基于单片机的土壤湿度检测仪的硬件设计

文/钟卫连

1 整机原理框图

土壤湿度检测仪整体电路主要由STC89C52、HS1101 湿度采集模块的控制系统以及、LCD1602 的功能模块、指示灯按钮、电源部分等组成。系统框图如图1所示。

2 整体硬件电路设计

2.1 工作原理图

该检测的工作原理设计方法是以 52 单片机为基础，以 HS1101 湿敏芯片的传感器作为主要的监控和测量部分，通过555 定时器构成的多谐震荡器电路去进行接入和工作，更好的完成工作要求，另一方面可以测定输出频率，单片机的结构也要求频率与湿度的关系式计算过程中可以测量出准确的数值，并且在显示端把结果准确无误的显示出来。

2.2 单片机

本论文所设计的系统的核心采用的是STC89C52 单片机的工作原理。其设计和生产均在美国本土生产，生产公司为ATMEL 公司，其产品特性具有低功耗，高性能的特点， 内部组成由CMOS 8 位单片机组成，并且在机器内片含 可进行系统编程的高功效 Flash 只读程序存储器，并且器件采用最先进的 ATMEL 公司的技术，并且利用非易失性的存储技术去进行生产和实验，兼容性极强。

图1：土壤湿度检测仪系统框图

2.3 LCD1602液晶显示模块

该液晶显示模块，属于显示字母、数字、符号以及检测过程中需要的数据的一种点阵型液晶模块，因为其具有成本低、功能强大等、占用空间小等特点，而得到了广泛的应用。目前市面上常见的字符型液晶显示模块属于最常用的信息显示器件。因为它显示的行数多，信息量大，且安装简单，价格便宜，在实际使用中具有很高的性价比。

2.4 HS1101湿度测量电路模块

该测量电路模块是由Humirel 公司推出生产的一款电容式传感器。因为其相对湿度能够保持在 0%～100%RH 范围内而在实际应用过程中得到了广泛的采用；电容量误差值小；且响应时间小于 5s ； 在获得数据方面精度较高。HSll00 湿度传感器在本质上是一种基于电容原理的湿度传感器，而相对湿度的变化和电容值呈线性规律在测量数据上方便操作人员进行把握。而在自动测试系统中．就可以发现电容值能够灵敏的随着空气湿度的变化而变化，并最终将电容值的变化体现在电压或频率的变化上，便于有效采集数据。

2.5 报警电路模块

报警电路模块在应用中主要为了测定土壤湿度的高低，根据数据设定数值，而可以做到报警提醒，以免操作人员24小时不间断的时刻关注显示屏湿度的变化，极大的减轻了操作员的工作压力。在一些地区，操作过程中也有采用声光报警的情况,其工作原理即当测得湿度的数值不同而使红色发光二极管发不同的光。同时，蜂鸣器发出提示音。

2.6 按键电路模块

模块使用四个按键进行功能控制,可以根据用户的不同操作需求设定不同的湿度测量值的范围。例如：在选定界面里将 S1确定为确定键，S2 为下翻键，S3 上翻键。同时，设置界面还可以设置最低值和最高值。设置固定值，选定S1 为确定键，S2 为增加键，S3 为减少键，液晶屏幕在设定完成之后，可以按 S1 键退出设置界面。

2.7 时钟晶振电路和复位电路的设计

单片机是利用时钟信号来控制单片机片内各种微操作的时间基准调控的，其中时钟信号通常采用高低压的电流供给模式。而结构外接的晶体及电容 C2 和 C1 可以很好的构成并联谐振电路，方便稳定振荡频率以及快速起振，而结构内部复位电路的设计则采用简单的复位电路接法时钟晶振电路或者复位电路减少设备故障率。

3 结论

综上所述，本土壤湿度检测仪的设计主要任务是完成对土壤湿度的检测，内部结构包括硬件模块以及操作逻辑层面的软件模块，在最终理论上能采集 0%至 100%的湿度信号，并且准确测量出土壤的湿度。该设计是以52单片机为基础以及HS1101 湿敏芯片的传感器作为测量的器件，接入定时器构成的多谐震荡器电路中，对输出频率进行测量。便于解决因土壤湿度不适当问题，防止影响种植品正常生长问题。

参考文献

[1]刘斐.土壤含水率红外测量方法的研究[D].西北农林科技大学,2013.

[2]张玮,王东锋.基于AT89S51单片机的微型土壤湿度检测仪设计[J].机电产品开发与创新,2010,23(04):74-75+65.