土壤湿度检测及自动浇水系统设计
1 设计主要内容及要求
1.1 设计目的：
随着人们生活水平的提高花卉逐渐受到人们的青睐，本设计要求利用单片机设计一款家庭智能浇花器，实现自动浇花，节省人力，方便人们出差的时候不至于影响花卉的生长，如果在家也可以关断浇花器。
（1）了解土壤湿度检测的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。
（2）初步掌握常用土壤湿度检测传感器的特点和应用场合，并选择恰当方法应用于本设计。
1.2 基本要求
（1）通过c8051f020单片机编程来实现土壤湿度的实时显示，并具有超量程报警装置。
（2）要求设计相关传感器系统和控制系统实现自动浇水功能。
（3）要求设计相关的硬件电路，包括传感器的选型、控制系统和显示系统的硬件电路设计。
1.3 发挥部分
自由发挥
2 设计过程及论文的基本要求：
2.1 设计过程的基本要求
（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选；
（2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份；
（3）报告的电子档需全班统一存盘上交。
2.2 课程设计论文的基本要求
（1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于4000字。图纸为A4，所有插图不允许复印。
（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。
3 时间进度安排
一设计任务描述
1.1 设计题目：土壤湿度检测及自动浇水系统设计
1.2 设计要求
1.2.1 设计目的：
随着人们生活水平的提高花卉逐渐受到人们的青睐，本设计要求利用单片机设计一款家庭智能浇花器，实现自动浇花，节省人力，方便人们出差的时候不至于影响花卉的生长，如果在家也可以关断浇花器。
（1）了解土壤湿度检测的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。（2）初步掌握常用土壤湿度检测传感器的特点和应用场合，并选择恰当方法应用于本设计。
1.2.2 基本要求：
（1）通过C8051F020单片机编程来实现土壤湿度的实时显示，并具有超量程报警装置。
（2）要求设计相关传感器系统和控制系统实现自动浇水功能。
（3）要求设计相关的硬件电路，包括传感器的选型、控制系统和显示系统的硬件电路设计。
二设计思路
我所设计的土壤湿度检测及自动浇水系统主要由七部分组成。
第一部分：精密对称方波发生器。用于驱动湿敏电阻，因为直流电流通过湿敏电阻时会产生电化学迁移现象而损坏湿敏电阻，所以在这里我选择了具有稳幅作用的精密对称方波发生器作为信号源。
第二部分：湿敏电阻传感器。由于湿敏电阻是最常见，价格也最低廉的一种湿度传感器所以我选择了湿敏电阻作为本设计的核心传感器。我选择的是PCRC-55这款湿敏传感器。他是一种经过化学方法处理的聚苯乙烯聚合物。其电阻值（R）与相对湿度（RH）的曲线近似指数曲线，即电阻值随相对湿度的增大为减小。
第三部分：对数放大器。为解决湿敏电阻自身的非线性问题，我选择了由晶体管和运算放大器组成的对数放大电路来对湿敏电阻的指数型特性曲线进行线性化。
第四部分：相对湿度校准电路。利用湿度校准电路对40%RH、100%RH两点进行校准，再通过滤波器产生一个代表相对湿度的直流输出电压，输出电压范围是0~+10V，所对应的相对湿度变化范围是（0~100%）RH。
第五部分：断点放大器。由于湿敏电阻在RH≤40%时的非线性失真最为显著，我真对这一情况采用断点放大器再做一次局部的线性化处理，即再进行一次线性补偿。
第六部分：温度补偿电路。利用集成恒流源的正温度系数去补偿湿敏电阻的负温度系数，大大降低了温漂。当环境温度发生变化时，必然导致组成对数放大器的晶体管的直流工作点发生改变，而这也终究会影响到对数放大器的输出特性。因此我对组成对数放大器的晶体管采取一定的温度补偿措施，即用一片廉价的集成音频放大器对其补偿，以避免这种情况的发生。
第七部分：数据处理及自动浇水系统。利用单片机对湿敏电阻这一传感器所采集的代表土壤湿度的电压信号进行处理、分析，并对土壤湿度进行实时显示、超范围报警以及自动浇水。
对这以上就是我所设计的土壤湿度检测及自动浇水系统的设计思路。基于此设计思路设计的土壤湿度检测及自动浇水系统的相对湿度测量范围为0~100%,测量精度为±2%，分辨力可达0.01%。
三设计方框图
四设计原理
4.1 精密对称方波发生器
湿敏电阻只能用交流的，直流会导致湿敏失效，因为直流的电场会导致高分子材料中的带电粒子偏向两极，一定时间以后湿敏电阻就会失效。所以必须用交流维持其平衡，这也是为什么测湿敏电阻阻值要用电桥而不能用普通万用表的原因。
水分子是极性分子，在直流电厂中会分解为H2和O2,影响测量，并且在湿敏传感器中存在导电离子，在高湿情况下，如采用直流电会漂移造成电导率漂移，影像传感器的使用寿命。
综上所述：鉴于当直流电流通过湿敏电阻会产生电化学迁移现象而损坏湿敏电阻，因此必须采用交流信号或对称方波信号来驱动湿敏电阻。
这里选用具有稳幅作用的精密对称方波发生器作为信号源，其输出信号中不包含直流分量。
4.2 湿敏电阻传感器
湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。工业上流行的湿敏电阻主要有：半导体陶瓷湿敏电阻、氯化锂湿敏电阻、有机高分子膜湿敏电阻。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时元件的电阻率和电阻值都发生变化。
PCRC-55型湿敏电阻是用经过化学方法处理的聚苯乙烯聚合物制成的。其电阻值（R）与相对湿度（RH）的影响曲线如图4.2.1湿敏电阻特性曲线所示。该曲线近似为指数曲线。当湿度从20%变化到100%时，电阻值就从100MΩ迅速减小到35KΩ，电阻变化量超过了4个数量级。因此，构成相对湿度测量仪时必须进行线性化，才能获得线性输出电压。PCRC-55的温度系数为—0.36%RH/℃，精度为±1% 。
图4.2.1湿敏电阻特性曲线
4.3 对数放大器
为解决湿敏电阻的非线性问题，由晶体管和运算放大器构成对数放大器，对湿敏电阻的指数型特性曲线进行线性化。
4.4相对湿度校准电路
利用湿度校准电路对40%RH、100%RH两点进行校准，再通过滤波器产生一个代表相对湿度的直流输出电压，输出电压范围是0~+10V，所对应的相对湿度变化范围是（0~100%）RH。
4.5断点放大器
所谓“断点”就是指40%RH这一点，由图4.2.1湿敏电阻特性曲线可见，PCRC-55型湿敏电阻在RH≤40%时的非线性失真最为显著，针对这种情况可通过断点放大器再做一次局部线性化处理。
4.6温度补偿电路
4.6.1 湿敏电阻的温度补偿
由于湿敏电阻具有负温度系数，因此要对其负温度系数进行一定的温度补偿，这里我采用集成恒流源的正温度系数去补偿湿敏电阻的负温度系数。
4.6.2 对数放大电路中晶体管的温度补偿
当环境温度发生变化时，必然导致组成对数放大器的晶体管的直流工作点也发生变化，而这也终究会影响到对数放大器的输出特性。因此要对组成对数放大器的晶体管采取一定的温度补偿措施，即用一片廉价的集成音频放大器对其进行补偿。
4.7数据处理及自动浇水系统
