CN202903721U

CN202903721U - 一种土壤湿度测控装置

Info

Publication number: CN202903721U
Application number: CN 201220575540
Authority: CN
Inventors: 郑争兵
Original assignee: Shaanxi University of Technology
Current assignee: Shaanxi University of Technology
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2022-11-05

Abstract

本实用新型涉及湿度测量产品技术领域，具体的说是一种土壤湿度测控装置，所述处理器模块外部设置有电磁阀控制电路，土壤湿度采集模块、状态指示模块分别于处理器模块连接，处理器模块还连接有键盘、LCD显示屏和GSM发送模块，GSM发送模块与GSM接收模块无线连接，PC机与GSM接收模块通过串行通信接口连接。本装置设备结构简单，成本低，且耐腐蚀性强，应用范围比较广泛，该实用新型具有土壤湿度数据无线传输功能，通过处理器模块控制GSM发送模块将土壤湿度数据传输并存储到PC机上，对土壤数据进行备份，保证了数据的安全，防止重要的数据的丢失并且可以方便***进行数据分析和远程监测。

Description

一种土壤湿度测控装置

技术领域

本实用新型涉及湿度测量产品技术领域，具体的说是一种土壤湿度测控装置。

背景技术

土壤湿度是植物生长的重要因素，对土壤湿度的检测对现代农业发展有重要的意义，可以实现农业与家庭种植的科学化与科技化管理种植，而在现代农村科学化种植中大部分使用人工的方式对植物的生长环境进行检测，甚至没有检测，既浪费了人力又增加了成本，而且不能实现科学化与精准化种植。本次设计的湿度检测与控制装置经济实用，适应性好，可以在农村或城市种植中大量推广。

现在市面上销售的土壤湿度检测装置大部分都是为专门单位，专门单位生产的高精度湿度检测装置，如用于棉花湿度检测，气象局用于空气湿度的检测，等等，他们的测量精度都很高，但耐腐蚀性都很差，而且动则上千元，不能真正的用于精度要求不太高，但腐蚀性比较强的土壤中，更不能用于对外部器件的控制。所以这款土壤检测与控制装置就有一定的实用性，和适时性，可以满足农村和城市种植农作物和花菜树木的需求。

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，我单位也在服务农业、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。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种土壤湿度测控装置，其操作方便，使用简单，设备成本低，有非常好的实用价值。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种土壤湿度测控装置，包含电磁阀控制电路、处理器模块、土壤湿度采集模块、状态指示模块、LCD显示屏、键盘、GSM发送模块、GSM接收模块、PC机，其特征在于：所述处理器模块外部设置有电磁阀控制电路，土壤湿度采集模块、状态指示模块分别与处理器模块连接，处理器模块还连接有键盘、LCD显示屏和GSM发送模块，GSM发送模块与GSM接收模块采用无线连接，PC机与GSM接收模块通过串行通信接口连接。

本实用新型的有益效果是：

1、本装置设备结构简单，成本低，且耐腐蚀性强，应用范围比较广泛。

2、该实用新型具有土壤湿度数据无线传输功能，通过处理器模块控制GSM发送模块将土壤湿度数据传输并存储到PC机上，对土壤数据进行备份，保证了数据的安全，防止重要的数据的丢失并且可以方便***进行数据分析和远程监测。

附图说明

图1是本实用新型结构框架示意图。

附图标记说明：1-电磁阀控制电路；2-处理器模块；3-土壤湿度采集模块；4-状态指示模块；5-LCD显示屏；6-键盘；7-GSM发送模块；8-GSM接收模块；9-PC机。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型，应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。

