论文总字数：21657字

摘 要

为了满足精细农业的作业要求，土壤含水量的迅速、精准的测量是要解决的关键技术。而为了满足土壤含水量的实时监测，并且在快速的条件下达到一定的精度，有必要设计一种移动式土壤水分测量仪器。为此，在不同湿度土壤电阻率不同的研究基础上，提出一种基于STC89C52单片机为核心，通过土壤水分传感器获得土壤湿度数据，经过数模转换送给单片机处理后，实现土壤湿度的自动采集和实时显示。该系统体积小，能手持，便携性强，适用于野外工作，而且功耗很低，性价比高，运行稳定，为精细化农业中的旱情监测和节水灌溉等提供有效的信息。

关键词：STC89C52；LCD1602；土壤水分

Soil Moisture Monitoring System Design Based on MCU

Abstract

In order to meet the requirements of precision agriculture, soil moisture content of rapid, accurate measurement is a key technology to solve. And in order to meet the real-time monitoring of soil water content, and under the condition of rapid reaches a certain accuracy, it is necessary to design a portable soil moisture measuring instrument. Therefore, the study of different humidity, soil resistivity, based on a STC89C52 MCU as the core, the soil moisture data obtained by soil moisture sensor, after dealing with the digital to analog conversion to single chip microcomputer, realize the automatic acquisition and real-time display of the soil moisture. The system is small in size, can hand, portability strong, suitable for field work, and low power consumption, high cost performance, stable operation, for the refinement of agricultural drought monitoring and water saving irrigation, etc. To provide effective information.

Keywords：STC89C52；1602 LCD；Soil moisture rapid

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 选题背景与意义 1

1.2 国内外土壤水分监测方法研究概况 1

第二章 系统总体设计 2

2.1 系统方案设计 2

2.2 系统组成结构 2

2.3 系统工作原理 2

第三章 系统硬件电路设计 3

3.1 系统硬件选型 3

3.2 单片机最小系统 3

3.2.1 STC89C52RC单片机 3

3.2.2 时钟电路 5

3.2.3 复位电路 6

3.3 键盘接口电路 7

3.4 显示电路 7

3.5 ADC0832数模转换模块 9

3.6 FC-28土壤水分传感器 11

3.7 单片机资源使用 12

第四章 系统软件设计 13

4.1 系统功能模块及编译环境 13

4.2 系统各模块子函数设计 13

4.2.1 中断子函数 13

4.2.2 判键子函数 13

4.2.3 显示子程序 14

4.2.4 ADC0832芯片接口程序 14

4.3 总程序流程框图 15

第五章 系统仿真及调试 16

5.1 Keil uVision4程序调试 16

5.2 土壤水分仿真算法 16

5.3 系统仿真及仿真结果 16

5.3.1 仿真设置 17

5.3.2 模拟仿真结果 19

5.4 硬件调试 21

第六章 结束语 23

致 谢 24

参考文献 25

附 录 26

1.元件清单 26

2.原理图 26

3.程序清单 26

第一章 引 言

1.1 选题背景与意义

随着现代科学技术在农业生产中的应用不断深入发展，实时获取农田泥土的相关信息( 如土壤的含水率^[1]) 对实施精准农业是至关重要的。水是生命之源，所有的这一切，人类和所有生命的物质基础，土壤水分是农业生产中的重要参数，在土壤水分的微妙变化对作物生长有很大的影响。在当前水资源日益短缺的背景之下，如何有效开发利用水资源已经成为世界许多国家和地区共同关注的主题。水资源在我国是非常紧缺，但是由于耕种方式落后，大量水资源还会被浪费掉。可以说农业用水占很大比重，但是其利用率也很低。先进国家精细农业的给灌溉用水利用率在75%左右，而我国还不足40%。我国经济社会的快速可持续发展已经被水资源的不合理利用严格制约。

土壤水资源是地表农作物，同时土壤水资源还影响着生态与环境建设，农作物生长以及水资源的合理利用。在农业生产中，判断作物是否需要灌溉，土壤含水量可以作为一个很重要的指标，再配合先进的采用先进的灌溉方法，既可以节约水资源，还可以增加产量。因此，根据实测土壤水分含量的动态变化状况进行墒情监测和节水灌溉，对实施精准农业、节水灌溉以及提高农业生产效益具有重要的经济和社会价值。所以拟开发移动土壤水分监测系统，实现土壤水分的实时采集和显示功能。

1.2 国内外土壤水分监测方法研究概况

土壤水分监测的发展方向主要朝着模块化、小型化、低功耗、高精度等方向发展。而且发展出了多种土壤水分传感器。几种常见的土壤水分测量方法中，烘干法是最精确的，但是这种原始的方法显然不符合现在传感器的发展方向，但是由于它准确率高，可作其他传感器的对照方法，可以方便减小其他传感器的测量误差。烘干法的土壤湿度表示公式为：

介电法是上世纪末流行起来的方法，能够迅速、精确地反应土壤湿度。介电法主要有时域反射法（TDR）、频域反射法（FDR）、驻波法（SWR）等，同时基于不同湿度土壤电阻率不同的电阻法也很流行。时域反射法的测量速度很快，精度极高，但是其设计电路复杂，价格比较高，大规模推广很难实现；频域反射法能够在不破坏地表的前提下，快速精准地得到土壤湿度值，而且价格便宜耐用，不过会受土壤盐分的影响，我国土壤种类繁多，也不利于推广；驻波法虽然也很好，但是依然会受土壤盐影响，而且精度也不及时域反射法。本次毕业设计采用的是一种简单的电阻型传感器，工作原理是不同湿度土壤的电阻不同，通过两根电极插入土壤，使土壤等效成一个电阻，再配合周围电路，得到土壤湿度信号。

第二章 系统总体设计

2.1 系统方案设计

在精细农业中，对水资源的利用都是自动灌溉，而不是传统的人为操作，所以本系统要实现自动实现土壤水分的检测，并且能设定水分含量的阀值，低于或高于都能报警。首先最主要的部分就是主控模块单片机，能够通过编程来对外部信号做出反应，配合相关电路，完成报警的目的，其次是土壤水分检测模块，要能够准确快速的测出土壤水分，还能反映给单片机，但是一般的土壤水分传感器得到的是模拟信号，所以要加AD转换模块才能让单片机识别。接下来要实现液晶显示功能，即简单的人机交互功能，实现阀值的设定和土壤含水量的实时显示，最后就是动作电路，要让蜂鸣器能够断续发声^[3]。

2.2 系统组成结构

本系统由电源电路、STC89C52RC单片机最小系统、土壤水分检测电路、蜂鸣器和LED声光提示电路、设置按键电路和LCD1602液晶显示电路六大电路模块构成。系统的原理图框如图2.1所示。

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