【傳感器原理及應(yīng)用實(shí)踐報(bào)告：基于單片機(jī)的土壤濕度傳感器數(shù)據(jù)獲取設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)】

《傳感器原理及應(yīng)用》實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名專業(yè)考籍號(hào)身份證號(hào)碼實(shí)驗(yàn)名稱：基于STC15F2K的土壤濕度傳感器數(shù)據(jù)獲取設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)所用軟件設(shè)備：STC15F2K單片機(jī)；YL-69土壤濕度傳感器；實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅菏煜鞲衅髟?；掌握使用單片機(jī)獲取傳感器數(shù)據(jù)的流程、方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)心得（注：上機(jī)操作的內(nèi)容請(qǐng)截屏到實(shí)驗(yàn)報(bào)告中并說明）設(shè)計(jì)簡介本文主要針對(duì)現(xiàn)農(nóng)業(yè)種植環(huán)境的參數(shù)數(shù)據(jù)可視化和自動(dòng)澆灌的需求背景，利用了單片機(jī)控制技術(shù)、傳感器采集技術(shù)完成農(nóng)田環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)農(nóng)田缺水風(fēng)險(xiǎn)而無法快速知悉的問題，具有很強(qiáng)的推廣意義。整個(gè)系統(tǒng)由STC15F2K單片機(jī)作為核心控制單元，功能模塊有土壤濕度傳感器模塊及DS1302時(shí)鐘模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前農(nóng)田的土壤參數(shù)的采集。傳感器原理及其說明YL-69是一個(gè)簡單的土壤濕度傳感器，其原理為濕敏電容，當(dāng)環(huán)境的濕度發(fā)生改變時(shí)，會(huì)使得濕敏電容存在的環(huán)境中的介質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致濕敏電容中的電容數(shù)值產(chǎn)生變化，電容的數(shù)值正比于濕度值。由于濕敏電容有這很高的靈敏度、響應(yīng)速度快、滯后量小的特點(diǎn)，所以濕敏電容很容易小型化和集成化。在系統(tǒng)中，土壤濕度數(shù)據(jù)的采集是有YL-69完成的。其在系統(tǒng)中電路原理圖如圖8，JP2位YL-69探頭。所選用的單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)描述，及與傳感器的電路連接STC15F2K單片機(jī)和外設(shè)連接的接口有4組，他們?yōu)镻0、P1、P2、P3口，任何一組都有8個(gè)可以自定義使用的連接接口，所有的連接接口都可以隨意應(yīng)用，都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸，傳輸方向可以根本需要選擇。單片機(jī)電路原理圖如圖3-2所示。單片機(jī)管腳原理圖單片機(jī)運(yùn)行代碼需要外部輸入信號(hào)，也就是時(shí)鐘信號(hào)，通過晶振器件輸入節(jié)拍時(shí)序，為單片機(jī)代碼的運(yùn)行提供節(jié)拍，通常所說的單片機(jī)的工作效率就和單片機(jī)的晶振參數(shù)數(shù)據(jù)有關(guān)系，我們選擇的時(shí)鐘為12MHz，換算成時(shí)間數(shù)據(jù)為1/12微秒，這就是節(jié)拍，所以如果選擇的晶振頻率不同，節(jié)拍就不同，處理器的工作效率就不同，單片機(jī)要求晶振頻率在20MHz以下。晶振電路原理圖如3-3所示。晶振電路原理圖復(fù)位電路也是單片機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行必須加入的部分，復(fù)位的功能是讓單片機(jī)回到代碼初始位置重新開始運(yùn)行，在系統(tǒng)開發(fā)階段以及系統(tǒng)使用階段復(fù)位功能都是必不可少的設(shè)計(jì)。