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土壤湿度计设计 姓 名： 学 号： 学 院： 专 业： 班 级： 任课教师： 二Ｏ一二 年 十二 月 二十 日 土壤湿度计设计 摘要：本文主要讨论基于AT89S51单片机的以HS1101作为前端湿敏元件的土壤湿度检测系统。本系统采用层次化、模块化设计，以HS1101湿敏芯片的传感器作为测量的器件，所得到的数据经过NE555振荡电路处理并通过LM393进行放大后，通过ADC0832模数转换器件接入到AT89S51单片机，继而经过单片机的处理在LCD1602中显示出来。本文在设计过程中主要做了以下几个方面的工作：一是讨论并选择系统的总体设计方案；二是对传感器、A/D转换器和单片机进行设计和选择。 关键字：土壤湿度 ；HS1011 ；AT89S51；A/D转换 1 引言 湿度，被定义为表示大气干燥程度的物理量。即在一定的温度下在一定的体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥;水汽越多，则空气越潮湿。湿度测量技术的发展已有200多年的历史，人们早就发现了人的头发随大气湿度变化而伸长或缩短的现象，因而制成了毛发湿度计。但是人们对于湿度传感器中的湿敏元件的认识，是从1938年美国F.W.Dunnore研制成功浸涂式氯化锂湿敏元件才开始的。 土壤湿度表示一定深度土层的土壤干湿程度的物理量。又称土壤水分含量。土壤湿度的高低受农田水分平衡各个分量的制约。 土壤湿度决定农作物的水分供应状况。土壤湿度过低，形成土壤干旱，作用光合作用不能正常进行，降低作物的产量和品质；严重缺水导致作物凋萎和死亡。土壤湿度过高，恶化土壤通气性，影响土壤微生物的活动，使作物根系的呼吸、生长等生命活动受到阻碍，从而影响作物地上部分的正常生长，造成徒长、倒伏、病害滋生等。土壤水分的多少还影响田间耕作措施和播种质量，并影响土壤温度的高低。 农业生产在我国的经济发展中具有重要地位，为农业生产提供及时、可靠的技术服务已成为气象部门的重要职责之一。随着国家各级政府对农业生产的日益重视，各科研单位也在服务农业、促进农民增收等方面开展了许多研究．对农业生产中的各项问题也进行了广泛调研。调研发现，园艺栽培、温室花卉、大棚蔬菜等的某些名贵品种，对土壤湿度有着极高的要求，土壤湿度不当时，不仅严重影响其正常生长，甚至会导致种植品死亡，造成农民的严重损失。为此，从事该类农业生产的农民朋友非常需要一种成本低、体积小且检测可靠的土壤湿度检测仪，为水分供应提供依据。为了解决以上问题，本文设计了高稳定性、低成本的微型土壤湿度检测仪。 2 系统组成及工作原理 本文设计的土壤湿度计系统组成如图1所示。其系统组成包括电源稳压模块，湿度传感器检测模块，信号放大模块，A/D转换模块，MCU模块与LCD显示模块。 图1 土壤湿度计系统组成框图 该系统的工作过程为：土壤湿度传感器将湿度信号送至NE555多谐振荡器，进而产生与湿度信号相对应的电压信号，然后电压信号经过LM393信号放大模块进行放大，经模数转换后，所得数字信号送入单片机进行数据处理，最后将得出的结果发送到微型液晶显示器进行显示。 3 系统的硬件设计 系统的整体硬件原理图如图2所示。 图2 系统整体硬件原理图 3.1 电源稳压模块 对于任何系统能量供应是其运行的基本，由于外界外接电源会出现电源波动等因素，因此，本系统为单片机供电系统进行了稳压设计，系统采用了5V稳压芯片TPS7350进行稳压，这样单片机就能保证其供电系统的稳定性。其稳压模块原理图如图3所示。 图3 5V稳压原理图 3.2 湿度检测模块 3.2.1 湿度测量电路 HS1101电容传感器，实物图如图4所示，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测环境湿度的增大而增大。HS1101湿度电容器具有的电容值与环境湿度的响应曲线如5所示，从响应曲线图上我们可以看出，HSll01具有极好的线性输出，可以近似看成相对湿度值与电容值成比例。因此在测量过程中，采集电容值即可。涉及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时，常用两种方法:一是将HS1101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A/D转换为数字信号;另一种是将HS1101置于555