道路温度报警与绿化浇水智能系统的研究

贾亚飞，翟 娟

（扬州大学广陵学院，江苏 扬州 225009）

0 引言

城市机动车道路和绿化带的保养对于改善道路寿命和绿化植物状况，走可持续发展的道路成为城市发展建设的主要工作。道路和绿化带作为美化城市、塑造城市形象的重要部分，更是人类出行所必备的基础。因此，对城市道路和绿化带的养护的研究有着重要的理论指导意义。

本文主要选取AT89S52单片机作为控制单元，选取DB18B20温度传感器、YL-69土壤湿度传感器分别作为道路温度、土壤湿度的测量单元，以LCD显示器作为温度和湿度的显示部分，分别以蜂鸣器与报警灯、继电器作为动作部分。单片机作为“大脑”实时与温度传感器和湿度传感器保持着通信状态，不断从DS18B20、YL-69获取新检测到的数据，并在内部进行分析处理。当检测到的实时数据超出设置的报警值上限的时候，蜂鸣器指示灯、继电器各自动作。

1 系统的总体架构

该系统（如图 1）主要由单片机、土壤湿度传感器、温度传感器、继电器控制阀门、蜂鸣器指示灯、LCD、按键。当检测到的温度高于设置的报警值的时候，蜂鸣器指示灯报警并指示路政部门进行洒水降温作业；土壤湿度传感YL-69实时检测绿化带土壤湿度，当土壤湿度低于设定的湿度，继电器将自动吸合，启动喷淋做加湿动作，达到设定湿度时自动停止。

图1 道路温度报警与绿化浇水智能系统设计Fig.1 The design of the intelligent system of road temperature alarm and green belt watering

2 系统的硬件设计

2.1 主控模块

AT89S52作为整个系统的主控单元，是一种高性能 CMOS8位微控制器并且内部拥有 8K可编程Flash存储器[1-4]。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。系统通过各元件反馈的信息，及时进行处理并将结果再传送到各端口，实现既定的控制功能，以满足所需性能指标。AT89S52具如下功能:

（1）8位的CPU，片内有晶振和时钟电路，工作频率为0~24 MHZ；

（2）片内有256字节数据存储器RAM；

（3）片内有8K字程序存储器ROM；

（4）4个八位的并行I/O口（P0、P1、P2、P3）；（5）1个全双工串行通讯口；（6）3个16位定时器/计数器（T0、T1、T2）（7）可处理6个中断源，两集中断优先级；AT89S52可降至0 Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

2.2 温度检测电路

该系统所用的温度传感DS18B20，具有抗干扰性能强、低功耗、微型化、易配微处理器等优势，能够将实时温度直接转化为数字信号，便于处理[5-7]。完成温度转换需要以下几步：

DS18B20采用单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；测量温度区间可控制在-55℃~+125℃之间，检查温度的固有分辨率达到0.5℃，具有很高的适用性：适用于 DN15~25，DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温。DS18B20电路接线示意图如图2。

图2 DS18B20 电路接线原理示意图Fig.2 Schematic diagram of DS18B20 circuit wiring

2.3 湿度检测电路

YL-69传感器是用来测量土壤湿度的传感器芯片。内部是个电容，收到湿度的影响，湿度影响它的电阻，土壤里面的水分发生变化时，它的阻值变化从而能产生变化的电信号，这样就能将湿度直接转化成电信号。YL-69与单片机接线示意图如图 3。

图3 YL-69与单片机接线示意图Fig.3 Schematic diagram of YL-69 and the MCU wiring

2.4 LCD 显示与报警、喷淋电路

液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。系统运行时，对于LCD显示控制，只要向LCD送入对应的命令便可进行相应的显示。LCD的引脚示意图如图4。

图4 LCM 的引脚示意图Fig.4 Schematic diagram of LCM pin

报警电路包括蜂鸣器与指示灯[8]。在读取DS18B20测量的实时温度值后，然后将此数值和预设的报警温度门限进行对比判断。如果当前温度大于报警温度的上限值，则启动蜂鸣器和报警灯进行报警，来指示路政部门来进行洒水降温[8]。报警电路示意图如图5。

