土壤湿度测量系统的设计
土壤湿度计设计
土壤湿度计设计姓名： _____________________________________ 学号： _________________________________学院： ________________________________专业： __________________________________班级： _____________________________________ 任课教师： __________________________________二0—二年十二月二十日土壤湿度计设计摘要：本文主要讨论基于AT89S51单片机的以HS1101作为前端湿敏元件的土壤湿度检测系统。
本系统采用层次化、模块化设计，以HSU01湿敏芯片的传感器作为测量的器件，所得到的数据经过NE555振荡电路处理并通过LM393进行放人后，通过ADC0832模数转换器件接入到AT89S51单片机，继而经过单片机的处理在LCD1602中显示出来。
本文在设计过程中主要做了以下几个方面的工作：一是讨论并选择系统的总体设计方案：二是对传感器、A/D 转换器和单片机进行设计和选择。
关键字: 土壤湿度；HS1011 ；AT89S51： A/D 转换1引言湿度，被定义为表示人气干燥程度的物理量。
即在一定的温度下在一定的体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥;水汽越多，则空气越潮湿。
湿度测量技术的发展已有200 多年的历史，人们早就发现了人的头发随人气湿度变化而伸长或缩短的现彖，因而制成了毛发湿度计。
但是人们对于湿度传感器中的湿敏元件的认识，是从1938年美国F. W. Dunnore 研制成功浸涂式氯化锂湿敏元件才开始的。
土壤湿度表示一定深度土层的土壤干湿程度的物理量。
又称土壤水分含量。
土壤湿度的高低受农田水分平衡各个分量的制约。
土壤湿度决定农作物的水分供应状况。
土壤湿度过低，形成土壤干旱，作用光合作用不能正常进行，降低作物的产量和品质；严重缺水导致作物凋萎和死亡。
自制小型土壤湿度器
自制土壤湿度器一、设计要求及方案选择1.1设计要求：设计一个可测量土壤湿度并显示数值的土壤湿度器。
其中数值误差要求精确到正负5%，且设计需要具有环保，创新意识。
1.2设计方案：方案一（1）先制作一个测试探针。
实质上是制作一个土壤湿度传感器。
利用两铜片之间的电容大小会随土壤中水分的增加或减少而发生改变，制作一个电容测试的探针。
探针的制作方式为截取尺寸为120mmX20mm的覆铜板，再取厚4-5mm塑料板，尺寸为50mmX25mm左右，将覆铜板固定在塑料板两端。
(2)土壤湿度器的测量电路，由LM358和一个555定时器组成。
555定时器组成单稳态电路，运算放大器组成一个运算放大电路，由电源提供连续的脉冲，将连续的脉冲与单稳态电路输出的脉冲相与，形成一个计数脉冲。
将该脉冲输入单片机。
（3）显示电路利用单片机实现。
单片机对计数脉冲进行计数，并将数值在数码管显示。
方案二（1）同方案一相同。
先制作一个测试探针。
实质上是制作一个土壤湿度传感器。
利用两铜片之间的电容大小会随土壤中水分的增加或减少而发生改变，制作一个电容测试的探针。
探针的制作方式为截取尺寸为120mmX20mm的覆铜板，再取厚4-5mm 塑料板，尺寸为50mmX25mm左右，将覆铜板固定在塑料板两端。
（2）将LM358芯片替换为555定时器。
利用555定时器制作一个多谐振荡器，多谐振荡器提供一个稳定的连续脉冲，单稳态电路输出的脉冲根据电容变化而改变。
将两个输出脉冲相与，形成一个计数脉冲。
具体电路见下图（3）利用单片机计数并显示。
方案一在实际操作中，无法实现预想中的脉冲作用，无法提供稳定的正负电源，所以放弃方案一，选择方案二。
二、理论分析与设计三、电路设计四、系统测试小组成员：陈志颖、吴岸峰、钟昕烨。
