基于 STC单片机的混凝土智能浇水养护系统设计

2023.04.02

马洪波郑嘉元白浩等

摘要：随着电力系统智能电网提出，包括运行、维护、售电、调度等各个环节，基建施工生产作为其中的基础，智能化发展趋势也日益显露其重要之处。基于STC12C5A60S2单片机的混凝土智能浇水养护系统设计，使用环境温湿度传感模块、显示数据模块、GSM、通信模块，连接水泵装置，对混凝土浇制后初期阶段进行养护，在改善质量的同时避免人为操作对工程质量的影响。

关键词：STC12C5A60S2单片机;温湿度传感模块;显示数据模块;GSM模块;水泵

混凝土浇制后初期阶段的养护非常重要。根据《110kV-750kV架空输电线路施工及验收规范》（GB 50233-2014）中要求：“日平均气温大于等于5℃时，在终凝后12h内开始浇水养护，当天气炎热、干燥有风时，应在3h内开始浇水养护，养护时应在基础模板外侧加遮盖物，澆水次数应能够保持混凝土表面始终湿润。且外露的混凝土浇水养护时间不宜少于5昼夜。”混凝土浇筑后，如气候炎热、空气干燥，不及时进行养护，混凝土中水分会蒸发过快，易形成脱水现象，会使已形成凝胶体的水泥颗粒不能充分水化，从而会在混凝土表面出现片状或粉状脱落。此外，在混凝土尚未具备足够的强度时，水分过早的蒸发还会产生较大的收缩变形，出现干缩裂纹。

1 本设计系统功能

本设计将单片机技术应用于较为传统的混凝土养护施工过程中，通过软件与硬件结合方式，实现机械化、自动化、智能化的混凝土养护。根据预先设定温湿度值设定范围，远程控制调节水泵喷水周期，现场无需人力浇水现场实施。本系统是基于 STC12C5A60S2单片机的输电线路混凝土基础智能养护装置，使用DHT11作为现场环境温湿度传感模块，LCD1602作为显示数据模块，GSM作为通信模块，按键是用来设定预先数值。通过DHT11温湿度传感器进行施工现场温湿度的采集，单片机 STC12C5A60S2进行信息处理，输出控制信号，控制信号通过控制继电器控制水泵电源是否通断，从而完成自动360度旋转式浇水，并且具有四种控制方式。

2 装置硬件选型

芯片的选择：STC12C5A60S2单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机。它是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S），针对电机控制，强干扰场合。因此在这个系统中采用STC12C5A60S2作为控制芯片。

显示器的选择：在系统的设计过程需要一个显示基础施工现场温湿度值的显示器。LCD1602是一种专门可以显示英文字母、阿拉伯数字及符号的点阵型液晶，其能够同时显示16*02即32个字符。

电源的选择：作为装置的重要组成部分，电源模块应便于携带，可长时间使用、易于补充及更换，安全可靠。太阳能板可稳定、可靠、安全、经济的进行整个装置的供电，并且配备蓄电池，储存多余电能的同时作为备用电源。

检测模块的选择：由水位监测模块液位计，温湿度监测模块DHT11，时钟模块DS1302三个部分组成。具有易于采购、便于连接，安装、数据检测准确、输出稳定的特点。

通信模块的选择： GSM模块可用于复杂的施工现场，具有灵敏度高，信号传递快的功能。并且由于需要经常更换长期使用，GSM模块具有性价比高的优点。

养护模块的选择：用于装置进行均匀喷水养护的功能，由水泵、喷头、水管组成。360度旋转喷头具有良好的驱动性能，并且小巧轻便、动力输出合理。

3 装置结构及软件仿真

本系统有电源接口电路、显示电路、温湿度，水位检测电路、继电器控制潜水泵电路、GSM芯片，蜂鸣器电路、按键设置六大部分组成。系统原理图如图1所示。

4 装置功能调试

根据电路原理图，焊接出实物，在将程序烧录到STC单片机中。接通电源，改变现场湿度值，观察水泵是否正常运行。若正常运行则不需要进行硬件的调试工作，反之需要进行硬件的调试。改变装置的时间设定，观察水泵是否能按照预先设定值进行喷水养护。通过手机发送相应短信，观察装置是否满足预先设定的功能要求。

调试步骤如下：

（1）检查电路板电路焊接是否正确及各部件是否松动和安装正确;

（2）用万用表检查是否有虚焊、引脚短路现象;

（3）测试元件是否毁坏;

（4）联机仿真调试;

（5）测试结果及结论。

5 结束语

混凝土基础智能养护装置通过自动浇水装置，采用现代传感技术采集施工现场温湿度数值，应用 STC12C5A60S2单片机为控制核心，具有远程监测、控制、传输指令、收集信息、定时喷水的功能。同时，设置了太阳能电池板及蓄电池装置有效利用清洁能源。混凝土智能浇水养护系统数据测量准确、自动化控制、简单实用以及体积小便于运输等优点，具有较强的推广应用价值。

参考文献：

[1]程捷，何晨.基于单片机的温湿度检查系统设计与实现[J].仪表技术，2011（06）.

[2]袁腾，王帅，梅明，姜天华.基于单片机原里的可定时自动浇花器[J].高科技产品研发，2012（07）.