基于 STC單片機的混凝土智能澆水養護系統設計

馬洪波 鄭嘉元 白浩等

摘 要：隨著電力系統智能電網提出，包括運行、維護、售電、調度等各個環節，基建施工生產作為其中的基礎，智能化發展趨勢也日益顯露其重要之處。基于STC12C5A60S2單片機的混凝土智能澆水養護系統設計， 使用環境溫濕度傳感模塊、顯示數據模塊、GSM、通信模塊，連接水泵裝置，對混凝土澆制后初期階段進行養護，在改善質量的同時避免人為操作對工程質量的影響。

關鍵詞：STC12C5A60S2單片機;溫濕度傳感模塊;顯示數據模塊;GSM模塊;水泵

混凝土澆制后初期階段的養護非常重要。根據《110kV-750kV架空輸電線路施工及驗收規范》（GB 50233-2014）中要求：“日平均氣溫大于等于5℃時，在終凝后12h內開始澆水養護，當天氣炎熱、干燥有風時，應在3h內開始澆水養護，養護時應在基礎模板外側加遮蓋物，澆水次數應能夠保持混凝土表面始終濕潤。且外露的混凝土澆水養護時間不宜少于5晝夜。”混凝土澆筑后，如氣候炎熱、空氣干燥，不及時進行養護，混凝土中水分會蒸發過快，易形成脫水現象，會使已形成凝膠體的水泥顆粒不能充分水化，從而會在混凝土表面出現片狀或粉狀脫落。此外，在混凝土尚未具備足夠的強度時，水分過早的蒸發還會產生較大的收縮變形，出現干縮裂紋。

1 本設計系統功能

本設計將單片機技術應用于較為傳統的混凝土養護施工過程中，通過軟件與硬件結合方式，實現機械化、自動化、智能化的混凝土養護。根據預先設定溫濕度值設定范圍，遠程控制調節水泵噴水周期，現場無需人力澆水現場實施。本系統是基于 STC12C5A60S2單片機的輸電線路混凝土基礎智能養護裝置， 使用DHT11作為現場環境溫濕度傳感模塊，LCD1602作為顯示數據模塊，GSM作為通信模塊，按鍵是用來設定預先數值。通過DHT11溫濕度傳感器進行施工現場溫濕度的采集，單片機 STC12C5A60S2進行信息處理，輸出控制信號，控制信號通過控制繼電器控制水泵電源是否通斷，從而完成自動360度旋轉式澆水，并且具有四種控制方式。

2 裝置硬件選型

芯片的選擇：STC12C5A60S2單片機是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期（1T）的單片機。它是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換（250K/S），針對電機控制，強干擾場合。因此在這個系統中采用STC12C5A60S2作為控制芯片。

顯示器的選擇：在系統的設計過程需要一個顯示基礎施工現場溫濕度值的顯示器。LCD1602是一種專門可以顯示英文字母、阿拉伯數字及符號的點陣型液晶，其能夠同時顯示16*02即32個字符。

電源的選擇：作為裝置的重要組成部分，電源模塊應便于攜帶，可長時間使用、易于補充及更換，安全可靠。太陽能板可穩定、可靠、安全、經濟的進行整個裝置的供電，并且配備蓄電池，儲存多余電能的同時作為備用電源。

檢測模塊的選擇：由水位監測模塊液位計，溫濕度監測模塊DHT11，時鐘模塊DS1302三個部分組成。具有易于采購、便于連接，安裝、數據檢測準確、輸出穩定的特點。

通信模塊的選擇： GSM模塊可用于復雜的施工現場，具有靈敏度高，信號傳遞快的功能。并且由于需要經常更換長期使用，GSM模塊具有性價比高的優點。

養護模塊的選擇：用于裝置進行均勻噴水養護的功能，由水泵、噴頭、水管組成。360度旋轉噴頭具有良好的驅動性能，并且小巧輕便、動力輸出合理。

3 裝置結構及軟件仿真

本系統有電源接口電路、顯示電路、溫濕度，水位檢測電路、繼電器控制潛水泵電路、GSM芯片，蜂鳴器電路、按鍵設置六大部分組成。系統原理圖如圖1所示。

4 裝置功能調試

根據電路原理圖，焊接出實物，在將程序燒錄到STC單片機中。接通電源，改變現場濕度值，觀察水泵是否正常運行。若正常運行則不需要進行硬件的調試工作，反之需要進行硬件的調試。改變裝置的時間設定，觀察水泵是否能按照預先設定值進行噴水養護。通過手機發送相應短信，觀察裝置是否滿足預先設定的功能要求。

調試步驟如下：

（1）檢查電路板電路焊接是否正確及各部件是否松動和安裝正確;

（2）用萬用表檢查是否有虛焊、引腳短路現象;

（3）測試元件是否毀壞;

（4）聯機仿真調試;

（5）測試結果及結論。

5 結束語

混凝土基礎智能養護裝置通過自動澆水裝置，采用現代傳感技術采集施工現場溫濕度數值，應用 STC12C5A60S2單片機為控制核心，具有遠程監測、控制、傳輸指令、收集信息、定時噴水的功能。同時，設置了太陽能電池板及蓄電池裝置有效利用清潔能源。混凝土智能澆水養護系統數據測量準確、自動化控制、簡單實用以及體積小便于運輸等優點，具有較強的推廣應用價值。

參考文獻：

[1]程捷，何晨.基于單片機的溫濕度檢查系統設計與實現[J].儀表技術，2011（06）.

[2]袁騰，王帥，梅明，姜天華.基于單片機原里的可定時自動澆花器[J].高科技產品研發，2012（07）.