基于单片机的土壤温湿度检测计设计设计
基于单片机的土壤温湿度检测计设计设计土壤温湿度检测是农业生产中常见的一个问题，可以帮助农民掌握土壤中的环境条件，从而更好地管理农作物的生长环境，提高农作物产量。
本文将基于单片机设计一个土壤温湿度检测计，在介绍设计方案之前，我们先来了解一下土壤温湿度检测的原理和要解决的问题。
1.土壤温湿度检测原理土壤温湿度检测的原理主要是利用温湿度传感器测量土壤温湿度的值。
温湿度传感器通常是通过变化的电阻来测量温湿度的。
当温湿度发生变化时，传感器内部的电阻也会发生相应的变化。
通过连接到单片机的模拟输入引脚，可以将传感器的输出电压转化为数字信号，从而获取温湿度的数值。
2.设计方案基于以上原理，我们可以设计一个基于单片机的土壤温湿度检测计。
设计主要包括以下几个部分：2.1 单片机选择：单片机是控制整个系统的核心部件。
在选择单片机时，首先要考虑单片机的性能和资源是否足够满足我们的需求。
同时，还要考虑单片机的价格和易用性。
常用的单片机有STM32系列和Arduino等。
我们可以根据具体需求选择适合的单片机。
2.2传感器选择：温湿度传感器是关键的部件。
我们可以选择适用于土壤温湿度检测的传感器，如DHT11或DHT22、传感器的选择要考虑到准确性、精度和稳定性等因素。
2.3电路设计：电路设计是整个系统的基础。
首先需要根据所选择的单片机和传感器，设计合适的电路连接，包括连接单片机的引脚、传感器的引脚和其他组件的引脚。
其次，还要设计相应的电源电路，以提供所需的电压和电流。
2.4 程序设计：程序设计是实现功能的关键。
通过编程，我们可以将传感器的输出信号转换为温湿度数值，并将其显示在LCD屏幕上。
在程序设计时，我们可以使用相应的编程语言，如C语言或Python等，根据单片机型号和开发环境选择合适的编译器和开发工具。
3.功能扩展除了基本的土壤温湿度检测功能，我们还可以对设计进行功能扩展，提供更多的便利和实用性：3.1数据存储：设计一个存储功能，可以将土壤温湿度数值存储到存储器中，以便后期分析和比较。
土壤湿度无线检测系统的设计
土壤湿度无线检测系统的设计一、引言随着农业科技的发展，土壤湿度的准确检测对于农作物的生长和发展至关重要。
传统的土壤湿度检测方法需要人工测量，不仅费时费力，而且不够准确。
因此，设计一套土壤湿度无线检测系统，可以实时监测并记录土壤湿度的变化，提高农作物的生长效率，具有重要的意义。
二、系统设计1.系统组成2.传感器选择传感器是土壤湿度无线检测系统的核心部分，通过感知土壤湿度的变化，并将其转换成电信号，用于后续的数据采集和分析。
目前市场上常见的土壤湿度传感器有电阻式传感器和电容式传感器。
电阻式传感器成本较低，但对环境温度的变化敏感，精度较低。
电容式传感器精度较高，对温度变化的影响小，但成本较高。
根据实际需求选择适合的传感器。
3.数据采集设备数据采集设备负责将传感器感测到的土壤湿度数据转换成数字信号，并将其传输给无线传输设备。
数据采集设备需要具备高精度、低功耗、稳定性好和可靠性高的特点。
4.无线传输设备无线传输设备是将数据采集设备采集到的数据通过无线信号传输给数据接收和处理终端的设备。
无线传输设备可以选择无线模块，如Wi-Fi模块或蓝牙模块。
根据传输距离和功耗要求选择适合的无线模块。
5.数据接收和处理终端数据接收和处理终端是农民或农业管理人员接收和处理土壤湿度数据的设备，可以是电脑、手机或专用的数据接收和处理终端。
终端需要具备数据接收、数据存储、数据分析和数据展示等功能。
三、系统工作流程1.传感器感测土壤湿度的变化，并将其转换成电信号。
2.数据采集设备采集传感器转换后的数字信号，并进行处理。
3.数据采集设备将处理后的数据通过无线传输设备传输给数据接收和处理终端。
4.数据接收和处理终端接收到数据后进行存储，并进行分析和展示。