图1为本实用新型一种土壤湿度测控装置结构框架示意图，包含电磁阀控制电路1、处理器模块2、土壤湿度采集模块3、状态指示模块4、LCD显示屏5、键盘6、GSM发送模块7、GSM接收模块8、PC机9，所述处理器模块2外部设置有电磁阀控制电路1，土壤湿度采集模块3、状态指示模块4分别与处理器模块2连接，处理器模块2还连接有键盘6、LCD显示屏5和GSM发送模块7，GSM发送模块7与GSM接收模块8采用无线连接，PC机9与GSM接收模块8通过串行通信接口连接。

土壤湿度采集模块3通过Arduino Moisture Sensor土壤湿度传感器将土壤湿度转换为电压信号。将采集到的电压量经过ADC0809芯片转换成数字量，传送给处理器模块2。处理器模块2采用AT89S51单片机实现，单片机AT89S51对数字量进行相应的数据处理，并利用LCD显示屏5显示当前的土壤湿度值。通过单片机外部的按键6设置湿度监测的限定值，当土壤湿度传感器检测的湿度值达到设定的限定值时时，单片机启动继电器的电磁阀控制电路1，对植物进行供水，状态指示电模块4确定当前是否处于超限报警状态。此外，单片机以定时方式将土壤湿度数据通过GSM模块TC35I发送给PC机9，对土壤湿度数据进行备份。

另外增加多个湿度传感器和电磁阀可以使控制的范围扩大，实现大规模大面积的控制，还可以设置其他数据量从而控制其他的机构，实现科学化，数字化，规模化控制。

AT89S51单片机为40引脚双列直插芯片，有四个I/O口P0，P1，P2，P3，每一条I/O线都能独立地作输出或输入。AT89S51具有以下硬件资源：4k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S51可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

单片机主控制电路包括了单片机的时钟电路和复位电路。本设计采用的是内部时钟电路。单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，18引脚XTAL1是放大器的输入端，19引脚XTAL2是放大器的输出端，这两个引脚之间跨接的晶振和微调电容作为反馈元件一起构成一个稳定的自激振荡器。9引脚是单片机的复位输入端，接上电容，电阻及电阻和按钮组成手动复位电路。

在具体的应用中为了适应不同品种植物的习性，需要可以人为设定土壤湿度的上下限值，通过对按按键改变湿度的上限值。

当单片机开始工作时，单片机不停的检测P0.2管脚和P0.4管脚。P0.2管脚与上限控制键相连接；P0.4管脚与开始键相连接。当开始键按下时，单片机启动对P0.2管脚的检测。利用上限控制键调整土壤湿度上限值。

鉴于成本和具体土壤环境的原因，本次的湿度传感器选用了价格合适的Arduino Moisture Sensor土壤湿度传感器，传感器表面做了镀金处理，其具有一定的抗腐蚀能力，可以长期浸泡在土壤中。这款土壤湿度传感器输出的是电压的模拟量。将他***土壤，然后使用A/D转换器读取土壤湿度对应的电压值。

这是一个简易的水分传感器可用于检测土壤的水分，当土壤缺水时，传感器输出值将减小，反之将增大。土壤湿度传感器通过与土壤串联形成环路，在其两端加5v电压，当土壤中的湿度比较大时，土壤的电阻减小，分压电阻分得的电压增大，根据这个原理检测土壤湿度。将采集到的电压量经过ADC0809转换成数字量传送给单片机，在单片机中进行相应的数据处理，当传感器检测的湿度值达到设计的上限时，单片机进行相应的动作，控制继电器进而控制电磁阀，对土壤进行施水。

模数转换芯片ADC 0809是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集***”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。

ADC 0808/0809的工作时序。当通道选择地址有效时，ALE信号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随ALE之后出现。START的上升沿将逐次逼近寄存器SAR复位，在该上升沿之后的2μs加8个时钟周期内，EOC信号将变低电平，以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后EOC再变高电平。微处理器收到变为高电平的EOC信号后，便立即送出OE信号，打开三态门，读取转换结果。