利用单片机对湿敏电阻这一传感器所采集的代表土壤湿度的电压信号进行处理、分析，并对土壤湿度进行实时显示、超范围报警及自动浇水
五电路设计
5.1 精密对称方波发生器
5.1.1 电路图
电路图如图5.1.1精密对称方波发生器所示。
图5.1.1精密对称方波发生器
5.1.2 原理
精密对称方波发生器由集成运放IC-1a（LF347）、三端可调电流源IC2（LM334）、和二极管桥路（VD1~VD4）组成。利用二极管桥路和电阻R2、R3构成的正反馈电路使IC-1a 产生振荡。该方波发生器具有对称输出、限流和稳幅的特性。
R1为设定电阻（R SET），取R1=15Ω时可将LM334的输出电流限定在5mA左右。利用二极管桥路的正、反向钳位作用，能把输出方波电压U01的幅度限制在±8V。谐振频率约为100HZ。
随着振荡电容C1不断的进行充、放电，在U01端便形成了以零伏为对称轴的方波信号，其直流分量为零。R2、R3组成分压器，用于设定IC1的阈值电压（即门限电压），进而控制IC-1a的翻转状态。
对称方波发生器输出的U01信号通过缓冲器（IC-1b）驱动湿敏电阻。
5.2 湿敏电阻传感器
5.2.1 电路图
电路图如图5.2.1湿敏电阻传感器所示。
图5.2.1湿敏电阻传感器
5.2.2 原理
PCRC-55型湿敏电阻是用经过化学方法处理的聚苯乙烯聚合物制成的。其电阻值（R）与相对湿度（RH）的影响曲线如图5.2.2湿敏电阻特性曲线所示。当相对湿度从20%变化到100%时，电阻值就从100MΩ迅速减小到35KΩ电阻变化量超过4个数量级。
图5.2.2湿敏电阻特性曲线
在方波信号的正半周期，VD5截止，在负半周期，VD5导通。
5.3 对数放大器
5.3.1 电路图
电路图如图5.3.1对数放大器所示。
图5.3.1对数放大器
5.3.2 原理
对数放大器由晶体管VT1和运放IC-1c构成。
将VT1的基极接地、集电极接A点（虚地）时，相当于把集电极与基极短接，VT1就等效于硅二极管。
此对数放大器用来补偿湿敏电阻的指数曲线，使之近似于线性关系。实现对湿敏电阻的线性化。
在方波信号的正周期，IC-1c作为反相放大器使用，输出的是负向方波信号，在负半周期，对数放大器不工作。因此对数放大器兼有半波整流作用。
5.4 相对湿度校准电路
5.4.1 电路图
电路图如图5.4.1相对湿度校准电路所示。
图5.4.1相对湿度校准电路
5.4.2 原理
相对湿度校准电路由IC-1d和电位器RP1、RP2组成。RP1用以校准40%RH的刻度，RP2用来校准100%RH的刻度。
5.5 断点放大器
5.5.1 电路图
电路图如图5.5.1断点放大器电路所示。
图5.5.1断点放大器电路
5.5.2 原理
所谓“断点”就是指40%RH这一点。PCRC-55型湿敏电阻在RH≤40%时的非线性失真最为显著，针对这种情况断点放大器再做一次局部的线性化处理。
断电放大器（IC-3b）就并联在输出放大器（IC-3a）的两端。当RH≤40%时，利用IC-3b 可以改变IC-3a的增益，使相对湿度特性曲线在0~40%范围内更接近于线性。
当RH＞40%时，IC-3b输出低电平，故VT4、VD6截止，断电放大器不工作，对（40%~100%）相对湿度的线性化任务全部由对数放大器来完成。仅当RH=40%时，IC-3b 的输出变成高电平，使VT4、VD6导通，断电放大器才开始工作，可使0~40%相对湿度范围内的输出电压与相对湿度仍保持线性关系。
电路中R13和VD6的作用是防止在断点附近产生抖动现象。
5.6 温度补偿电路
5.6.1 电路图
电路图如图5.6.1温度补偿电路所示。
图5.6.1温度补偿电路
5.6.2 原理
湿敏电阻的温度补偿
利用LM334的正温度系数（+0.33%/℃）去补偿湿敏电阻的负温度系数（-0.36%/℃），实际温度系数仅为-0.03%/℃，它与传感器的±1%精度指标相比完全可以忽略。LM334的安装位置应尽量靠近湿敏电阻。
LM334即可构成恒流源，还可作为电压灵敏度为227μV/K的温度传感器使用，这里仅利用其恒流特性，从而大大提高了方波幅度的稳定性。
对数放大电路中晶体管的温度补偿
当环境温度发生变化时，必然导致组成对数放大器的晶体管VT1的直流工作点也发生变化，而这也终究会影响到对数放大器的输出特性。因此要对VT1采取一定的温度补偿措施。
温度补偿电路实际上是由IC4~IC6和VT2、VT3等组成的小型恒温槽是控制器，并且需将VT2、VT3与VT1紧贴在一起。将VT2的集电极短接，利用其发射结作为温度传感器使用。IC5是温控电路。VT3作为加热器，给VT1提供一个+50℃（典型值）的工作温度，使之不受外界环境温度变化的影响。IC6（7812）给IC5提供+12V稳定电压。IC5的参考电压U3=+0.63V，该电压所对应的VT1管壳温度恰好为+50℃。一旦VT1始终工作在+50℃恒温状态，从而消除了环境温度变化对VT1工作点的影响。VD Z为3V稳压管。
5.7 数据处理及自动浇水系统
5.7.1单片机外围电路
电源电路
在电源电路中，IC8 SPX1117-3.3是稳压芯片将输入电压5V转换成 3.3V作为C8051F020单片机的主要供电电源。S1为输入电源开关按钮，在下载完数据后可用此按键来更新下载数据。其电路图如图5.7.1电源电路所示。
图5.7.1电源电路
复位电路
当开发板上电时，C4经充电后复位端电压相当于低电平实现上电复位：当断电后通过1N4148形成放电回路。其电路图如图5.7.2复位电路所示。
图5.7.2复位电路
液晶显示（LCD）接口电路
单片机留有一个LCD液晶接口，相对应的液晶为MzL05-12864，它是一款仅写入的串行SPI接口方式的液晶，给液晶仅需5个控制口即可完成对其控制。单片机使用模拟SPI 的方式对液晶进行操作。其电路图如图5.7.3液晶接口电路所示。
图5.7.3液晶接口电路
晶振电路
Y1为晶体振荡器，其振荡频率为22.11842MHZ，为单片机提供其工作所需要的时钟，C7、C8起到帮助晶振的作用。电路图如图5.7.4晶振电路所示。
图5.7.4晶振电路
报警(LED)电路
LED以灌电流的方式点亮，阻流电阻选择了10K。电路图如图5.7.5报警电路所示。
图5.7.5报警电路
5.7.2模块
单片机程序设计主要有五部分组成。
第一部分：采集表示湿度的电压信号。
第二部分：十六进制至BCD的转换。
第三部分：液晶显示（湿度）
第四部分：报警（湿度过高，超量程）
第五部分：自动浇水（湿度过低，需要浇水）5.7.3 程序
采集表示湿度的电压信号程序
MOV 30H,ADC0H
MOV 31H,ADC0L
十六进制数至BCD的转换程序
BCD: CLR A
MOV 41H,A
MOV 40H,A
MOV 39H,A
MOV 38H,A
MOV 37H,A
MOV R5,#16
H2B: CLR C
MOV A,31H
RLC A
MOV 31H,A
MOV A,30H
RLC A
MOV 30H,A
MOV A,41H
ADDC A,41H
DA A
MOV 41H,A
MOV A,40H
ADDC A,40H
DA A
MOV 40H,A
MOV A,39H
ADDC A,39H
MOV 39H,A
DJNZ R5,H2B
MOV A,41H
MOV B,#16
DIV AB
MOV 38H,A
MOV 37H,B
MOV A,39H
MOV 41H,A