四、系统优势和应用1.实时性：土壤湿度无线检测系统可以实时监测土壤湿度的变化，并将监测数据实时传输给数据接收和处理终端，农民或农艺师可以及时了解到土壤湿度的变化情况。
2.准确性：传感器可以精确感知土壤湿度的变化，数据采集设备可以高精度地采集和处理数据，确保数据的准确性。
基于土壤湿度监测的智能浇灌系统设计
基于土壤湿度监测的智能浇灌系统设计摘要智能浇灌系统在现代农业生产中起到了至关重要的作用。
为了满足农业生产的需要，本文设计了一种基于土壤湿度监测的智能浇灌系统。
该系统采用了传感器和控制器进行土壤湿度的监测和浇灌的控制，通过计算机算法实现了自动浇灌的过程。
实验结果表明，该系统具有较高的精度和可靠性，可以有效地提高农业生产的效率和收益。
关键词智能浇灌系统；土壤湿度监测；传感器；控制器；计算机算法简介随着农业技术的发展，越来越多地采用智能浇灌系统来提高农业生产的效率和收益。
智能浇灌系统通过传感器对土壤湿度进行实时监测，并根据计算机算法进行自动浇灌，以达到节约水资源、提高农业生产的目的。
本文将介绍一种基于土壤湿度监测的智能浇灌系统的设计方案。
该系统可实现自动化浇灌，不仅能够节约水资源，而且可以确保植物拥有所需的水量。
介绍系统的组成部分和工作流程后，我们将对该系统进行实验验证，并分析实验结果，最后对该系统进行总结和展望。
系统组成智能浇灌系统由传感器、控制器和计算机算法三个部分组成，如图所示。
智能浇灌系统组成示意图智能浇灌系统组成示意图传感器传感器是智能浇灌系统的重要部分，它用于检测土壤湿度。
传感器采用电容式测量方法，即通过读取土壤与探针之间电容器对土壤贡献值的变化来计算状态。
控制器控制器用于控制浇灌系统的开关，根据计算机算法的结果来控制水泵开启或关闭。
该控制器采用可编程逻辑控制（PLC）技术，可以设置适当的浇灌时间和水量。
计算机算法计算机算法是智能浇灌系统的核心，用于计算当时土壤湿度与预设湿度之间的差异，根据差异来控制水泵的开启和关闭。
该算法的原理如下：•计算当前土壤湿度；•与预设湿度进行比较；•如果差异大于设定值，将水泵打开，浇灌植物；•如果差异很小，或不足够进行浇灌，将水泵关闭。
工作流程智能浇灌系统的工作流程如下：1.启动系统2.系统开始工作，传感器监测土壤湿度3.将土壤湿度的读数传回给控制器4.控制器根据计算机算法的结果控制水泵的开启或关闭5.系统工作一段时间后，进入休眠状态。
基于Arduino的智能土壤湿度检测与控制系统设计
基于Arduino的智能土壤湿度检测与控制系统设计一、引言随着科技的不断发展，智能化设备在各个领域得到了广泛的应用。
其中，智能农业作为现代农业的重要组成部分，通过引入先进的技术手段，提高了农作物的产量和质量。
本文将介绍基于Arduino的智能土壤湿度检测与控制系统设计，旨在帮助农民更好地管理农田灌溉，提高农作物的生长效率。
二、系统设计1. 系统组成智能土壤湿度检测与控制系统主要由Arduino开发板、土壤湿度传感器、继电器模块和水泵等组成。
Arduino开发板作为系统的核心控制单元，通过连接土壤湿度传感器实时监测土壤湿度情况，并根据设定的阈值控制继电器模块来启动或关闭水泵，实现对灌溉系统的智能控制。
2. 系统原理土壤湿度传感器通过测量土壤中的电导率来判断土壤湿度情况，将采集到的数据传输给Arduino开发板进行处理。
Arduino开发板根据预先设定的湿度阈值，当土壤湿度低于设定值时，通过继电器模块控制水泵进行灌溉；当土壤湿度达到设定值时，关闭水泵停止灌溉，从而实现对土壤湿度的智能监测和控制。
三、系统实现1. Arduino编程首先，在Arduino集成开发环境（IDE）中编写程序，通过串口将传感器采集到的数据发送给Arduino开发板，并根据预设条件进行判断和控制。
