基于 c51单片机的农田土壤水分检测

河南牧业经济学院 能源与智能工程学院 河南省郑州市 450003

摘要：农业节水灌溉已经是我国农业工程领域中的一个重点关注的问题，针对这一问题，本文设计了自动土壤水分检测系统。该系统选用STC89C51单片机作为主控芯片，利用YL-69传感器对湿度进行数据采集并在液晶显示器上面实时显示。该系统解决了国内外的土壤水分检测系统造价高、使用复杂而难以推广的缺点，具广泛的实用价值和经济市场效益。

关键词：湿度传感器；单片机；液晶显示器

ABSTRACT

Agricultural water-saving irrigation has been a key concern in the field of agricultural engineering in China. To solve this problem, this paper designs a watering system. The system selects STC89C51 single-chip microcomputer as the main control chip, uses YL-69 sensor to collect data of humidity and display it on the LCD1602 liquid crystal display in real time. At the same time, the measurement range is set by using the button, and the buzzer is used for alarm. This system uses the C language to program the system and debug it in the keil4 software. The system solves the shortcomings of high cost, complicated use and difficult to promote automatic irrigation system at home and abroad, and has wide practical value and economic market benefit.

Key words: humidity sensor; single chip microcomputer; liquid crystal display

1 研究背景和意义

目前我国农业自动化水平较低，基本上都是根据经验判断土壤的湿度情况，这也就常常造成农作物的生长不良，甚至死亡。因此有必要研究一种准确测量土壤湿度和自动浇灌的仪器，能够帮助人们及时准确的判断土壤的湿度，并利用水泵及时补充水分。农业节水灌溉已经是我国农业工程领域中的一个重点关注的问题，该系统解决了国内外的自动灌溉系统造价高、使用复杂而难以推广的缺点，具有广泛的实用价值和经济市场效益。

2 系统总体方案的设计

本设计提供了一个土壤水分检测系统，系统采用模块化设计。系统总体设计方案包含硬件以及软件两个方面。系统的主要工作过程为：首先，通过湿敏电阻采集土壤的湿度，接着将采集的电流信号转换为电压信号，然后将电压信号通过A/D转换电路转变为单片机能够识别的数字信号，最后通过单片机的分析处理，将土壤的湿度大小实时在液晶显示屏显示出来。系统工作原理图如下所示：

图2.1 系统总体设计方案

3 硬件电路设计

3.1 单片机处理器

自动土壤水分检测系统选用STC89C51单片机作为主控芯片，主要起到对整个系统进行控制的作用。复位电路在单片机设计中必不可少。系统的复位电路主要是让系统进入初始化状态。在电源接通后以及在系统发生错误程序跑飞等情况下，我们都需要使用复位功能使程序进入正常工作状态。

整个自动土壤水分检测系统工作的运行都需要依靠时钟信号。时钟的频率是其重要的部分，与系统的响应时间密不可分。单片机单路中晶振结合内部电路会提供系统需要的是时钟频率。

3.2 土壤湿度检测电路设计

本自动土壤水分检测系统选用的土壤湿度传感器型号为YL-69。土壤湿度传感器的工作原理：当湿度传感器在采集过程中，外界湿度的变化会导致传感器的电阻值发生变化，当湿度最小时，电阻的阻值为10K,当外部湿度最大时，阻值变小为0.1Ω，随着电阻值的改变相应的电压值也会发生改变，湿度传感器采集的信号随着外界湿度的变化而发生改变。在这个过程中土壤湿度传感器相当于一个可以调节的变阻器。该传感器具有响应速度快、滞后量小以的特点。

3.3 ADC0832电路设计

系统选用的数据转化器为ADC0832，主要作用是将传感器采集的模拟信号转化为数据信号。该芯片具有以下特征：8位分辨率；双通道转换；输入输出电平可以和TTL/CMOS 很好的相容；工作频率：250KHz；转换时间：32uS；功耗：15mW。芯片的第四引脚和第八引脚分别于与电源地和电源相连接；第二引脚与传感器相连接，用来传入湿度信息；第三引脚悬空；第一、五、六、七引脚分别于单片机相应引脚相连，当A/D进行转化时候，将CS端口输入低电平，并且保持到信号转换完成。CLK端口由单片机向其输入时钟信号。

3.4 报警电路的设计

本自动土壤水分检测系统的报警元件将采用蜂鸣器。因为单片机只能简单的输出1和0，而蜂鸣器相应需要较高的电压，因此采用将NPN型三极管和蜂鸣器相连的设计，将三极管作为运算放大器，使蜂鸣器可以响应。

3.5 显示电路设计

显示电路采用LCD1602。液晶显示器可以与微处理器或微控制相连,通过传送相应的数据和指令，就可使液晶模块进行正常工作。LCD显示屏包含字符显示以及字段显示，字段显示与平常的LED工作原理相似，只需要对相对应管脚输入相应的信息就可以将其显示出来；字符显示需要根据内部的基本字符自行选择输出。

4 软件设计

系 统软件的设计采用模块化的设计理念将系统分为许多子程序模块，分别为主程序模块、扫描显示模块、报警模块、数据采集模块、继电器控制模块等，每个模块之间既相互独立又相互关联。

图4.1 主程序流程图

4.1 程序流程图

5 系统调试

本系统的主要功能是由传感器检测土壤湿度，根据设定值来控制土壤的浇灌功能，使用到的模块主要有单片机模块电路极其对应的晶振电路和复位电路、电源供电电路、控制电路、按键电路。本系统主要有单片机主控系统，晶振电路和复位电路、电源供电电路、控制电路、按键电路组成。硬件调试需要对电路的连接、供电、信号以及焊接等方面进行检测。硬件调试需要使用万能表对电路板的元器件进行检测，查看是否连通，是否虚焊，利用数字函数发生器检查单片机的引脚输出电压是否正常。

总结

在对系统设置过程中，由于缺乏动手能力以及知识面窄，会有很多的不足之处，导致系统还有很多方面需要完善。在硬件电路设计中，元器件的种类众多，由于接触到的元器件种类有限，因此系统需要进行更加成熟的设计方案。在软件方面，对数据的处理以及分析，可能可以采用更加精准的算法。对于系统的整体设计，系统功能可以继续增加使得系统更加完善，比如自动土壤水分检测系统。随着电子信息产业以及芯片产业发展，自动土壤水分检测系统会更加的完善以及运

作者简介：马玉博，1997年5月，本科学历，学生，研究方向：农业机械化及其自动化.