MOV A,40H
MOV B,#16
DIV AB
MOV 40H,A
MOV 39H,B
RET
液晶显示（湿度）程序
SYSCLK_Init: MOV OSCICN,#05H //系统时钟初始化为片内的4MHz时钟RET
PORT_Init: CLR A //清零累加器
MOV XBR0,A //没有选择数字外设
MOV P74OUT,#0F0H //P4~P7口设为推拉方式
RET
LCD_Init: LCALL Delay //调用延时程序
MOV P7,#038H //功能设置：两行显示，5×7点阵
MOV P6,#01H //写命令
MOV P6,#0H //结束写命令
LCALL Delay //调用延时程序
MOV P7 ,#0EH //开显示，开光标，字符不闪烁
MOV P6,#01H //写命令
MOV P6,#0H //结束写命令
LCALL Delay //调用延时程序
MOV P7,#06H //I/D=1，AC自动增1；S=0，整体显示不移动
MOV P6,01H //写命令
MOV P6,#0H //结束写命令
LCALL Delay //调用延时程序
MOV P7,#01H //清除DDRAM，置AC=0
MOV P6,#01H //写命令
MOV P6,#0H //结束写命令
LCALL Delay //调用延时程序
RET
Line: CLR A //累加器清零
MOV A,40H //十位的数送累加器
MOVC A,@A+DPTR //查表，取ASCII码字符
MOV P7,A //字符送数据口P7
MOV P6,#05H //写数据操作
MOV P6,#04H //结束写操作
LCALL Delay //调用延时程序
CLR C //进位位清零
MOV A,40H //十位数送累加器
LCALL DELAY //调用延时程序
LCALL DELAY //调用延时程序
LCALL DELAY //调用延时程序
LCALL DELAY //调用延时程序
NN: MOV A,39H //个位的数送累加器MOVC A,@A+DPTR //查表，取ASCII码字符MOV P7,A //字符送数据口P7
MOV P6,#05H //写数据操作
MOV P6,#04H //结束写操作
LCALL Delay //调用延时程序
MOV A,#0AH //显示小数点
MOVC A,@A+DPTR //查表，取ASCII码字符MOV P7,A //字符送数据口P7
MOV P6,#05H //写数据操作
MOV P6,#04H //结束写操作
LCALL Delay //调用延时程序
MOV A,38H //十分位的数送累加器
MOVC A,@A+DPTR //查表，取ASCII码字符MOV P7,A //字符送数据口P7
MOV P6,#05H //写数据操作
MOV P6,#04H //结束写操作
LCALL Delay //调用延时程序
LCALL Delay //调用延时程序
MOV A,37H //百分位的数送累加器MOVC A,@A+DPTR //查表，取ASCII码字符MOV P7,A //字符送数据口P7
MOV P6,#05H //写数据操作
MOV P6,#04H //结束写操作
LCALL Delay //调用延时程序
LCALL Delay //调用延时程序
MOV A,#0BH //显示空格
MOVC A,@A+DPTR //查表，取ASCII码字符MOV P7,A //字符送数据口P7
MOV P6,#05H //写数据操作
MOV P6,#04H //结束写操作
LCALL Delay //调用延时程序
LCALL Delay //调用延时程序
MOV A,#0DH //显示“S”
MOVC A,@A+DPTR //查表，取ASCII码字符MOV P7,A //字符送数据口P7
MOV P6,#05H //写数据操作
MOV P6,#04H //结束写操作
LCALL Delay //调用延时程序
LCALL Delay //调用延时程序
RET
NCDdata: DB 30H,31H,32H,33H,34H,35H,36H,37H,38H,39H,2EH,20H,63H,53H //ASCII码表
报警（湿度过高，超量程）程序
MM: MOV A,40H //十位的数送累加器
CLR C //进位位清零
SUBB A,#03H //十位的数与3比较（判断是否大于30）
JC NN //进位位为1时跳（小于30时跳到NN,大于30时顺序执行）MOV A,#0FDH //第二盏灯亮
MOV P0,A //第二盏灯已亮（湿度已超量程、报警）
自动浇水（湿度过低，需要浇水）程序
SUBB A,#02H //十位的数与2比较（判断是否小于20）
JNC MM //进位位为0时跳（大于20时跳到MM,小于20时顺序执行）MOV A,#0FEH //第一盏灯亮
MOV P0,A //第一盏灯已亮（浇水）
六 工作过程分析
6.1 精密对称方波发生器工作过程分析
利用二极管桥路和电阻R2、R3构成的正反馈电路使IC-1a 产生振荡。该方波发生器具有对称输出、限流和稳幅的特性。
R1为设定电阻（R SET ），取R1=15Ω时可将LM334的输出电流限定在5mA 左右。利用二极管桥路的正、反向钳位作用，能把输出方波电压U01的幅度限制在±8V 。谐振频率约为100HZ 。
随着振荡电容C1不断的进行充、放电，在U01端便形成了以零伏为对称轴的方波信号，其直流分量为零。R2、R3组成分压器，用于设定IC1的阈值电压（即门限电压），进而控制IC-1a 的翻转状态。
对称方波发生器输出的U01信号通过缓冲器（IC-1b ）驱动湿敏电阻。
6.2 湿敏电阻传感器工作过程分析
PCRC-55型湿敏电阻是用经过化学方法处理的聚苯乙烯聚合物制成的。当相对湿度从20%变化到100%时，电阻值就从100M Ω迅速减小到35K Ω电阻变化量超过4个数量级。
对称方波发生器输出的U01信号通过缓冲器（IC-1b ）驱动湿敏电阻，再接至对数放大器IC-1c 的反相输入端A 。A 点亦称求和点或虚地点，该点的电位可是为0V 。设湿敏电阻R 上的电流为I RH ，很容易求出
R
U I RH 01
=…………（6.2.1）
在方波信号的正半周期，VD5截止，在负半周期，VD5导通。
6.3 对数放大器工作过程分析
将VT1的基极接地、集电极接A 点（虚地）时，相当于把集电极与基极短接，VT1就等效于硅二极管。VT1的发射极电压（U BE ）与集电极电流（I C ）呈对数关系，其表达式为
S
C
BE I I q kT U ln ?=
…………（6.3.1） 式中k 为玻尔兹曼常数K qV k /1063.85-?=，q 为电子电量（C q 191060219.1-?=），T 为热力学温度（K ），I S 为晶体管反向饱和电流。根据这一特性可设计成对数放大器用来补偿湿
敏电阻的指数曲线，使之近似于线性关系。利用电路实现线性化的原理如下
湿敏电阻的电阻值相对湿度的关系式可近似表示为
RH Ae R -=…………（6.3.2）
式中A 为一变量，RH 代表相对湿度（单位是%）。令VT1发射极输出电压为U02，显然，U02=U BE 。考虑到I C =I RH 与式（6.2.1）和式（6.3.2）一并代入式（6.3.1）中化简后得到
RH R U q kT U U BE ?????
?