具体代码如下：示例代码star：编程语言：arduinoint sensorPin = A0; // 定义传感器接口int sensorValue = 0; // 定义传感器数值void setup() {Serial.begin(9600); // 初始化串口通信}void loop() {sensorValue = analogRead(sensorPin); // 读取传感器数值 Serial.print("Soil Moisture: ");Serial.println(sensorValue); // 打印土壤湿度数值delay(1000); // 延时1秒}示例代码end2. 硬件连接将Arduino开发板与土壤湿度传感器、继电器模块和水泵按照电路图连接好，确保各个模块之间正常通信和供电。
土壤温湿度智能检测系统设计
2.2 大数据的特点 实际上，我国进入大数据时代的时间并不是很长，但 是却出现了十分显著的特点，可以归纳为以下几点：第 一，数据量巨大，这是基于大数据技术的基本定义便可 知晓的，指的是大数据技术背景下，拥有巨大的数据资 源。值得注意的是，伴随着信息量的骤增，当前所采用 的信息处理技术可以完成的数据处理比例却呈现出逐渐 下降的趋势；第二，数据类型多元化，伴随着计算机技 术的不断发展与成熟，互联网技术已经在国人生活、工 作、学习等方面高度普及，数据资源的种类自然也会变 得越来越丰富，其直接体现了大数据信息类型多元化特 征；第三，大数据信息高速化，数据资源的大幅度增加 让计算机用户提升了对数据进行处理的需求，与之相对 应的，便是针对数据信息的处理速度也要得到提升；第 四，变异性提升，在大数据背景下，数据拥有了多层结构， 体现出多种样式、多个种类，同传统商业信息数据对比， 大数据展现出了更加显著的模糊性以及无规律性特征， 这导致采用原有的应用软件对数据开展分析工作的难度
先对大数据进行了概述，在此基础上分析了大数据时代背景下常见的计算机信息处理技术的核心内容，最后探讨了在大
数据背景下计算机信息处理技术今后的发展趋势，以期为从事相关领域研究的人员提供一定借鉴。
【关键词】大数据；计算机；信息处理技术
【中图分类号】TP274
【文献标识码】A
【文章编号】1009-5624（2021）06-0123-03
土壤温湿度智能检测系统具有体积小巧，操作较为简 单、高效，而且能够通过 W i - F i 技术来实时监测土壤环 境、数据实时传输且数据精确极高的特点，而且可以通 过手机 A P P 查看数据分析，极大程度上方便了种植户对 农作物生长环境的了解，使得种植户能够根据检测数据， 做出相对应的改善措施，达到改善农作物的生长环境、 提高农作物的产量以及品质的目的。因此，温湿度土样 智慧检测系统可以广泛应用于对土壤温湿度要求极高的 花果种植，以及反季节蔬菜水果等农业种植。相比之下， 旧版温湿度监测系统只能通过实地考察实际情况，进行 经验性相关观察测量，精确度相对不精确 [2]。本项目所
土壤墒情监测(技术设计、设备)
土壤墒情监测（技术设计与、设备）1土壤墒情监测技术设计土壤墒情监测是通过常年降雨量、温度、湿度和光照的观测记录，对监测点所在区域不同层次土壤含水量、农业生产技术配置、作物长势、灾害性天气等观测记载。
掌握‘土壤水分’动态变化规律，了解降水、灌溉及土壤水分变化与农业生产之间的关系，从而为农业生产的抗旱减灾和提高水资源生产效率提供科学依据。
1.1土壤墒情监测站的建设按照农业部土壤墒观测站建设要求，每个县建立土壤墒情监测自动观测点4个（按每个县不同海拨高度设置监测点），各监测点具体位置分在××乡××村。
1.2土壤墒情观测的方法自动监测点是以土壤水分测试仪和小型气象站进行实时自动监测。
安装土壤墒情与旱情管理系统，将土壤水分测试仪4个测量传感器分别水平埋入10cm、30cm、50cm、80cm的土层中，各传感器与多通道数据采集器连接。
1.3数据采集自动墒情监测点的数据设置为每日记录24次，每隔一小时自动记录一正文 第1页 共3页次，必须及时下载数据，防止数据丢失。
1.4土壤墒情的分析与评价采用实验归纳法，按不同作物、不同土壤质地分别建立土壤墒情等级评价指标。