此電路可以在電源通電瞬間進(jìn)行復(fù)位，在器件啟動(dòng)執(zhí)行過程中實(shí)現(xiàn)復(fù)位，此功能硬件設(shè)計(jì)的器件有10K電阻元件、按鍵元件、10uF電解電容元件，控制器的復(fù)位信號(hào)要求至少維持兩個(gè)晶振頻率周期的有效信號(hào)，為單片機(jī)第9接口RST加載兩個(gè)晶振頻率周期的有效信號(hào)，就能夠完成單片機(jī)復(fù)位動(dòng)作。復(fù)位電路的工作原理就是在上電的瞬間供應(yīng)上一個(gè)向相反的電平，前提是要在正常的工作狀態(tài)下。這利用到了電容電壓不能突變的原理，實(shí)現(xiàn)了電容和電阻之間的串聯(lián)，在上電的瞬間，電容沒有進(jìn)電，則兩端的電壓都為零狀態(tài)，此時(shí)復(fù)位脈沖的提供，電容不斷沖上電，直到電源兩端變?yōu)殡妷涸?，此時(shí)一系列的轉(zhuǎn)變電壓進(jìn)入了工作狀態(tài)。復(fù)位電路如圖3-4所示。復(fù)位電路原理圖在本實(shí)驗(yàn)中，所采用的單片機(jī)與YL-69的連接如下圖所示本次設(shè)計(jì)以YL-69型號(hào)的土壤濕度傳感器和ADC0832來實(shí)現(xiàn)環(huán)境中實(shí)時(shí)土壤濕度數(shù)據(jù)的采集。處于傳感器表面的濕敏材料由于可感應(yīng)到外界的水質(zhì)和水蒸氣，使其表面的參數(shù)發(fā)生變化，變化的電信號(hào)通過CH0在ADC0832內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)變，最終由單片機(jī)識(shí)別。土壤濕度傳感器如圖3-6所示。土壤傳感器模塊原理圖數(shù)據(jù)讀取功能的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)（代碼）程序首先進(jìn)行初始化操作，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)、傳感器配置進(jìn)行定義，調(diào)用液晶顯示、串口初始化程序。完成初始化工作后，進(jìn)入主函數(shù)，首先調(diào)用時(shí)鐘采集和傳感器采集程序，讀取土壤傳感器及ADC0832轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，調(diào)用液晶顯示函數(shù)，單片機(jī)輸出顯示內(nèi)容至液晶模塊，顯示土壤濕度信息及當(dāng)前的時(shí)鐘信息。調(diào)用if判斷函數(shù)，判斷環(huán)境中土壤濕度是否達(dá)到設(shè)定的濕度下限閾值，若是，則主程序調(diào)用水泵驅(qū)動(dòng)程序，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆灌的功能。然后程序調(diào)用按鍵識(shí)別程序，并對(duì)鍵碼進(jìn)行判斷，調(diào)用鍵碼處理程序，完成時(shí)鐘數(shù)據(jù)的設(shè)置和定時(shí)澆灌控制的功能。程序返回主函數(shù)，刷新下顯示內(nèi)容，將報(bào)警閾值更新。系統(tǒng)主程序流程圖如圖所示。圖系統(tǒng)主流程圖實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果（可選）本次設(shè)計(jì)完成基于單片機(jī)基礎(chǔ)的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，達(dá)到了本次設(shè)計(jì)所需要的功能要求，對(duì)于單片機(jī)的應(yīng)用、傳感器技術(shù)有更深的認(rèn)知，進(jìn)一步推進(jìn)了智能化的進(jìn)程，軟件設(shè)計(jì)總體實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能要求，在編程過程中，出現(xiàn)過傳感器無法正常傳輸數(shù)據(jù)以及液晶顯示亂碼的情況，通過修訂出錯(cuò)的代碼語句，解決了以上BUG問題，提升了代碼編程水平，進(jìn)一步鞏固了單片機(jī)的運(yùn)用，提高設(shè)計(jì)能力水平。6、總結(jié)在本系統(tǒng)中，依舊還有許多可以值得改進(jìn)的地方。例如該系統(tǒng)是否可以做成一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，多個(gè)子結(jié)點(diǎn)的樣式。子節(jié)點(diǎn)采集各個(gè)點(diǎn)的環(huán)境信息后，發(fā)送給主節(jié)點(diǎn)匯總，并且由主節(jié)點(diǎn)通過4G模塊上報(bào)給服務(wù)器，由此可以實(shí)現(xiàn)