??==0102ln …………（6.3.3）
温湿度监控系统 目录 行业需求 系统概况 行业需求 系统概况 展开 随着科技的飞速发展和普及，高性能设备越来越多，各行各业对温湿度的要求也越来越高。传统的温湿度监测模式是以人为基础，依靠人工轮流值班，人工巡回查看等方式来测量和记录环境状况信息。 温湿度采集系统 在这种模式下，不仅效率低下不利于人才资源的充分利用，而且缺乏科学性，许多重大事故都是由人为因素造成的，人工维护缺乏完整的管理系统。 石家庄恒必达科技基于这种对温湿度测控的需求而设计开发了温湿度监控系统。 环境温湿度的监控包括以下步骤：感应环境温湿度；判断感应到的温湿度是否异常；若感应到的温湿度异常，判断异常是否超过预设时间；若异常超过预设时间，则输出异常信号至主控机；异常报警；判断异常是否处理完毕；以及若异常处理完毕，解除报警。并可以利用控制器和主控机来达到机房温湿度的远程控制，从而实现环境温湿度管理的实时性和有效性。 编辑本段 行业需求
食品行业：温湿度对于食品储存来说至关重要，温湿度的变化会带来食物变质，引发食品安全问题。 档案管理：纸制品对于温湿度极为敏感，不当的保存会严重降低档案保存年限。 温室大棚：植物的生长对于温湿度要求极为严格，不当的温湿度下，植物会停止生长、甚至死亡。 动物养殖：各种动物在不同的温度下会表现出不同的生长状态，高质高产的目标要依靠适宜的环境来保障。 药品储存：根据国家相关要求，药品保存必须按照相应的温湿度进行控制。 石家庄恒必达科技有限公司设计开发的HBD-300温湿度监控系统： 系统功能 1、如实采集和记录各空间温度/温湿度情况。 2、所有的温度/温湿度数据采集和记录到一台主机计算机上，数据可以按照使用人员的要求定时自动记录并长期保存。 3、授权用户可查询历史数据，进行数据分析、打印等操作。 4、在出现异常数据的时候，可进行多种方式的报警，如：电脑图文报警、声光报警、短信报警等。 5、使用网络版软件，局域网内的远程计算机在经过授权后，可以共享温湿度数据。 6、可连接控制模块，在温湿度超出设定值后报警同时自动启动控制模块来进行降温除湿等工作。 系统组成 系统由温湿度传感器、数据通讯转换部分、上位机管理软件和控制模块（可选）组成。 1、温湿度传感器：负责检测并采集各控制点温湿度数据。 2、数据通讯转换器：负责温湿度数据采集数据的信号转换。 3、软件部分：软件部分负责对所有数据进行读取分析，并执行各项管理功能。 4、控制部分：执行远程控制指令。 系统特点
土壤湿度检测及自动浇水系统设计 1 设计主要内容及要求 1.1 设计目的： 随着人们生活水平的提高花卉逐渐受到人们的青睐，本设计要求利用单片机设计一款家庭智能浇花器，实现自动浇花，节省人力，方便人们出差的时候不至于影响花卉的生长，如果在家也可以关断浇花器。 （1）了解土壤湿度检测的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。 （2）初步掌握常用土壤湿度检测传感器的特点和应用场合，并选择恰当方法应用于本设计。 1.2 基本要求 （1）通过c8051f020单片机编程来实现土壤湿度的实时显示，并具有超量程报警装置。 （2）要求设计相关传感器系统和控制系统实现自动浇水功能。 （3）要求设计相关的硬件电路，包括传感器的选型、控制系统和显示系统的硬件电路设计。 1.3 发挥部分 自由发挥 2 设计过程及论文的基本要求： 2.1 设计过程的基本要求 （1）基本部分必须完成，发挥部分可任选； （2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份； （3）报告的电子档需全班统一存盘上交。 2.2 课程设计论文的基本要求 （1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于4000字。图纸为A4，所有插图不允许复印。 （2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。 3 时间进度安排
一设计任务描述 1.1 设计题目：土壤湿度检测及自动浇水系统设计 1.2 设计要求 1.2.1 设计目的： 随着人们生活水平的提高花卉逐渐受到人们的青睐，本设计要求利用单片机设计一款家庭智能浇花器，实现自动浇花，节省人力，方便人们出差的时候不至于影响花卉的生长，如果在家也可以关断浇花器。 （1）了解土壤湿度检测的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。（2）初步掌握常用土壤湿度检测传感器的特点和应用场合，并选择恰当方法应用于本设计。 1.2.2 基本要求： （1）通过C8051F020单片机编程来实现土壤湿度的实时显示，并具有超量程报警装置。 （2）要求设计相关传感器系统和控制系统实现自动浇水功能。 （3）要求设计相关的硬件电路，包括传感器的选型、控制系统和显示系统的硬件电路设计。
土壤温湿度监控系统 一、系统特点： 1．智能型传感器，无需复杂的接线、编程及标定等过程。 2．可接最多15个传感器。可测：空气温、湿度，降雨量，大气压力，光合有效辐射，太阳总辐射，土壤湿度，叶片湿度，风向，风速等参数。 3．系统耗电量很低，采用4节AA碱性电池或锂电（耐高温和严寒）供电4．数据采集器15个通道，采用总线式结构，自动检测传感器。 5．数据采集器内存512KB，可存储500000个数据。 6．RS232标准数据接口。 7．灵活的安装方式以消除传感器间相互干扰。 8．传感器符合WMO或AASC标准。 9．系统用途广泛，适合进行小气候的监测，系统支架可选2米或3米。 二：组成 1.数据采集器：4/15通道 2.HOBOWare pro软件 3.温度传感器 4.土壤水分传感器 5.附件 三、基本技术指标： 数据采集器 1.①H21数据采集器特点： H21-001数据采集器15个通道，标配10个传感器接口，可扩展到15个 H21-002数据采集 器 4个通道，4个传感器接口 24节AA电池可供数据采集器工作1年时间 2512K EEPROM内存存储数据，断电数据不丢失2数据采集器工作状态可通过指示灯查看 2电池电量低和存储空间低警报指示 2数据可远程通讯（需购买远程通讯附件） ②H21数据采集器技术指标： 工作温度-20°到+50°C 存储容 量 512K 数据通 道 15个/4个 电池寿命取决于采集间隔重量约0.9kg 通讯端 口 RS232接口 数据下载速率50万个数据下载 需要2分30秒 外壳材 质 防雨塑胶外 壳 测量间 隔 1秒到18个小时， 可选 尺寸18cm323cm310cm 时间精 度 0-2秒第一个数据节点；每周±5秒 （+25°C）
在农作物的生长过程中，影响农作物生长的因素有很多，其中两个基本的要素就是土壤水分和土壤温度。大家可能都听过这句话：“万物的生长都离不开水”，可见，水分的重要性是十分明显的，那么在农作物中也一样，作物的健康生长也需要的一定的水分，并且在需要水分的同时也需要保持合适的温度。在过去因为受科学技术水平的限制，农业种植者无法准确获取田间土壤水分、土壤温度的详细信息，农业种植基本上是靠多年的经验，而在物联网技术不断发展的今天，农业种植者可以通过土壤温湿度测定仪这样专业的仪器来实现对土壤温度和土壤水分的监测记录，进而合理的指导农业种植生产。 TZS-2X-G型土壤温湿度测定仪可检测记录土壤温度和土壤水分2个参数，测量精度高，存储容量大，体积小巧，便于携带。可用于农田、水利、森林、草坪、公路、铁路养护等的长期监测，可连续监测土壤的水分温度，性能稳定，可靠性高，免维护。并且土壤温湿度测定仪可脱离开计算机独立工作，上位机软件功能强大，数据查看方便，随时可以将记录数据导出到计算机中，并可以存储为EXCE表格文件，生成数据曲线，以供其它分析软件进一步进行数据处理，连接计算机可以打印存储数据。 总的来说，不管是从土壤温湿度测定仪产品的自身来说，还是其应用的意义来说，该仪器在农业种植生产中的应用是非常有必要的。尤其最近是春耕备耕的时节，利用土壤温湿度测定仪则可以帮助农业种植者及时掌握土壤水分及温度的实时数据及变化情况，进而为春耕春播提供可靠决策依据。据了解，土壤温湿度测定仪可以广泛应用于农业、林业、地质、农田、水利、森林、草坪、公路、铁路养护等测等方面的测量及研究。 浙江托普云农科技股份有限公司是一家服务于农的国家高新技术企业，致力于用科技改变传统农业，在农业仪器设备领域，托普云农利用物联网、人工智能等数字技术精研了一批有用好用易用的数字化工具，可为农业发展注入全新活力。
