道路溫度報警與綠化澆水智能系統(tǒng)的研究

賈亞飛，翟 娟

（揚州大學(xué)廣陵學(xué)院，江蘇 揚州 225009）

0 引言

城市機動車道路和綠化帶的保養(yǎng)對于改善道路壽命和綠化植物狀況，走可持續(xù)發(fā)展的道路成為城市發(fā)展建設(shè)的主要工作。道路和綠化帶作為美化城市、塑造城市形象的重要部分，更是人類出行所必備的基礎(chǔ)。因此，對城市道路和綠化帶的養(yǎng)護的研究有著重要的理論指導(dǎo)意義。

本文主要選取AT89S52單片機作為控制單元，選取DB18B20溫度傳感器、YL-69土壤濕度傳感器分別作為道路溫度、土壤濕度的測量單元，以LCD顯示器作為溫度和濕度的顯示部分，分別以蜂鳴器與報警燈、繼電器作為動作部分。單片機作為“大腦”實時與溫度傳感器和濕度傳感器保持著通信狀態(tài)，不斷從DS18B20、YL-69獲取新檢測到的數(shù)據(jù)，并在內(nèi)部進行分析處理。當檢測到的實時數(shù)據(jù)超出設(shè)置的報警值上限的時候，蜂鳴器指示燈、繼電器各自動作。

1 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

該系統(tǒng)（如圖 1）主要由單片機、土壤濕度傳感器、溫度傳感器、繼電器控制閥門、蜂鳴器指示燈、LCD、按鍵。當檢測到的溫度高于設(shè)置的報警值的時候，蜂鳴器指示燈報警并指示路政部門進行灑水降溫作業(yè)；土壤濕度傳感YL-69實時檢測綠化帶土壤濕度，當土壤濕度低于設(shè)定的濕度，繼電器將自動吸合，啟動噴淋做加濕動作，達到設(shè)定濕度時自動停止。

圖1 道路溫度報警與綠化澆水智能系統(tǒng)設(shè)計Fig.1 The design of the intelligent system of road temperature alarm and green belt watering

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 主控模塊

AT89S52作為整個系統(tǒng)的主控單元，是一種高性能 CMOS8位微控制器并且內(nèi)部擁有 8K可編程Flash存儲器[1-4]。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。系統(tǒng)通過各元件反饋的信息，及時進行處理并將結(jié)果再傳送到各端口，實現(xiàn)既定的控制功能，以滿足所需性能指標。AT89S52具如下功能:

（1）8位的CPU，片內(nèi)有晶振和時鐘電路，工作頻率為0~24 MHZ；

（2）片內(nèi)有256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器RAM；

（3）片內(nèi)有8K字程序存儲器ROM；

（4）4個八位的并行I/O口（P0、P1、P2、P3）；（5）1個全雙工串行通訊口；（6）3個16位定時器/計數(shù)器（T0、T1、T2）（7）可處理6個中斷源，兩集中斷優(yōu)先級；AT89S52可降至0 Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。

2.2 溫度檢測電路

該系統(tǒng)所用的溫度傳感DS18B20，具有抗干擾性能強、低功耗、微型化、易配微處理器等優(yōu)勢，能夠?qū)崟r溫度直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，便于處理[5-7]。完成溫度轉(zhuǎn)換需要以下幾步：

DS18B20采用單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；測量溫度區(qū)間可控制在-55℃~+125℃之間，檢查溫度的固有分辨率達到0.5℃，具有很高的適用性：適用于 DN15~25，DN40~DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫。DS18B20電路接線示意圖如圖2。

圖2 DS18B20 電路接線原理示意圖Fig.2 Schematic diagram of DS18B20 circuit wiring

2.3 濕度檢測電路

YL-69傳感器是用來測量土壤濕度的傳感器芯片。內(nèi)部是個電容，收到濕度的影響，濕度影響它的電阻，土壤里面的水分發(fā)生變化時，它的阻值變化從而能產(chǎn)生變化的電信號，這樣就能將濕度直接轉(zhuǎn)化成電信號。YL-69與單片機接線示意圖如圖 3。

