基于 STC單片機(jī)的混凝土智能澆水養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬洪波 鄭嘉元 白浩等

摘 要：隨著電力系統(tǒng)智能電網(wǎng)提出，包括運(yùn)行、維護(hù)、售電、調(diào)度等各個(gè)環(huán)節(jié)，基建施工生產(chǎn)作為其中的基礎(chǔ)，智能化發(fā)展趨勢(shì)也日益顯露其重要之處?；赟TC12C5A60S2單片機(jī)的混凝土智能澆水養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 使用環(huán)境溫濕度傳感模塊、顯示數(shù)據(jù)模塊、GSM、通信模塊，連接水泵裝置，對(duì)混凝土澆制后初期階段進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在改善質(zhì)量的同時(shí)避免人為操作對(duì)工程質(zhì)量的影響。

關(guān)鍵詞：STC12C5A60S2單片機(jī);溫濕度傳感模塊;顯示數(shù)據(jù)模塊;GSM模塊;水泵

混凝土澆制后初期階段的養(yǎng)護(hù)非常重要。根據(jù)《110kV-750kV架空輸電線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50233-2014）中要求：“日平均氣溫大于等于5℃時(shí)，在終凝后12h內(nèi)開始澆水養(yǎng)護(hù)，當(dāng)天氣炎熱、干燥有風(fēng)時(shí)，應(yīng)在3h內(nèi)開始澆水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)應(yīng)在基礎(chǔ)模板外側(cè)加遮蓋物，澆水次數(shù)應(yīng)能夠保持混凝土表面始終濕潤(rùn)。且外露的混凝土澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于5晝夜?！被炷翝仓螅鐨夂蜓谉?、空氣干燥，不及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，混凝土中水分會(huì)蒸發(fā)過快，易形成脫水現(xiàn)象，會(huì)使已形成凝膠體的水泥顆粒不能充分水化，從而會(huì)在混凝土表面出現(xiàn)片狀或粉狀脫落。此外，在混凝土尚未具備足夠的強(qiáng)度時(shí)，水分過早的蒸發(fā)還會(huì)產(chǎn)生較大的收縮變形，出現(xiàn)干縮裂紋。

1 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能

本設(shè)計(jì)將單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用于較為傳統(tǒng)的混凝土養(yǎng)護(hù)施工過程中，通過軟件與硬件結(jié)合方式，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化的混凝土養(yǎng)護(hù)。根據(jù)預(yù)先設(shè)定溫濕度值設(shè)定范圍，遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)水泵噴水周期，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需人力澆水現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。本系統(tǒng)是基于 STC12C5A60S2單片機(jī)的輸電線路混凝土基礎(chǔ)智能養(yǎng)護(hù)裝置， 使用DHT11作為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫濕度傳感模塊，LCD1602作為顯示數(shù)據(jù)模塊，GSM作為通信模塊，按鍵是用來(lái)設(shè)定預(yù)先數(shù)值。通過DHT11溫濕度傳感器進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)溫濕度的采集，單片機(jī) STC12C5A60S2進(jìn)行信息處理，輸出控制信號(hào)，控制信號(hào)通過控制繼電器控制水泵電源是否通斷，從而完成自動(dòng)360度旋轉(zhuǎn)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(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)。它是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S），針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。因此在這個(gè)系統(tǒng)中采用STC12C5A60S2作為控制芯片。

顯示器的選擇：在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程需要一個(gè)顯示基礎(chǔ)施工現(xiàn)場(chǎng)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?dāng)?shù)字及符號(hào)的點(diǎn)陣型液晶，其能夠同時(shí)顯示16*02即32個(gè)字符。

電源的選擇：作為裝置的重要組成部分，電源模塊應(yīng)便于攜帶，可長(zhǎng)時(shí)間使用、易于補(bǔ)充及更換，安全可靠。太陽(yáng)能板可穩(wěn)定、可靠、安全、經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行整個(gè)裝置的供電，并且配備蓄電池，儲(chǔ)存多余電能的同時(shí)作為備用電源。

檢測(cè)模塊的選擇：由水位監(jiān)測(cè)模塊液位計(jì)，溫濕度監(jiān)測(cè)模塊DHT11，時(shí)鐘模塊DS1302三個(gè)部分組成。具有易于采購(gòu)、便于連接，安裝、數(shù)據(jù)檢測(cè)準(zhǔn)確、輸出穩(wěn)定的特點(diǎn)。

通信模塊的選擇： GSM模塊可用于復(fù)雜的施工現(xiàn)場(chǎng)，具有靈敏度高，信號(hào)傳遞快的功能。并且由于需要經(jīng)常更換長(zhǎng)期使用，GSM模塊具有性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。

養(yǎng)護(hù)模塊的選擇：用于裝置進(jìn)行均勻噴水養(yǎng)護(hù)的功能，由水泵、噴頭、水管組成。360度旋轉(zhuǎn)噴頭具有良好的驅(qū)動(dòng)性能，并且小巧輕便、動(dòng)力輸出合理。

3 裝置結(jié)構(gòu)及軟件仿真

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

4 裝置功能調(diào)試

根據(jù)電路原理圖，焊接出實(shí)物，在將程序燒錄到STC單片機(jī)中。接通電源，改變現(xiàn)場(chǎng)濕度值，觀察水泵是否正常運(yùn)行。若正常運(yùn)行則不需要進(jìn)行硬件的調(diào)試工作，反之需要進(jìn)行硬件的調(diào)試。改變裝置的時(shí)間設(shè)定，觀察水泵是否能按照預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)。通過手機(jī)發(fā)送相應(yīng)短信，觀察裝置是否滿足預(yù)先設(shè)定的功能要求。

調(diào)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(dòng)和安裝正確;

（2）用萬(wàn)用表檢查是否有虛焊、引腳短路現(xiàn)象;

（3）測(cè)試元件是否毀壞;

（4）聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試;

（5）測(cè)試結(jié)果及結(jié)論。

5 結(jié)束語(yǔ)

混凝土基礎(chǔ)智能養(yǎng)護(hù)裝置通過自動(dòng)澆水裝置，采用現(xiàn)代傳感技術(shù)采集施工現(xiàn)場(chǎng)溫濕度數(shù)值，應(yīng)用 STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心，具有遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制、傳輸指令、收集信息、定時(shí)噴水的功能。同時(shí)，設(shè)置了太陽(yáng)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(yǎng)護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確、自動(dòng)化控制、簡(jiǎn)單實(shí)用以及體積小便于運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]程捷，何晨.基于單片機(jī)的溫濕度檢查系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].儀表技術(shù)，2011（06）.

[2]袁騰，王帥，梅明，姜天華.基于單片機(jī)原里的可定時(shí)自動(dòng)澆花器[J].高科技產(chǎn)品研發(fā)，2012（07）.