土壤湿度的测定方法 国内外有很多土壤水分测定方法。具体方法列举如下：称重法，时域反射法（TDR），石膏法，红外遥感法，频域反射法/频域法(FDR/FD法)，滴定法，电容法，电阻法，微波法，中子法， Karl Fischer法，γ射线法和核磁共振法等。 ①烘干法 烘干法是测定土壤水分最普遍的方法，也是标准方法。具体为：从野外获取一定量的土壤，然后放到105℃的烘箱中，等待烘干。其中烘干的标准为前后两次称重恒定不变。烘干后失去的水分即为土壤的水分含量。计算公式为土壤含水量=W/M*100%，M为烘干前的土壤重量，W为土壤水分的重量，即M与烘干后土壤重量M’的差值。称重法缺点是费时费力（需8小时以上），还需要干燥箱及电源，不适合野外作业。如果采用酒精燃烧法，由于需要翻炒多次，极为不便，不适合用于细粒土壤和含有有机物的土壤，且容易掉落土粒或燃烧不均匀而带来较大误差，而且需要取土测量，对土壤有破坏性。 ②TDR（Time Domain Reflectometry）法 TDR法是上世纪80年代发展起来的一种土壤水分测定方法，中文为时域反射仪。这种方法在国外应用相当普遍，国内才刚开始引进，当各部门都相当重视。TDR是一个类似于雷达系统的系统，有较强的独立性，其结果与土壤类型、密度、温度基本无关。而且还有很重要的一点就是，TDR能在结冰下测定土壤水分，这是其他
方法无法比拟的。另外，TDR能同时监测土壤水盐含量，且前后两次测量的结果几乎没有差别。这种测定方法的精确度可见一斑。 ③欧速土壤水分传感器直接测量法 因为TDR法设备昂贵，我公司开始用比TDR更为简单的方法来测量土壤的介电常数，而且测量时间更短，在经过特定的土壤校准之后，测量精度高，而且探头的形状不受限制，可以多深度同时测量，数据采集实现较容易。
目录1 绪论1 1.1选题背景及意义错误!未定义书签。 1.2设计任务与要求错误!未定义书签。 2 总体方案设计3 3单元模块设计5 3.1各单元模块功能介绍及电路设计5 3.1.1时钟模块简介5 3.1.2 复位模块简介6 3.1.3报警模块简介6 3.1.4显示模块简介7 3.2特殊器件的介绍8 3.3.1 土壤湿度传感器简介8 3.3.2 51系列单片机简介9 3.3.3LCD1602简介9 3.3.4 蜂鸣器简介13 3.3各单元模块的联接13 4软件设计18 4.1软件设计原理18 4.2软件设计所用工具20 4.3系统软件流程框图20
5系统调试21 5.1 硬件调试21 5.2 软件调试22 6系统功能及结论23 6.1系统功能功能实现情况错误!未定义书签。 6.2设计中遇到的问题及解决23 6.3后期展望错误!未定义书签。 7总结与体会错误!未定义书签。 8参考文献20 附录1：相关设计图21 附录2：元器件清单表30 附录3：相关设计软件32
1 绪论 1.1选题背景及意义 在中国广大面积的农村，没有发达的工商业，有的只是大量闲置的田地。如果利用这些闲置的田地，种植美丽的花卉、树苗，能给当地带来一笔可观的收入。而这些花卉及树苗的种植对土壤湿度有着极高的要求。在植物的成长过程中，土壤的湿度起着一个很重要的作用，并且不同的植物，对土壤的湿度需不同的。土壤湿度可以直接影响营养物质的吸收和植物的生长发育，同时还影响土壤中各种养分的有效性。当土壤湿度不适当时，不仅严重影响其正常生长，甚至会导致种植品死亡，造成种植户的严重经济损失。为此，从事该类农业生产的种植户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。 土壤湿度是作物生长发育的基本条件和作物产量预报的重要参数。同时,它也是水文学、气象学等科学研究领域的重要环境因子和过程参数,获取土壤湿度信息以制定人工干预调节措施是稳固生产的重要保证, 对于土壤湿度的研究也具有重要意义。实时、有效地监测土壤墒情显得尤为重要。 1.2国外发展状况 目前，在低温条件下(通常指100℃以下)，湿度的测量已经相对成熟。利用新型单总线式数字湿度传感器实现对湿度的测试与控制得到更快的开发。但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、学习、生活提供更好的更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，设计一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪，使一切向着数字化，智能化控制方向发展。 湿度测量被广泛的应用于农业研究、食品、医药、化工、气象、环保、电子、实验室等众多领域。目前，随着工业控制自动化进程的加快，它的运用越来越普遍，并且在不断的延伸。在日常的生产生活中，经常需要检测环境中的湿度，而运用到工农业生产领域则要求更为严格。随着科技的发展，环境监测在农业领域的应用越来越广泛，例如要确定某些幼苗的生长特性与温度、湿度有什么样的关系等。这些都需要利用温湿度的
土壤含水量测量方法 ( 1 )称重法(Gravimetric) 也称烘干法，这是唯一可以直接测量土壤水分方法，也是目前国际上的标准方法。用土钻采取土样，用0.1g 精度的天平称取土样的重量，记作土样的湿重 M，在 105℃的烘箱内将土样烘 6~8 小时至恒重，然后测定烘干土样，记作土样的干重 Ms 土壤含水量=(烘干前铝盒及土样质量-烘干后铝盒及土样质 量)/(烘干后铝盒及土样质量-烘干空铝盒质量)*100% ( 2 )张力计法(Tensiometer) 也称负压计法，它测量的是土壤水吸力测量原理如下：当陶土头插入被测土壤后，管内自由水通过多孔陶土壁与土壤水接触，经过交换后达到水势平衡，此时，从张力计读到的数值就是土壤水(陶土头处)的吸力值，也即为忽略重力势后的基质势的值，然后根据土壤含水率与基质势之间的关系(土壤水特征曲线)就可以确定出土壤的含水率 ( 3 ) 电阻法(Electricalresistance) 多孔介质的导电能力是同它的含水量以及介电常数有关的，如果忽略含盐的影响，水分含量和其电阻间是有确定关系的电阻法是将两个电极埋入土壤中，然后测出两个电极之间的电阻。但是在这种情况下，电极与土壤的接触电阻有可能比土壤的电阻大得多。因此采用将电极嵌入多孔渗水介质(石膏、尼龙、玻璃纤维等)中形成电阻块以解决这个问题 ( 4 ) 中子法(Neutronscattering) 中子法就是用中子仪测定土壤含水率中子仪的组成主要包括：一个快中子源，一个慢中子检测器，监测土壤散射的慢中子通量的计数器及屏蔽匣，测试用硬管等。快中子源在土壤中不断地放射出穿透力很强的快中子，当它和氢原子核碰撞时，损失能量最大，转化为慢中子(热中子)，热中子在介质中扩散的同时被介质吸收，所以在探头周围，很快的形成了持常密度的慢中子云
目录 1 绪论 (1) 1.1选题背景及意义 .................................... 错误!未定义书签。 1.2设计任务与要求 .................................... 错误!未定义书签。 2 总体方案设计 (3) 3单元模块设计 (5) 3.1各单元模块功能介绍及电路设计 (5) 3.1.1时钟模块简介 (5) 3.1.2 复位模块简介 (6) 3.1.3 报警模块简介 (6) 3.1.4 显示模块简介 (7) 3.2特殊器件的介绍 (8) 3.3.1 土壤湿度传感器简介 (8) 3.3.2 51系列单片机简介 (9) 3.3.3 LCD1602简介 (9) 3.3.4 蜂鸣器简介 (13) 3.3各单元模块的联接 (13) 4软件设计 (14) 4.1软件设计原理 (14) 4.2软件设计所用工具 (15) 4.3系统软件流程框图 (15) 5系统调试 (16) 5.1 硬件调试 (16) 5.2 软件调试 (16) 6系统功能及结论 (17) 6.1系统功能功能实现情况 .............................. 错误!未定义书签。 6.2设计中遇到的问题及解决 (17) 6.3后期展望 .......................................... 错误!未定义书签。7总结与体会 ............................................. 错误!未定义书签。8参考文献 . (20) 附录1：相关设计图 (21) 附录2：元器件清单表 (23) 附录3：相关设计软件 (24)