据作物主要根系分布层土壤含水量对作物的满足程度划分为‘涝渍、适宜、轻旱、中旱、重旱、极旱’等7个等级。
对监测数据进行整理分析，与作物长势相结合，以‘土壤质地、土壤含水量、田间持水量、毛管断裂含水量、凋萎含水量、主要根系分布层深度和受旱作物比例’为评价因子，对土壤墒情做出科学评价，结合当实际，提出解决旱情和涝情技术措施。
1.5信息汇报每月10日和25日将土壤墒情监测数据上报省土肥站，在农作物播种期、关键生育期和气象灾害发生起，增加检测频率和报告次数；省土肥站将监测数据汇总分析后，上报全国农技中心农业节水信息网。
并且各监测县每月编写一期土壤墒情监测简报上传中国节水农业信息网。
2土壤墒情监测点所需仪器自动墒情监测点需要仪器：（1）土壤墒情与旱情管理系统，型号TZS-12J，包括6个探头、无线接收模块部分、信号节点主板、太阳能、蓄电池、发射器、防雨箱和架子；（2）土壤旱情指标评价系统（软件）；正文 第2页 共3页（3）防锈铁丝网围栏（2.5长，2米宽，2.5米高），耕地占用费（5平方米20年使用费）。
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2M 2M
1
C4 HS110 1
2 4 6
GND
1.AT89C52单片机和时钟晶振电路和复位电路
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，如图2所示。片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存 储器（RAM），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MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。
6.按键模块
在设置设定值的界面里S1为确定键，S2为下翻键，S3上翻 键。设置界面里有最低值设置和最高值设置两个选项。设 置设定值时，S1为确定键，S2为加一键，S3为减一键。这 些按键通过P1.3、P1.4、P1.5三个引脚与单片机相连。
开始
软件设计模块 扫描键盘 否 是否有摁 键下
是
测量土壤湿度 度
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 REST P 3.0/ RXD P 3.1/ TXD P 3.2/ INT0 P 3.3/ INT1 P 3.4/ T0 P 3.5/ T1 P 3.6/ WR P 3.7/ RD XTAL2 XTAL1 GND
C2
30P
PNP901 2
GND
S1 SW-PB S2 SW-PB S3
SW-PB
R3 10k
GND
GND
Y1 12M C1 30P GND
R4 1k
2
P1 POWE R 1
电源 +5
3
S1 GND
1 3 5
U1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
STC8 9C52
R15
VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE SPEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
R16
+5 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
系统的总体设计
以51单片机为主控芯片，各部分功能用外部电 路来完成，主要包括时钟晶振电路，湿度测量 电路，液晶显示模块，报警模块，按键模块。
简单的硬件系统架构图
Lcd1602显示模块
时钟电路 电源电路
AT89C52
按键模块
湿度采集模块 报警模块
五大模块：
1 . AT89C52单片机 2.时钟晶振电路和复位电路 3. 湿度测量电路 3.液晶显示模块 4. 报警模块 5.按键模块
