单片机的土壤温湿度检测
单片机的土壤温湿度检测[20200123190109]
【摘要】
本系统采用STC89C54单片机和DHT21温湿度传感器，通过单片机的控制实现对土壤温湿度的检测，能达到对花卉及农作物科学养殖的效果。并通过三个按键实现温湿度上下限的调整，使用USB供电，软件部分则是本系统所使用的C语言程序。制作一个简易的温湿度检测系统。此系统完全基于单片机最小系统并进行一定的改进，系统电路简单，工作稳定，调试方便，可以精确到0.1度，因此具有一定实用性。可以对土壤温湿度进行简易的监测，方便人们对土壤进行调整。
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关键字:】STC89C54；DHT21温湿度传感器；LCD1602
引言 1
绪论 2
一、单片机土壤温湿度检测系统设计方案 3
(一)单片机简介 3
(二)单片机选择 3
(三)STC89C54单片机特点 4
(四)传感器简介 6
(五)传感器选择 7
(六)显示器选择 8
二、系统硬件结构 8
(一)硬件电路及元件清单 8
(二)单片机最小系统 8
(三)LCD1602显示电路设计 9
(四)按键设计 10
(五)继电器电路设计 11
三、系统软件设计 13
(一)系统流程设计 13
(二)C语言程序见附录 13
四、调试 14
总结 15
参考文献 16
谢辞 17
附录 18
引言
由于时代的进步，人民生活的极大提高，人们对于农产品质量的要求也不同，而由于温湿度差异所造成的影响对植物造成了极大的不便。对土壤环境温湿度的检测已经成了一项必不可少的研修方向。当温湿度可以把握的情况下，人们可以根据需要调节土壤环境。
研究温湿度的检测很有必要，它可以让人们正确把握自身环境，同时也可以据此预测环境的变化等等,具有比较重要的意义。设计的内容主要是温湿度的检测。设计中采取了数字化的温度检测，当环境温度发生改变时，湿度传感器和温度传感器也将同时发生变化、主要是其中的感应电阻会发生阻值的变化，并通过电路将之转化为电压型号，再由A/D转换器变为数字信号送入单片机中，通过单片机进行数据的过滤处理，再由单片机将信号传出通过外部显示设备显示该温湿度。
绪论
土壤湿度代表土壤含水量，是土壤的重要物理性质之一。在自动化农业生产中，对土壤湿度的检测，是实现自动、精确灌溉的地一个技术环节，也是研究土壤性质的一项重要工作。
在测定土壤湿度的方法中，最直接的烘干法虽然测定准确，但采样、烘干费时费事，不适用于自动化控制中对土壤湿度的适时测量。田间土壤湿度的适时测量方法主要有：电导法、热传导法（电热法）、微波法、负压计法、中子测定法、电容法等。各种方法都有其不足之处：负压计法仅能测定土壤毛细管段的含水；电导法是通过测量土壤的电导率，间接得出土壤湿度值，由于土壤电导率不仅仅与土壤湿度相关，还与土壤中的离子种类和浓度相关，因此测量受灌溉的水质和施肥影响较大；电热法、微波法等在操作方法、重现性和使用灵活方面也有一定的局限性；中子法测量范围宽，精度高，但成本相对较高，具有一定的核辐射危险，不适合普通农业使用；电容法利用了水的高介电常数特性，将被侧土壤作为电介质，与探测体（探测头）构成电容器，通过测量该电容的容量变化，判断土壤的湿度，它也是一种间接测量法，由于土壤的介电常数也不仅仅与含水量相关，因此测量准确性也不够高。
综上所述，其实准确适时地测量土壤的湿度，并不是一件简单的事情。况且，在自然情况下，土壤湿度的变化是一个缓慢的过程，即使解决了湿度的感知问题（传感器问题），在电路方面，对这种缓慢变化的，近乎直流的电信号进行高精度的处理也非易事。
对土壤湿度的检测技术，在实施自动化农业中具有极其重要的意义，其产品有非常广泛的应用前景，但目前国内在这方面的应用研究还比较少。应用比较多的还是ＦＤＲ传感器方法，操作简单，重复性好，价格便宜，适合对全国各个地区的各种土质湿度进行测试
一、单片机土壤温湿度检测系统设计方案
（一）单片机简介
单片机的内部结构如图1-1所示
图1-1单片机内部结构框图
单片机特点：功能完善，接口多样;性价比高；开发周期短，易于产品化；
集成度高，可靠性好，抗干扰性强；低功耗，总线多样，易于扩展；
单片机内包含下列几个部件：一个8位CPU。一个片内振荡器及时钟电路。4KB ROM程序存储器。256B RAM数据存储器。 两个16位定时器/计数器。可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储器空间的控制电路。32条可编程I/O线（4个8位并行I/O端口）。 一个可编程全双工穿行口。 具有5个中断源、两个优先级嵌套中断结构。
（二）单片机选择
