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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