DH11数字温湿度测量系统设计 1.1.1项目背景介绍 随着单片机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，本文参考了一种基于单片机并采用数字化单总线技术的温度测控系统应用于仓库车间的的设计方案，根据实用者提出的问题进行了改进，提出了一种新的设计方案,在单总线上传输数字信号。即采用DHT11温湿度传感器解决传输模拟量误差大的问题，以及采用高技术的无线收发模块来代替之前大量的电缆，具有更好的经济与实用价值。 1.1.1功能要求 采用8051单片机和DHT11传感器设计一个数字温-湿度测量系统，温湿度测量范围为-20~100℃相对湿度测量范围为0~100%，采用LED数码管显示器，同时二极管作为工作正常指示灯和出错指示灯。 1.1.2 硬件电路设计 图1.1温湿度检测原理示意图 DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的
最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。 技术参数 供电电压： 3.3~5.5V DC 输出：单总线数字信号 测量范围：湿度20-90%RH，温度0~50℃ 测量精度：湿度+-5%RH，温度+-2℃ 分辨率：湿度1%RH，温度1℃ 互换性：可完全互换， 长期稳定性：<±1%RH/年 图1.2DH11通讯过程 图1.3部分硬件
土壤含水量的测定（烘干法） 进行土壤水分含量的测定有两个目的：一是为了解田间土壤的实际含水状况，以便及时进行灌溉、保墒或排水，以保证作物的正常生长；或联系作物长相、长势及耕栽培措施，总结丰产的水肥条件；或联系苗情症状，为诊断提供依据。二是风干土样水分的测定，为各项分析结果计算的基础。前一种田间土壤的实际含水量测定，目前测定的方法很多，所用仪器也不同，在土壤物理分析中有详细介绍，这里指的是风干土样水分的测定。 风干土中水分含量受大气中相对湿度的影响。它不是土壤的一种固定成分，在计算土壤各种成分时不包括水分。因此，一般不用风干土作为计算的基础，而用烘干土作为计算的基础。分析时一般都用风干土，计算时就必须根据水分含量换算成烘干土。 测定时把土样放在105～110℃的烘箱中烘至恒重，则失去的质量为水分质量，即可计算土壤水分百分数。在此温度下土壤吸着水被蒸发，而结构水不致破坏，土壤有机质也不致分解。下面引用国家标准《土壤水分测定法》。 2.3.1适用范围 本标准用于测定除石膏性土壤和有机土（含有机质20%以上的土壤）以外的各类土壤的水分含量。 2.3.2方法原理 土壤样品在105±2℃烘至恒重时的失重，即为土壤样品所含水分的质量。 2.3.3仪器设备 ①土钻；②土壤筛：孔径1mm；③铝盒：小型直径约40mm，高约20mm；大型直径约55mm，高约28mm；④分析天平：感量为0.001g和0.01g；⑤小型电热恒温烘箱；⑥干燥器：内盛变色硅胶或无水氯化钙。 2.3.4试样的选取和制备 2.3.4.1风干土样选取有代表性的风干土壤样品，压碎，通过1mm筛，混合均匀后备用。 2.3.4.2新鲜土样在田间用土钻取有代表性的新鲜土样，刮去土钻中的上部浮土，将土钻中部所需深度处的土壤约20g，捏碎后迅速装入已知准确质量的大型铝盒内，盖紧，装入木箱或其他容器，带回室内，将铝盒外表擦拭干净，立即称重，尽早测定水分。 2.3.5测定步骤 2.3.5.1风干土样水分的测定将铝盒在105℃恒温箱中烘烤约2h，移入干燥器内冷却至室温，称重，准确到至0.001g。用角勺将风干土样拌匀，舀取约5g，
2011-2012德州仪器C2000及MCU创新设计大赛 项目报告 题目：基于MSP430luanchpad的蔬菜基地分布式无线低功耗温湿度监测系统学校：成都信息工程学院_ 组别：本科组 应用类别：低功耗应用类 平台：MSP430 luanchpad 题目：基于MSP430 launchpad的蔬菜基地分布式无线低功耗温湿度监测系统摘要（中英文） 本项目采用msp430g2231,作为核心处理芯片，由传感器采集模块、无线通信模块、报警模块和上位机构成；利用了两块msp430 launchpad通过dht11温湿度传感器同时对温湿度进行采集，一个作为主机，一个作为从机，从机与主机之间利用无线通信模块进行无线通信，通信距离达20米以上；主机直接与电脑进行通信将温湿度数据传输给电脑，同时可以设定温湿度的上限值，进行电脑报警，可以通过放特定的歌曲也可以通过录音来进行主机从机区别报警，这样就可以首先可以从听觉上感知温湿度的变化，如果想知道温湿度的具体值，可以直接通过上位机查看具体的温湿度的值，这样就实现了大棚蔬菜的温湿度实时监测，大大的提高了大范围种植效率。
The msp430g2231 is used for core processing chip of this project,the project contains sensor gathering module、wireless communication module、alarm module and upper computer; Otherwise, it use two msp430 luanchpad to gather humituer through dht11,the one is used for the master,another is used for the slaver,And master keep in touch with slaver by wireless communication,the communication can pass 20 metres . What’s more,the master tansmit data for computer by serial communication directly ,At the same time ,we can set the threshold of humituer in the upper computer,then it can reliaze alarm for us.The warning pattern is varies,For axample,play different songs or play our sound recording . The different warning pattern make people percept the humiture changing fistly.If we want to know the specific value of humiture,the data will be gained in upper computer .The method increase efficiency for monitoring Vegetable Production Bases . 1.引言 背景：在大棚蔬菜种植中，时常需要实时监测大棚内的空气温度和湿度以及土壤的湿度，让种植户能够了解大棚内的情况，温湿度采集就成为需要。可以用常用的温湿度计来测量，但是，但大棚的数量变大后，人力成本增加，而且实时性差。目的：利用TI公司msp430 launchpad设计一种低功耗电子的温湿度检测仪，首先利用温湿度传感器DHT11采集到温湿度的值，再经过无线通信将每个采集点的温湿度值传送给上位机，并设置报警模块。 Msp430 launchpad单片机具有低功耗，集成RF通信模块，性价比高的优点，非常适合次应用，大大的简化了设计。所要解决的问题：本设计需要利用msp430 launchpad单片机的低功耗让采集器可以在电池供电的情况下长时间工作；利用msp430 launchpadd单片机的强大处理能力，在无线通信中让每个采集点之间能相互通信，自动寻找通信路径，将信息发送到上位机，这样可以极大地扩大通信范围，让采集点可以覆盖得更广；低功耗系统，可以采用电池供电。
仓库温湿度记录表 仓库温湿度记录表仓库温湿度记录表 点击次数:99 发布时间:2010-4-8 9:03:51 摘要:以瑞士ROTRONIC公司生产的Hygrolog为例，介绍温湿度记录器的原理及应用，为有关用户提供参考。 1前言 温湿度测量是现代测量发展出来的一个领域，尤其是湿度的测量不断前进，经历了长度法、干湿法,直至今天的电测量，使湿度测量技术日渐成熟。时至今日，由于我们不再满足于湿度的测量，尤其是一些场所的监控直接要求实时记录其全过程的温湿度变化，并依据这些变化认定储运过程的安全性，导致了新的温湿度测量仪器——温湿度记录器的诞生。 温湿度记录器是对温湿度参数进行测量并按照预定的时间间隔将其储存在内部存储器中，在完成记录后将其联接到PC机，利用适配软件将存储的数据提出并按其数值、时间进行分析的仪器。利用该仪器可确定储运过程、实验过程等相关过程没有任何危及产品安全的事件发生。 下面以瑞士ROTRONIC公司生产的Hygrolog温湿度记录器为例介绍温湿度记录器的原理及应用。 2温湿度记录器的原理 温湿度记录器由3大部分组成:测量部分、仪器本体、PC界面，如图1所示。下面分别介绍这3部分。 1测量部分 由完全互换的Hygroclip系列探头组成，不同的探头完成不同的功能。
