李久超++李少巖++郭帥++孫學(xué)志++劉曉峰++張竟風(fēng)

摘 要：快速測量土壤含水率裝置是通過微波法對土壤進行水分的蒸發(fā)，通過單片機傳感器可以隨著土壤含水率的多少來控制裝置的功率，既高效的利用了能源又保護了裝置。本裝置具有檢測快速、設(shè)備體積小、設(shè)備成本低、應(yīng)用范圍廣的特點。

關(guān)鍵詞：微波裝置；51單片機；傳感器

中圖分類號：TP368.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0020-02

微波法快速測量交通道路土壤含水率的裝置可以取代現(xiàn)有的傳統(tǒng)測量方法?，F(xiàn)在的路基、路床設(shè)計已經(jīng)從以往的堅固性為主延伸到“透氣、疏水、堅固耐用”的綜合性指標，但是土壤的含水性是一個路面不可忽視的因素，而且現(xiàn)在的含水率檢測技術(shù)諸如“張力計法、酒精烘烤法、風(fēng)干土樣法、中子法、電阻法”等方式。國內(nèi)外最常用的只有烘干法與酒精燃燒法，烘干法需要八小時將土壤烘干，耗時非常長，延長了工期。酒精法雖然可以快速測得土壤含水量，但結(jié)果很不準確，對結(jié)果有很大影響。國內(nèi)外土壤含水率的檢測方法還存在很多問題，需要進一步研究。此裝置可以有效地解決這些問題。而且土壤含水率對交通有很大的影響，因此研究基于微波法快速準確測量土壤含水率的裝置具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 總體設(shè)計

本文設(shè)計的裝置是將原有的傳統(tǒng)烘干法與酒精法由微波法代替，從而在測量土壤濕度上發(fā)生質(zhì)的飛躍，解決了設(shè)備笨重，測量不準確的問題，此設(shè)計更加智能化，通過電氣設(shè)備的連接實現(xiàn)了裝置的數(shù)字化，而且周圍環(huán)境對其影響很小。硬件的選擇本著經(jīng)濟可靠的設(shè)計原則，設(shè)計了基于微波法的快速測量交通道路土壤含水率的裝置?？刂葡到y(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，其由開關(guān)控制模塊，微波裝置模塊，功率控制，濕度傳感器模塊等組成。工作時，將土壤放入裝置中，通過微波進行土壤的蒸發(fā)工作，隨著土壤中水分的減少，由濕度傳感器收集信號反饋到單片機中減小功率，既節(jié)約了能源又保護了機器。當(dāng)土壤中濕度與大氣濕度相同時，由傳感器反饋信號將功率減少到零，使裝置停止工作，再由天平測量前后土壤質(zhì)量之差，計算公式如下，從而實現(xiàn)利用微波法測量土壤含水率。

η=■×100%

2 模塊工作原理

（1）單片機模塊

51單片機是對所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機的統(tǒng)稱。該系列單片機的始祖是Intel的8004單片機，隨著Flash rom技術(shù)的發(fā)展，8004單片機取得了長足的進展，成為應(yīng)用最廣泛的8位單片機之一，其代表型號是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。由于其典型的結(jié)構(gòu)和完善的總線專用寄存器的集中管理，眾多的邏輯位操作功能及面向控制的豐富的指令系統(tǒng)，堪稱為一代“經(jīng)典”。此裝置具有廣闊應(yīng)用前景。

（2）濕度傳感器模塊

環(huán)境濕度測試儀是一種用于環(huán)境濕度自動監(jiān)測控制的設(shè)備。本傳感器電路簡單，調(diào)試方便，監(jiān)測準確，精度高[2]。本設(shè)計采用的是頻率輸出式。 濕度頻率轉(zhuǎn)換電路采用NE555定時器，成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。本電路與濕敏電容HS1100和電阻等構(gòu)成多諧振蕩器，通過恰當(dāng)設(shè)置電路中的電阻值，輸出方波，實現(xiàn)濕度監(jiān)測量向頻率信號的轉(zhuǎn)換，通過頻率信號的高低我們就可以得知環(huán)境濕度，最后與土壤濕度相比較再反饋到功率的大小。

3 軟件設(shè)計

該裝置通過檢測tlc555與濕敏電容HS1100和電阻等構(gòu)成多諧振蕩器傳遞過來的方波信號，運用單片機內(nèi)部的計數(shù)器功能，對50ms方波數(shù)進行計數(shù)，并且運用單片機內(nèi)部的定時器功能，設(shè)置一個50ms的中端，經(jīng)計算可以得出方波信號的頻率，該頻率經(jīng)計算可以得出此時所檢測的濕度值，當(dāng)達到環(huán)境濕度值時，通過單片機自動控制繼電器斷開，使微波控制電路停止工作，達到停止的目的[3]。

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit KA =P3^3；

uchar tem0，tem1； //用于存放50ms中所記脈沖個數(shù)的高低字節(jié)

uint f=0； //頻率初值

void Init_timer（）

{

TMOD=0x51； //定時器1在方式1下工作16位計數(shù)器 定時器0在方式1下工作16位定時器

TL0=0x00； //定時器0初值 定時50000us

TH0=0x4C；

TL1=0x00； //定時器1清零

TH1=0x00；

ET0=1； //使能定時器0中斷

ET1=1； //使能定時器1中斷

EA=1； //使能總中斷

TR0=1； //開始計時

TR1=1；

}

void tran（）

{

f=tem1；

f=（f<<8）|tem0； //計算出50ms中所記脈沖個數(shù)

f=f*20； //50ms*20=1000ms=1s 1秒鐘所記脈沖個數(shù)等于頻率

}

void main（）

{

KA=0；// 開啟繼電器

if（f<=6667）

KA=1；//當(dāng)頻率小于6667HZ時關(guān)閉繼電器

}

4 結(jié)束語

設(shè)計的微波法測量土壤濕度裝置有效地解決了傳統(tǒng)設(shè)備耗時長，精度不高的問題。本裝置檢測快速、方便、操作簡單，縮短施工工期且設(shè)備體積小，可以便捷攜帶，進行現(xiàn)場測量，其靈活性可以對各種狀況適應(yīng)，更好的發(fā)揮了其工作性能。

參考文獻：

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