振荡电路变换后的脉冲频率信号送入单片机的定时计数器T1，T1 工作于方式1 为16 位计数器，定时记录脉冲数并存入内存缓冲区，用于计算对应湿度值。 HSll01湿度电容响应曲线 LCD1602液晶显示模块，它可以显示两行，每行16个字符，采用+5V电源供电。该系统的主要功能就是在土壤湿度高于最高设定值和低于最低设定值时做一个报警提醒。在设置设定值的界面里S1为确定键，S2为下翻键，S3上翻键。设置界面里有最低值设置和最高值设置两个选项。设置设定值时，S1为确定键，S2为加一键，S3为减一键。这些按键通过P1.3