方案一：采用AT89C51单片机作为硬件核心。其内部具有4KB Flash ROM存储空间，可以用3V的比较低压工作，能与MCS-51系列单片机完全兼容，但是在电路设计的应用中由于不具备ISP在线编程技术，当在对电路进行调试时，由于对程序的错误修改或程序的新增功能需要烧入程序时，其会造成一定的损坏当对芯片的多次拔插时。
方案二：采用STC89C54单片机作为硬件核心。具有8K 在系统可编程Flash 存储器，可以用3V的比较低压工作，其能与MCS-51系列单片机完全兼容，AT89C51的功能完全具有，当在对电路进行调试时，由于对程序的错误修改或程序的新增功能需要烧入程序时，也不必要对芯片重复拔插，所以很大程度上对芯片造成损坏基本没有。
STC89C54和AT89C51都是8051的内核，只不过54的内部资源比51多，比如增加了一个16位的计数器T2，当然相应的特殊寄存器(SFR)也有了一点变化，另外52的内存也从51的128字节提高到了256字节，ROM也从4K提高到8K，可以容纳更大的程序空间，但是若单从运算速度来讲，由于二者都是8051的直系后代，基本上可以认为二者运算性能相同。考虑到内存的增加对较复杂的程序带来的好处，54的总体性能是要比51好。另外54比C51还增加了ISP功能，就是在线可编程功能，这可是很有用的功能，首先是省去购买编程器的钱。
两者在价格上区别不大，综上比较，根据本设计内容选择方案二。
（三）STC89C54单片机特点
STC89C54是一种高性能、低功耗的CMOS八位微控制器，具有8K在系统在线可编程Flash存储器，使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品引脚和指令完全兼容。片上Flash允许ROM在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使其为众多嵌入式控制应用系统提供灵活的解决方案。
单片机实物如图1-2所示
图1-2 STC89单片机
STC89系列单片机都采用40个引脚的双列直插封装方式，引脚如下图所示，包括2个电源引脚、2个时钟引脚、4个控制引脚、32个I/O接口。
如图1-3所示：
图1-3 STC89C54单片机引脚图
STC89C54各引脚功能介绍：
VCC/GND：供电电源。
P0口：可以被定义为数据/地址的低八位，能够用于外部程序/数据存储器。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。
【摘要】
本系统采用STC89C54单片机和DHT21温湿度传感器，通过单片机的控制实现对土壤温湿度的检测，能达到对花卉及农作物科学养殖的效果。并通过三个按键实现温湿度上下限的调整，使用USB供电，软件部分则是本系统所使用的C语言程序。制作一个简易的温湿度检测系统。此系统完全基于单片机最小系统并进行一定的改进，系统电路简单，工作稳定，调试方便，可以精确到0.1度，因此具有一定实用性。可以对土壤温湿度进行简易的监测，方便人们对土壤进行调整。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】STC89C54；DHT21温湿度传感器；LCD1602
引言 1
绪论 2
一、单片机土壤温湿度检测系统设计方案 3
(一)单片机简介 3
(二)单片机选择 3
(三)STC89C54单片机特点 4
(四)传感器简介 6
(五)传感器选择 7
(六)显示器选择 8
二、系统硬件结构 8
(一)硬件电路及元件清单 8
(二)单片机最小系统 8
(三)LCD1602显示电路设计 9
(四)按键设计 10
(五)继电器电路设计 11
三、系统软件设计 13
(一)系统流程设计 13
(二)C语言程序见附录 13
四、调试 14
总结 15
参考文献 16
谢辞 17
附录 18
引言
由于时代的进步，人民生活的极大提高，人们对于农产品质量的要求也不同，而由于温湿度差异所造成的影响对植物造成了极大的不便。对土壤环境温湿度的检测已经成了一项必不可少的研修方向。当温湿度可以把握的情况下，人们可以根据需要调节土壤环境。
研究温湿度的检测很有必要，它可以让人们正确把握自身环境，同时也可以据此预测环境的变化等等,具有比较重要的意义。设计的内容主要是温湿度的检测。设计中采取了数字化的温度检测，当环境温度发生改变时，湿度传感器和温度传感器也将同时发生变化、主要是其中的感应电阻会发生阻值的变化，并通过电路将之转化为电压型号，再由A/D转换器变为数字信号送入单片机中，通过单片机进行数据的过滤处理，再由单片机将信号传出通过外部显示设备显示该温湿度。
绪论
土壤湿度代表土壤含水量，是土壤的重要物理性质之一。在自动化农业生产中，对土壤湿度的检测，是实现自动、精确灌溉的地一个技术环节，也是研究土壤性质的一项重要工作。