Hygroclips通用探头，应用于通用测量，包括厂房、实验室、货柜空间等的空间测量。 Hygroclipsc04/sc05狭小空间用探头，应用于要求狭小空间的使用、对产品破坏小的场所。例如博物馆保存雕塑、雕刻等艺术品;化石企业;工程建筑、桥梁建筑监测混凝土干燥等场合。 Hygroclipsp05小空间插入探头，应用于颗粒状堆积材料的插入测量。 HygroclipHK25/40高温探头，最高可达200?，用于高温环境。 HygroclipHS28剑式探头，应用于造纸、印刷、卷状堆积物等场所。 以上探头为完全互换探头，均可以和Hygrolog进行联接，完成不同功能。 仪器本体 Hygrolog记录器，通过探头进行测量，将数据存储并传输至PC，其存储容量为10000个数据点(温度、湿度各5000点)，记录间隔为15s至2h可调:由PC调整，根据其设定值确定记录时间最长可达416天。记录器工作温度受电池限制，即锂电池,,20?至70?;碱性电池，, 10?至50?。量程及精度由探头决定，量程可达,50?至200?，0至100,RH;精度为?1.5,RH，?0.3?;防护等级为IP65。 图1记录器的结构框图 图2在电脑上生成的记录曲线及分析图表 界面 HW3软件。软件支持是记录器不可缺少的一部分，其主要功能为设定单位、存储周期、采样周期，读取数据并显示测量数据、历史曲线等，这是数据记录器不可
第 11章土壤湿度测量 11.1概述 土壤含水量是影响农作物收成与水保的重要因素之一。土壤湿度对于制定灌溉进程表、水与溶质流的评价、净太阳辐射潜热与显热的划分等方面都是很重要的。 作为预测水源耗竭模式中的重要参量,土壤湿度在水文学中是很重要的。在大气数值模式中陆气相互作用的模拟及水气循环的其它参量要求测量土壤湿度,卫星遥感评价的验证也需要直接测量地表土壤水分。 土壤湿度的测量可用土壤含水量与土壤湿度位势的测定来表示。土壤含水量反映了土壤中水的质量与体积,而土壤湿度位势则反映土壤水分能量状态。 农业学科非常关注土壤水分的测定。为满足土壤水分状态测量的广泛需求,许多仪器已发展到商业化的程度,使用最普遍的将在下面予以讨论,包括其优点与缺点。此外,对在将来不久可能被广泛使用的新式仪器也予以简要讨论。 11.1.1定义 土壤含水量 称重技术是测量土壤含水量最为简单且被广泛运用的方法。因为此方法简单易行而且是直接测量,所以被用作其它方法参照的标准。定义在干质基础上的称重土壤湿度g θ可表达为: 100?=soil water g M M θ (11.1 此处 water M 为土样中水质量, soil M 为土样中烤干(100-110℃后的土质量。
对于风干(25℃的矿物土壤,称重土壤湿度通常少于 2%,但随着土壤水分达到饱和,其水含量会增到 25%至 60%。但是称重取样法具有破坏性,使得土壤接近饱和时,取得准确的土壤含水量测量结果变得极为困难。 通常,土壤湿度用体积表达。由于降水、蒸散量和溶质变化参量通常用容量表示,用体积表示的水含量更为有用。体积水含量v θ可表达为: 100?soil water v V V θ (11.2 此处, water V 为水体积, soil V 为土壤(土 +气 +水总体积。 土壤体积含水量的变化可从风干土壤的少于 10%到临近饱和的矿物土壤的 40-50%间变化。由于水与土壤体积的准确测定存在困难,体积水含量通常间接测定。 体积与称重土壤含水量有一定关系。该关系如下: w b g v ρρθθ/= (11.3 b ρ是干土壤体积密度, w ρ是土壤水分密度 土壤湿度位势 土壤湿度位势是描述土壤水分能量状态,它对水分传输分析、含水量评价、土壤——植被——水相互作用等都很重要。两地土壤湿度位势的不同反映了水流的趋势,即由高位势流向低位势。由于湿度位势会随干燥而减少(负值变得更大 ,运移它所需的功就要增加,使得植物抽吸水变得困难。当植物水上吸变得更困难时,植物水位势因此下降,最终导致植物受压,甚至枯萎。 通常,湿度位势描述土壤水力做的功,或在负位势下水从土壤中运移出来所需的功。总湿度位势t ψ(所有力场的综合效应表达如下: p m z t ψψψψψ+++=0 (11.4
北方民族大学实训报告 系（部、中心）电气信息工程学院 姓名莫文涛学号20120588 专业电子信息工程班级121班 同组人员丹20120575、文华20120606 课程名称专业课程综合实训系列Ⅰ 实训题目名称土壤湿度检测电路 起止时间2015年3月2日——2015年7月5日 成绩 指导教师签名 北方民族大学教务处制
教师评语：
土壤湿度检测电路的设计与制作 【摘要】 本设计主要的容是土壤湿度检测电路的设计与制作。该电路的工作原理是由AT89C51单片机和ADC0809组成系统的核心部分，湿度传感器将采集到的数据直接传送到ADC0809的IN端作为输入的模拟信号。选用湿度传感器和AD 转换，电路部包含有湿度采集、 AD转换、单片机译码显示等功能。单片机需要采集数据时，发出指令启动A/D 转换器工作，ADC0809根据送来的地址信号选通IN3通道，然后对输入的模拟信号进行转换，转换结束时，EOC输出高电平，通知单片机可以读取转换结果，单片机通过调用中断程序，读取转换后的数据。最后，单片机把采集到的湿度数据经过软件程序处理后送到LED数码管进行显示。 【关键词】湿度传感器\AD\转换\AT89C51
目录 一、设计方案选择 (5) 1、方框图 (5) 二、土壤湿度检测电路的单元电路 (6) 1、湿度采集 (6) 2、A/D转换与ADC0809 (7) 3、AT89C51单片机 (10) 三、源程序 (15) 四、LED数码管 (16) 五、软件调试 (17) 六、安装与调试 (18) 七、元器件清单 (20) 八、系统仿真 (20) 九、心得体会 (22)
土壤温湿度测试仪使用方法 适宜的土壤温湿度是农作物生长的重要环境条件，它不仅直接影响农作物根系的生长发育以及土壤微生物的活动，同时影响土壤中水分的运动。因此为保证土壤温湿度可以促进农作物的生长，人们需对土壤温湿度进行采集处理，使之保持在一定范围之内。土壤温湿度测试仪是根据《土壤墒情监测规范SL000-2005 中华人民共和国水利行业标准》等文件为依据推出的一款新型环境检测仪器，该仪器外接相应传感器即可实时采集数据，并可用计算机管理软件输出数据，生成报表。仪器也可以通过GPS接收机采集各个指定点的具体经度、纬度位置。自记仪可自动储存所测各个指定点的土壤水分值，温度值，经度纬度位置值。 土壤温湿度测试仪应用领域： 土壤温湿度测试仪又名土壤墒情监测站是一款集土壤温度、土壤水分采集、存储、传输和管理于一体的土壤墒情自动监测系统。整机由多通道数据采集仪、土壤水分传感器、土壤温度传感器、计算机软件组成。 可应用于土壤墒情监测、节水灌溉、温室控制、精细农业等领域。，农业、林业、地质等方面土壤温度、湿度测量及研究。 土壤温湿度测试仪使用方法： 1、测土壤PH值和湿度时,先将探头尽量深地插到土里,探头上面部分留大约1厘米。 2、拨动笔上的按键到MOIST, MOIST是水份键,对应表上的是MOIST, DRY
是干, WET是湿,数值1-3(红色部分)说明需要浇水, 4-7(绿色部分)是合适的,请根据植物的品种调整浇水时间, 8-10(蓝色部分)说明太湿了。 3、拨动笔上的按键到PH, PH是酸碱度键,对应表上的是8-3.5数值, ALKALINE是碱, ACDIC是酸,数值7基本是中性,数越小说明酸度越大,请根据植物的品种调整土壤酸碱度。 4、LIGHT键是光照度,测量范围0-2000流明,数值越大,说明光照越强,请根据植物的品种来决定是否需要遮阴。 5、使用时注意插电极时不能碰到石头,不要用力过猛,否则容易伤害电极.用完后把电极洗干净。 土壤温湿度测试仪功能特点： 1、小巧美观便于携带，轻触式按键，大屏幕点阵式液晶显示，全中文菜单操作。 2、采集设置：在无人看守的情况下使用，可设置定时采集，也可手动采集。自动记录数据并存储。 3、交直流两用，内置锂电池供电：3.7v4Ah锂电池，具有充电保护、电压过低提示功能。也可长时间放置记录地点。 4.带GPS定位功能，可实时显示采集点经纬度并保存。（选配） 5.带语音播报功能，可对超限值进行语音报警设置，对超标的参数实时普通话语音播报，亦可直接播报出实时的环境参数值 6.数据保存功能强大，设备内部Flash可存储最近3万条数据，标配4G内存卡可无限存储，亦可与Flash中数据同时存储 7.既可在主机上查看数据，也可导入计算机进行查看 8.意外断电后，已保存在主机里的数据不丢失。 9.探头具有一致性，主机可通过集线器接入不同类型的传感器，互不影响精度。
