单片机在土壤湿度检测应用中的分析与研究
摘 要 计算机领域新技术的交替与更新，现代社会由最初的资本主义产业经济步入知识产业的新经济时代。特别是单片机的出现，使得很多现代化的电子器械产品真正地步入了寻常百姓家，单片机凭借着体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，在仪器仪表、医用设备、航空航天和智能化管理等领域取了长足发展。
【关键词】单片机 湿度检测 应用研究
1 引言
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及远程玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。
单片机，全称单片微型计算机（英语：single-chip microcomputer），又称微控制器（microcontroller），是把中央处理器、存储器、定时/计数器（timer/counter）、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比，它更强调自供应（不用外接硬件）和节约成本。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出接口简单，功能较低。
湿度检测已经在智能化农业生产、地质检测、气象气候等领域获得了非常广大的发展空间，单片机配合湿度传感器进行此类系统的开发显然非常契合。本文正是基于此展开对土壤湿度检测的研究工作。我们选取美国ATMEL公司生产的AT89S52八位控制器配合盛思锐茂的湿度传感器SHT75进行本文的土壤湿度检测工作。
2 系统设计
本文设计的土壤检测系统应当具备以下功能：能够感受环境中的湿度变化；能够将环境中的湿度变化转换为电信号；系统能够对采集到的湿度信号进行分析处理；能够将环境中的湿度以相对湿度的形式显示出来便于观察记录；系统反应快，灵敏度高，稳定性好，具有一定的抗干扰能力。
信号采集模块主要是用于测量环境中湿度变化，并将湿度变化转变成电信号的变化。SHT75属于Sensirion温湿度传感器家族中的插针型封装系列。传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上，输出完全标定的数字信号。传感器采用专利的CMOSens技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14 位的A/D 转换器以及串行接口电路实现无缝连接。因此，SHT75传感器具有品质卓越、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优点。
数据处理模块的要求是能够接受传感器采集的信号，并对信号进行处理传送到显示模块进行显示。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中。PIC单片机系列是美国微芯公司（Microship）的产品，是当前市场份额增长最快的单片机之一。CPU采用RISC结构，分别有33、35、58条指令（视单片机的级别而定），属精简指令集。采用Harvard双总线结构，运行速度快（指令周期约160～200ns），它能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理，这种指令流水线结构，在一个周期内完成两部分工作，一是执行指令，二是从程序存储器取出下一条指令，这样总的看来每条指令只需一个周期（个别除外），这也是高效率运行的原因之一。此外，它还具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点。
显示模块要求能够一目了然的显示出环境中的湿度，我们可以采用LCD液晶屏显示或者LED数码管显示。LCD液晶屏属于工业字符型液晶，能够显示16x02即32个字符。LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要2-3伏特的电压就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同事可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、区县，比传统的数码LED显示器的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。
控制模块主要负责各个部分的协调控制，AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程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 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，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，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
从整个系统设计的角度出发，在硬件设备选择的前提下，还需要对软件层次进行相应的代码设计，软件层面的设计有别于纯粹意义上的软件代码设计，针对硬件的代码设计需要契合具体的硬件特性，保障代码之后硬件组件的兼容性。
3 总结
单片机机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益。更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。以前自动控制中的PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控制技术。随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善。同时本文基于单片机的土壤湿度检测系统也可为其它单片机的开发应用提供借鉴。
参考文献
[1]赵祥坤，苏奎，李帅三.基于单片机的湿度检测系统设计[J].中国新通信，2014，02：119.
[2]邵婷婷，任瑞瑞，李平.基于单片机的环境监测系统设计[J].电子测试，2014，05：67-68.
[3]刘海洋，王慧，陈智，宣传忠.温室环境信息实时监测与控制系统的设计[J].农机化研究，2014，04：65-69.
作者简介
张金美（1980-），女，江苏省淮安市人。硕士学位。现为淮安信息职业技术学院讲师。主要研究方向为物联网、控制工程。
作者单位
淮安信息职业技术学院 江苏省淮安市 223003