圖3 YL-69與單片機接線示意圖Fig.3 Schematic diagram of YL-69 and the MCU wiring

2.4 LCD 顯示與報警、噴淋電路

液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)運行時，對于LCD顯示控制，只要向LCD送入對應(yīng)的命令便可進行相應(yīng)的顯示。LCD的引腳示意圖如圖4。

圖4 LCM 的引腳示意圖Fig.4 Schematic diagram of LCM pin

報警電路包括蜂鳴器與指示燈[8]。在讀取DS18B20測量的實時溫度值后，然后將此數(shù)值和預(yù)設(shè)的報警溫度門限進行對比判斷。如果當前溫度大于報警溫度的上限值，則啟動蜂鳴器和報警燈進行報警，來指示路政部門來進行灑水降溫[8]。報警電路示意圖如圖5。

圖5 報警電路示意圖Fig.5 Schematic diagram of alarm circuit

噴淋電路包括繼電器與噴淋[9,10]。YL-69作為土壤濕度傳感器，把土壤檢測的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C系統(tǒng)中，并通過單片機I/O輸出到LCD上進行顯示。單片機分析YL-69土壤濕度檢測裝置檢測到的土壤數(shù)據(jù)，然后進行相應(yīng)的動作。當傳感器檢測到的土壤濕度值低于設(shè)定的下限值時，單片機控制繼電器動作，進而進行噴淋；當系統(tǒng)檢測到的濕度值超出設(shè)定的上限時，系統(tǒng)控制繼電器不再噴淋。噴淋電路示意圖如圖6。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

圖6 噴淋電路示意圖Fig.6 Schematic diagram of watering circuit

該智能系統(tǒng)分為：溫度采集分析功能、濕度采集分析功能、LCD顯示功能、按鍵設(shè)定溫度值與濕度值功能。溫度采集分析功能：對溫度傳感器送過來的實時數(shù)據(jù)分析，然后判斷否執(zhí)行報警程序和LCD顯示。濕度采集處理程序：對濕度芯片送過來的數(shù)據(jù)進行處理，進行判斷和顯示，然后根據(jù)濕度值的大小確定是否進行噴淋動作。LCD顯示：向LCD送溫度和濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機的分析，進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示。按鍵設(shè)定程序：可以設(shè)定低溫和高溫報警可精確到0.1℃。主程序的作用是用作溫度和濕度的數(shù)據(jù)顯示、讀出DS18B20、YL-69的測量的溫度值和濕度值讀溫度流程圖：讀溫度的主要功能是從DS18B20中讀出環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，移入到相應(yīng)暫存器。其流程如圖7所示。

圖7 讀溫度流程圖Fig.7 Flow chart of reading the temperature

讀濕度流程圖：讀濕度的主要功能是從 YL-69中讀出土壤濕度數(shù)據(jù)，移入相應(yīng)暫存器保存。其流程如圖8所示。

圖8 讀濕度流程圖Fig.8 Flow chart of reading humidity

4 系統(tǒng)的實現(xiàn)

該項目用 Proteus繪制該智能系統(tǒng)的電路原理圖，在Keil C軟件進行相關(guān)程序的測試，從而確定系統(tǒng)的各項功能。

控制系統(tǒng)功能是：在電源接通的后，DS18B20、YL-69將檢測道路溫度、綠護帶土壤濕度，將溫度與濕度數(shù)據(jù)傳給AT89S51，單片機將處理所得數(shù)據(jù)，將實時溫度值和濕度值顯示在LCD上。道路溫度上下限和土壤濕度上下限決定了報警電路、噴淋電路是否動作。

5 結(jié)束語

本文從系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)入手，闡述了基于AT89S52單片機的道路溫度報警與綠化澆水智能系統(tǒng)的工作原理。進而將重點放在主控制器模塊、溫度測量與顯示模塊、濕度測量與顯示模塊與報警和噴淋裝置模塊四大主要模塊的分析和設(shè)計上。最后提出了系統(tǒng)的軟件設(shè)計的方法，為后續(xù)道路溫度報警與綠化澆水智能系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)和調(diào)試打下了基礎(chǔ)。

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