启动转换ADC 0808/0809的控制方式是脉冲控制式。对脉冲启动转换的ADC芯片，只要在其启动转换引脚上施加一个宽度符合芯片要求的脉冲信号，就能启动转换并自动完成。一般能和处理器配套使用的芯片，处理器的I/O写脉冲都能满足ADC芯片对启动脉冲的要求。

单片机给ADC0809提供时钟信号，选择转换器的输入通道。单片机的 P0口连接ADC0809的转换量输出端，ADC0809把输入的模拟量转换成数字量后，输入到单片机后经单片机控制显示在LCD显示屏5。P2口的P2.4--P2.6接ADC0809的通道选择端ADDA，ADDB，ADDC，P2口的其他口分别于ADC0809的CLK，START，OE，ALE端连接，确保A/D转换器正常工作，

***采用12M晶振产生脉冲做AT89S51的内部时钟信号，通过中断方式转换完成信号。片选OE接高电平，使其始终处于选中状态。通过按键开关选择八路通道中的一路，将该路电压送入ADC0809相应通道，单片机软件设置ADC0809开始A/D转换，转换结束ADC0809的EOC端口产生高电平，利用单片机的P0口作为转换完成的输入信号，当转换完成后单片机通过P0口读入，然后通过计算转换为工程数据(0.00-5.00V)，***调出显示子程序。将转化后数据通过P1口显示在LCD显示屏5。

设计采用LCD1602来显示转换后的数字，能使该***简单直观。LCD1602液晶是工业字符型液晶显示器，能够同时显示32个字符。LCD1602液晶显示器中的字符发生存储器存储了160个不同的点阵字符图形，它从有英文字母的大小写、***数字、、和日文假名常用的符号等，每一字符都有一固定代码。使用时可以直接编写软件程序按一定的时序驱动即可。另外，它具有显示字迹清楚，价格相对便宜的特点。

单片机与LCD1602液晶显示器连接时，LCD1602的1和3管脚即VSS和VEE接地，第二管脚VDD+5V电压，第15，16管脚分别背光源正极和负极为接高电平和接地。RS为数据/命令选择端，RW为读/写选择端，分别接单片机的P3.0和P3.2口，由单片机编写程序控制LCD1602寄存器的选择。当RS为1时选择数据寄存器，当RS为0时，选择指令寄存器。当RW为高电平时读数据，当RW为低电平时写数据。LCD1602的第8管脚到第14管脚为液晶显示的输出端分别接单片机的P0.0-P0.7口，LCD1602的使能控制端接单片机的P3.1口，当遇到下降沿时使能。

采用了一个G1/4 2分口径电磁阀，单片机通过分析采集来的信息控制继电器的开断进而控制电磁阀的通断。

状态指示模块4采用无源压电式KM3712x型蜂鸣器BUZZER。当单片机AT89S51的管脚P1.1置1时，三极管Q1导通，蜂鸣器报警。采用单片机AT89S51的高低电平驱动蜂鸣器的功能，如果土壤湿度值都达到报警限时，单片机控制管脚P1.1的输出高电平，经过三极管C9013后输出为低电平，蜂鸣器正极接+5V电源驱动发声。

GSM发送模块7和GSM接收模块8采用西门子公司的TC35i模块。该模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，工作在GSM900和GSM1800双频段，通过AT命令可双向传输指令和数据。GSM发送模块7通过短信的方式发送中文数据给GSM接收模块8，完成土壤湿度数据的备份。

Claims

1.一种土壤湿度测控装置，包含电磁阀控制电路、处理器模块、土壤湿度采集模块、状态指示模块、LCD显示屏、键盘、GSM发送模块、GSM接收模块、PC机，其特征在于：所述处理器模块外部设置有电磁阀控制电路，土壤湿度采集模块、状态指示模块分别与处理器模块连接，处理器模块还连接有键盘、LCD显示屏和GSM发送模块，GSM发送模块与GSM接收模块采用无线连接，PC机与GSM接收模块通过串行通信接口连接。