在测定土壤湿度的方法中，最直接的烘干法虽然测定准确，但采样、烘干费时费事，不适用于自动化控制中对土壤湿度的适时测量。田间土壤湿度的适时测量方法主要有：电导法、热传导法（电热法）、微波法、负压计法、中子测定法、电容法等。各种方法都有其不足之处：负压计法仅能测定土壤毛细管段的含水；电导法是通过测量土壤的电导率，间接得出土壤湿度值，由于土壤电导率不仅仅与土壤湿度相关，还与土壤中的离子种类和浓度相关，因此测量受灌溉的水质和施肥影响较大；电热法、微波法等在操作方法、重现性和使用灵活方面也有一定的局限性；中子法测量范围宽，精度高，但成本相对较高，具有一定的核辐射危险，不适合普通农业使用；电容法利用了水的高介电常数特性，将被侧土壤作为电介质，与探测体（探测头）构成电容器，通过测量该电容的容量变化，判断土壤的湿度，它也是一种间接测量法，由于土壤的介电常数也不仅仅与含水量相关，因此测量准确性也不够高。
综上所述，其实准确适时地测量土壤的湿度，并不是一件简单的事情。况且，在自然情况下，土壤湿度的变化是一个缓慢的过程，即使解决了湿度的感知问题（传感器问题），在电路方面，对这种缓慢变化的，近乎直流的电信号进行高精度的处理也非易事。
对土壤湿度的检测技术，在实施自动化农业中具有极其重要的意义，其产品有非常广泛的应用前景，但目前国内在这方面的应用研究还比较少。应用比较多的还是ＦＤＲ传感器方法，操作简单，重复性好，价格便宜，适合对全国各个地区的各种土质湿度进行测试
一、单片机土壤温湿度检测系统设计方案
（一）单片机简介
单片机的内部结构如图1-1所示
图1-1单片机内部结构框图
单片机特点：功能完善，接口多样;性价比高；开发周期短，易于产品化；
集成度高，可靠性好，抗干扰性强；低功耗，总线多样，易于扩展；
单片机内包含下列几个部件：一个8位CPU。一个片内振荡器及时钟电路。4KB ROM程序存储器。256B RAM数据存储器。 两个16位定时器/计数器。可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储器空间的控制电路。32条可编程I/O线（4个8位并行I/O端口）。 一个可编程全双工穿行口。 具有5个中断源、两个优先级嵌套中断结构。
（二）单片机选择
方案一：采用AT89C51单片机作为硬件核心。其内部具有4KB Flash ROM存储空间，可以用3V的比较低压工作，能与MCS-51系列单片机完全兼容，但是在电路设计的应用中由于不具备ISP在线编程技术，当在对电路进行调试时，由于对程序的错误修改或程序的新增功能需要烧入程序时，其会造成一定的损坏当对芯片的多次拔插时。
方案二：采用STC89C54单片机作为硬件核心。具有8K 在系统可编程Flash 存储器，可以用3V的比较低压工作，其能与MCS-51系列单片机完全兼容，AT89C51的功能完全具有，当在对电路进行调试时，由于对程序的错误修改或程序的新增功能需要烧入程序时，也不必要对芯片重复拔插，所以很大程度上对芯片造成损坏基本没有。
STC89C54和AT89C51都是8051的内核，只不过54的内部资源比51多，比如增加了一个16位的计数器T2，当然相应的特殊寄存器(SFR)也有了一点变化，另外52的内存也从51的128字节提高到了256字节，ROM也从4K提高到8K，可以容纳更大的程序空间，但是若单从运算速度来讲，由于二者都是8051的直系后代，基本上可以认为二者运算性能相同。考虑到内存的增加对较复杂的程序带来的好处，54的总体性能是要比51好。另外54比C51还增加了ISP功能，就是在线可编程功能，这可是很有用的功能，首先是省去购买编程器的钱。
两者在价格上区别不大，综上比较，根据本设计内容选择方案二。
（三）STC89C54单片机特点
STC89C54是一种高性能、低功耗的CMOS八位微控制器，具有8K在系统在线可编程Flash存储器，使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品引脚和指令完全兼容。片上Flash允许ROM在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使其为众多嵌入式控制应用系统提供灵活的解决方案。
单片机实物如图1-2所示
图1-2 STC89单片机
STC89系列单片机都采用40个引脚的双列直插封装方式，引脚如下图所示，包括2个电源引脚、2个时钟引脚、4个控制引脚、32个I/O接口。
如图1-3所示：
图1-3 STC89C54单片机引脚图
STC89C54各引脚功能介绍：
VCC/GND：供电电源。
P0口：可以被定义为数据/地址的低八位，能够用于外部程序/数据存储器。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。
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