土壤温湿度计使用原理及使用步骤 大家都知道现在大棚种植都会使用壁挂式土壤温湿度计来保持大棚内的温度和湿度，从而使植物能很好的生产，其实只保持大棚内的温度是远远不够的，植物生长也需要适合的土壤温度和湿度。 要测量土壤的温湿度一般都是使用插入式的土壤温湿度计的，当然这种插入式土壤温湿度计和我们通常所说的工业上的插入式土壤温湿度计也是不同的。一般土壤插入式土壤温湿度计比较小，而且不同工业上使用的土壤温湿度计，一般土壤温湿度计有好几个探针，而且探针的长度不一样，这样是为了更好的测量不同深度土壤的温湿度。 土壤温湿度计又称为便携式土壤温度速测仪、快速土壤水分温度仪、快速土壤水分温度测定仪、土壤温湿度测定仪、土壤温湿度记录仪等,土壤温湿度计可同时测土壤表层和不同深度的土壤容积含水量，测量精度高，存储容量大，体积小巧，便于携带。可用于农田、水利、森林、草坪、公路、铁路养护等的长期监测，可连续监测土壤的水分，性能稳定，可靠性高，免维护。 土壤温湿度计可脱离开计算机独立工作，上位机软件功能强大，数据查看方便，随时可以将记录数据导出到计算机中，并可以存储为EXCE表格文件，生成数据曲线，以供其它分析软件进一步进行数据处理，连接计算机可以打印存储数据。 土壤温湿度计广泛应用于农业、林业、地质、农田、水利、森林、草坪、公
路、铁路养护等测等方面的测量及研究。 既然我们知道了土壤温湿度计有这么多的功能和优点，但是土壤温湿度计具体的使用步骤大家都不太清楚吧，接下来就由小编来详细的介绍下吧！ 土壤温湿度计使用步骤： 1、去除被测土壤表面石子、草、树叶等覆盖物，去除表层土壤，如果土壤太干，先浇一些水，过25~30分钟后再进行测量； 2、在测量前，用柔软的布将探头金属表面擦拭干净，将开关选择到测量的选项，水分，酸度。初次使用该仪器时，建议反复测试几次再读数，以免探头金属表面的保护油层对水分值和PH值造成影响； 3、测土壤PH值和湿度时,先将探头尽量深地插到土里,探头上面部分留大约1厘米。 4、在测量时，将仪器探头插入土壤，注意将探头电极要全部插入土壤里面，而且要确保电极和边上的土壤紧密接触。 5、拨动笔上的按键到MOIST, MOIST是水份键,对应表上的是MOIST, DRY 是干, WET是湿,数值1-3(红色部分)说明需要浇水, 4-7(绿色部分)是合适的,请根据植物的品种调整浇水时间, 8-10(蓝色部分)说明太湿了。 6、拨动笔上的按键到PH, PH是酸碱度键,对应表上的是8-3.5数值, ALKALINE是碱, ACDIC是酸,数值7基本是中性,数越小说明酸度越大,请根据植物的品种调整土壤酸碱度。 7、LIGHT键是光照度,测量范围0-2000流明,数值越大,说明光照越强,请根据植物的品种来决定是否需要遮阴。 8、为了确保测量土壤的PH值金额水分值，需将探头插入土壤约十分钟。因为土壤性质的不同，探头和土壤接触的紧密度也不同，建议测量多个数值，取平均值； 9、使用时注意插电极时不能碰到石头,不要用力过猛,否则容易伤害电极.
河南科技学院《传感器原理与检测技术》课程设计报告 设计题目：盆花土壤温湿度监控系统 班级：物联网工程142 学号：20141554217_ 姓名：黄长江_____ 指导教师：_ 张利伟_____ 成绩：___ _________ 信息工程学院 课程设计报告说明
一、写报告前，请认真阅读《课程设计报告说明》。 二、打印装订要求 1、一律用A4纸，双面打印，并左侧装订。报告正文部分均采用宋体小四。《课程设计报告说明》页也打印。 2、课程设计概述部分占一页；课程设计内容长度根据实际需要填写；结论和指导教师评语及成绩单独占一页。保证打印格式工整。 3、指导教师评语及成绩部分由指导教师填写。 三、报告内容要求 1、课程设计目的结合实际自己写，不要雷同。 2、课程设计原理简要说明所完成课程设计项目所涉及的理论知识。 3、课程设计内容这是课程设计报告极其重要的内容。概括整个课程设计过程。（最好在上述内容基础上画出相应的流图、设计思路和设计方法，再配以相应的文字进行说明。） 一、课程设计概述
1、课程设计目的 随着社会的发展，人们对时间和环境中的温度及湿度的要求越来 越高，为了能够测得精确的温湿度和保证自动控制设备能够正确地显 示各种参数，并发出控制指令来提醒人们对事物变化作出反应,故设 计本实验来方便人们的生活。 2、课程设计要求 （1）功能要求：对盆花温湿度变化做出反应，当温湿度在设定范 围内时候显示参数，超出设定范围显示参数并提示报警，其报警信号 强度可根据需要调节其正常范围。 （2）技术要求：传统的模拟式温湿度传感器一般都需要设计信号 调理电路并经过复杂的校准和标定过程，因此测量精度难以保证，且 在线性度、重复性、互换性等方面也存在一定问题。只适合那些测量 点数较少，对精度要求不高的场合。因此设计出一款精度高、稳定性 好、成本低的温湿度检测控制系统将具有一定的市场。本系统采用具 有高精度、防干扰等优点的数字式传感器SHT10，不需要外部元件， 可适配各种单片机。 （3）具体部件要求：STH10温湿度传感器，单片机，1602显示屏， 报警灯...... 3、课程设计原理 系统原理：温湿度报警装置的原理就像是一个开关，达到了控制器设定的温湿度上下限就会根据设计者的要求做出反应，如本实验的报警灯在温度或湿度超出设定范围后亮灯报警。 湿度报警系统的设计以单片机AT89C51为核心，通过控制单片机的P1口的一些端口来调节当前温湿度的显示，完成了温湿度的显示报警功能，在程序中设置温湿度范围后，达到指定范围后让LED灯的闪亮来实现温湿度控制的效果，让LED1602液晶屏接到单片机的串口上，赋值来控制1602的显示。
智能花盆设计 3.硬件电路设计 3.1 系统单片机 所谓的单片机就是把中央处理器CPU、存储器ROM/RAM、输入输出接口电路以及定时器/计数器等部件制作在一块集成电路芯片中，构成一个完整的微型计算机―单片微型计算机。由于单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，因此它的结构紧凑、超小型化、可靠性高、价格低廉、易于开发应用。 3.1.1 AT89S51单片机 本论文所设计的系统的核心采用的是AT89S51单片机。AT89S51单片机是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，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8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器，既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电 模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中 断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三 种封装形式，以适应不同产品的需求。 它的引脚图如图6。管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收 8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第 八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校 验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓 冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为 高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是图6 AT89S51引脚图 由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。