图5 报警电路示意图Fig.5 Schematic diagram of alarm circuit

喷淋电路包括继电器与喷淋[9,10]。YL-69作为土壤湿度传感器，把土壤检测的数据传输到单片机系统中，并通过单片机I/O输出到LCD上进行显示。单片机分析YL-69土壤湿度检测装置检测到的土壤数据，然后进行相应的动作。当传感器检测到的土壤湿度值低于设定的下限值时，单片机控制继电器动作，进而进行喷淋；当系统检测到的湿度值超出设定的上限时，系统控制继电器不再喷淋。喷淋电路示意图如图6。

3 系统的软件设计

图6 喷淋电路示意图Fig.6 Schematic diagram of watering circuit

该智能系统分为：温度采集分析功能、湿度采集分析功能、LCD显示功能、按键设定温度值与湿度值功能。温度采集分析功能：对温度传感器送过来的实时数据分析，然后判断否执行报警程序和LCD显示。湿度采集处理程序：对湿度芯片送过来的数据进行处理，进行判断和显示，然后根据湿度值的大小确定是否进行喷淋动作。LCD显示：向LCD送温度和湿度数据，经过单片机的分析，进行相应的数据显示。按键设定程序：可以设定低温和高温报警可精确到0.1℃。主程序的作用是用作温度和湿度的数据显示、读出DS18B20、YL-69的测量的温度值和湿度值读温度流程图：读温度的主要功能是从DS18B20中读出环境温度数据，移入到相应暂存器。其流程如图7所示。

图7 读温度流程图Fig.7 Flow chart of reading the temperature

读湿度流程图：读湿度的主要功能是从 YL-69中读出土壤湿度数据，移入相应暂存器保存。其流程如图8所示。

图8 读湿度流程图Fig.8 Flow chart of reading humidity

4 系统的实现

该项目用 Proteus绘制该智能系统的电路原理图，在Keil C软件进行相关程序的测试，从而确定系统的各项功能。

控制系统功能是：在电源接通的后，DS18B20、YL-69将检测道路温度、绿护带土壤湿度，将温度与湿度数据传给AT89S51，单片机将处理所得数据，将实时温度值和湿度值显示在LCD上。道路温度上下限和土壤湿度上下限决定了报警电路、喷淋电路是否动作。

5 结束语

本文从系统的整体结构入手，阐述了基于AT89S52单片机的道路温度报警与绿化浇水智能系统的工作原理。进而将重点放在主控制器模块、温度测量与显示模块、湿度测量与显示模块与报警和喷淋装置模块四大主要模块的分析和设计上。最后提出了系统的软件设计的方法，为后续道路温度报警与绿化浇水智能系统的硬件实现和调试打下了基础。

[1] 曹巧媛主编. 单片机原理及应用[M]. 二版. 北京: 电子工业出版社, 2002: 33-37.

[2] 全国大学生电子设计竞赛组委会编. 第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2003: 35-38.

[3] 何力民编. 单片机高级教程[M]. 北京: 北京航空大学出版社, 2000: 23-27.

[4] 于凤明．单片机原理及接口技术[M]．北京: 中国轻工业出版社．1998.

[5] 张正伟. 传感器原理与应用[M]. 北京: 中央广播电视大学出版社, 2002.

[6] 孙晓波. DS18B20在多点温控系统中的应用J. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版, 2002, 18(4): 年, 卷(期).

[7] 孟立凡等. 传感器原理及技术[M]. 北京: 国防工艺出版社, 2005.

[8] 陈有卿, 张晓东编. 报警集成电路和报警器制作实例[M].北京: 北京人民邮电出版社2001.

[9] 杨素行编. 模拟电子技术基础简明教程[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006.

[10] 余孟尝编. 数字电子技术基础简明教程[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006.