系统方案论证
本设计的核心是湿度值的测量，选择HSll01 电容式湿 度传感器后，如何将电容的变化量准确地转变为计算 机易于接受的信号，是实现本设计的关键。
经过检索后，发现两种方案： 方案一：将该湿敏电容置于运放与阻容组成的桥式振
荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放 大、再A／D 转换为数字信号； 方案二：将该湿敏电容置于555 振荡电路中，将电容 值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，可直接被 计算机所采集。 出于简单易操作考虑，此次设计采用方案二。
J1
1 2 3 4 5 6 7 8 9
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
103 _10k
+5
R18 10K
30K
30K
+5
8
4
R13 200 K
R14
R17
U3 200 K
10K
RESET VCC
2
TRIG
DISCHG
7
R6
30K
THOLD
6
3
OUT
CVOLT
5
GND
R11 R12
555
200
190
电 容
180
/pF
170
1600Βιβλιοθήκη 204060
80
100
相对湿度%
HSll01湿度—电容响应曲线
湿度测量电路
4.液晶显示模块
LCD1602液晶显示模块，它可以显示两行，每 行16个字符，采用+5V电源供电。
5. 报警模块
该系统的主要功能就是在土壤湿度高于最高设 定值和低于最低设定值时做一个报警提醒。
外接晶体以及电容C2和C1构成并联谐振电路，它们起稳定振AT8荡9C5频2 率、快速 起振的作用，其值均为30P左右，晶振频率选6MHz[4]。实现上电复位和按 键复位的双重复位功能。
谐振电路
图2 AT89C52单片机和谐振电路
3. 湿度测量电路
本次设计采用HSll01 电容湿度传感器，下图为湿度—电容响应曲线。相对 湿度在0％-100％RH 范围内；电容量由162pF 变到200pF，其误差不大于 ±2％RH；响应时间小于5s；温度系数为0．04pF／℃。可见精度是较高的。
土壤湿度测量系统的设计
大体计划设计：为了能够精确的测出土壤湿度，设计了以 AT89C52单片机为核心的土壤湿度计。硬件部分采用 LCD1602作为显示屏，土壤湿度传感器则采用HSll01，它是 一款电容式传感器，电容值会随湿度的变化而变化，将 HS1101置于555振荡电路中，将电容信号转换为电压频率 信号。利用单片机的中断读取数据，以单片机为核心对数 据进行记录、存储、处理和报警。电源接口采用的是USB 接口。软件部分则采用C语言实现，通过分模块编写程序， 逐一实现土壤湿度测试，报警等功能。
D2
2
KA
1
R8
1k
GND
LED
D1
2
KA
1
R7
1k
LED
LS1
+5
160 2
+5
16PIN
16
14 15
13
12
11
109
8
7
6
5
4
3
2
1
R9
10k
GND
+5
D0D1D2D3D4D5D6D7 GND
GND +5
R10 1.5k
2 4 6
1 3 5
SPEAKER
GND +5
+ C3 10u f
Q1 R2 2.2k
将湿度存入寄存 器器
调用显示程序显 示湿度
向串口发送湿度值
否
调用湿度报告 检测
是否超出报警 值
是
蜂鸣器报警
程序流程图
针对HSll01 ，采用555振荡电路，将电容的变化量准确地转变为计算机易 于接受的电压频率信号，电路下图所示。利用该振荡电路产生的两个暂稳 态过程的交替，可实现方波输出，该方波信号的频率即对应了反应湿度值 的传感器电容大小。将湿敏电容经振荡电路变换后的脉冲频率信号送入单 片机的定时／计数器T1，T1 工作于方式1 为16 位计数器，定时记录脉冲 数并存入内存缓冲区，用于计算对应湿度值。