【传感器原理及应用实践报告：基于单片机的土壤湿度传感器数据获取设计与实现】

《传感器原理及应用》实验报告姓名专业考籍号身份证号码实验名称：基于STC15F2K的土壤湿度传感器数据获取设计与实现所用软件设备：STC15F2K单片机；YL-69土壤湿度传感器；实验目的要求：熟悉传感器原理；掌握使用单片机获取传感器数据的流程、方法。实验内容与实验心得（注：上机操作的内容请截屏到实验报告中并说明）设计简介本文主要针对现农业种植环境的参数数据可视化和自动浇灌的需求背景，利用了单片机控制技术、传感器采集技术完成农田环境的自动监测系统，解决了传统农田缺水风险而无法快速知悉的问题，具有很强的推广意义。整个系统由STC15F2K单片机作为核心控制单元，功能模块有土壤湿度传感器模块及DS1302时钟模块，实现对当前农田的土壤参数的采集。传感器原理及其说明YL-69是一个简单的土壤湿度传感器，其原理为湿敏电容，当环境的湿度发生改变时，会使得湿敏电容存在的环境中的介质发生改变，导致湿敏电容中的电容数值产生变化，电容的数值正比于湿度值。由于湿敏电容有这很高的灵敏度、响应速度快、滞后量小的特点，所以湿敏电容很容易小型化和集成化。在系统中，土壤湿度数据的采集是有YL-69完成的。其在系统中电路原理图如图8，JP2位YL-69探头。所选用的单片机系统结构、特点描述，及与传感器的电路连接STC15F2K单片机和外设连接的接口有4组，他们为P0、P1、P2、P3口，任何一组都有8个可以自定义使用的连接接口，所有的连接接口都可以随意应用，都可以进行数据的双向传输，传输方向可以根本需要选择。单片机电路原理图如图3-2所示。单片机管脚原理图单片机运行代码需要外部输入信号，也就是时钟信号，通过晶振器件输入节拍时序，为单片机代码的运行提供节拍，通常所说的单片机的工作效率就和单片机的晶振参数数据有关系，我们选择的时钟为12MHz，换算成时间数据为1/12微秒，这就是节拍，所以如果选择的晶振频率不同，节拍就不同，处理器的工作效率就不同，单片机要求晶振频率在20MHz以下。晶振电路原理图如3-3所示。晶振电路原理图复位电路也是单片机系统启动运行必须加入的部分，复位的功能是让单片机回到代码初始位置重新开始运行，在系统开发阶段以及系统使用阶段复位功能都是必不可少的设计。此电路可以在电源通电瞬间进行复位，在器件启动执行过程中实现复位，此功能硬件设计的器件有10K电阻元件、按键元件、10uF电解电容元件，控制器的复位信号要求至少维持两个晶振频率周期的有效信号，为单片机第9接口RST加载两个晶振频率周期的有效信号，就能够完成单片机复位动作。复位电路的工作原理就是在上电的瞬间供应上一个向相反的电平，前提是要在正常的工作状态下。这利用到了电容电压不能突变的原理，实现了电容和电阻之间的串联，在上电的瞬间，电容没有进电，则两端的电压都为零状态，此时复位脉冲的提供，电容不断冲上电，直到电源两端变为电压源，此时一系列的转变电压进入了工作状态。复位电路如图3-4所示。复位电路原理图在本实验中，所采用的单片机与YL-69的连接如下图所示本次设计以YL-69型号的土壤湿度传感器和ADC0832来实现环境中实时土壤湿度数据的采集。处于传感器表面的湿敏材料由于可感应到外界的水质和水蒸气，使其表面的参数发生变化，变化的电信号通过CH0在ADC0832内实现数字信号的转变，最终由单片机识别。土壤湿度传感器如图3-6所示。土壤传感器模块原理图数据读取功能的详细实现（代码）程序首先进行初始化操作，对系统参数、传感器配置进行定义，调用液晶显示、串口初始化程序。完成初始化工作后，进入主函数，首先调用时钟采集和传感器采集程序，读取土壤传感器及ADC0832转换后的数据，调用液晶显示函数，单片机输出显示内容至液晶模块，显示土壤湿度信息及当前的时钟信息。调用if判断函数，判断环境中土壤湿度是否达到设定的湿度下限阈值，若是，则主程序调用水泵驱动程序，单片机驱动继电器，实现自动浇灌的功能。然后程序调用按键识别程序，并对键码进行判断，调用键码处理程序，完成时钟数据的设置和定时浇灌控制的功能。程序返回主函数，刷新下显示内容，将报警阈值更新。系统主程序流程图如图所示。图系统主流程图实验测试结果（可选）本次设计完成基于单片机基础的自动灌溉系统的设计与实现，达到了本次设计所需要的功能要求，对于单片机的应用、传感器技术有更深的认知，进一步推进了智能化的进程，软件设计总体实现了预期的功能要求，在编程过程中，出现过传感器无法正常传输数据以及液晶显示乱码的情况，通过修订出错的代码语句，解决了以上BUG问题，提升了代码编程水平，进一步巩固了单片机的运用，提高设计能力水平。6、总结在本系统中，依旧还有许多可以值得改进的地方。例如该系统是否可以做成一个主节点，多个子结点的样式。子节点采集各个点的环境信息后，发送给主节点汇总，并且由主节点通过4G模块上报给服务器，由此可以实现