畢業(yè)設(shè)計(jì)由AT89C51單片機(jī)為處理器的自動(dòng)灌溉控制器的硬件、軟件設(shè)計(jì)

1、摘摘 要要 本論文詳細(xì)論述了由單片機(jī)為處理器的自動(dòng)灌溉控制器的硬件、軟件設(shè)計(jì)。本控制 器以 at89c51 單片機(jī)為核心，由傳感器、信號(hào)處理電路、鍵盤、顯示電路、輸出控制 電路、故障報(bào)警電路等構(gòu)成。它能實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)采集、多路控制信號(hào)輸出功能。通過 傳感器自動(dòng)檢測(cè)土壤水分，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉環(huán)控制和定時(shí)程序的時(shí)間控制等多種自動(dòng)灌溉 控制方式，并具有土壤水分超出設(shè)定范圍自動(dòng)報(bào)警功能。土壤含水量的測(cè)量采用先進(jìn) 的 lw-02 型水分傳感器；a/d 轉(zhuǎn)換采用了 adc0809 芯片；鍵盤、顯示分別采用了獨(dú)立式 按鍵和 led 顯示塊；故障報(bào)警選用了壓電式蜂鳴器；輸出控制電路由三極管、光電耦 合器、繼電器、電磁

2、閥等組成。軟件設(shè)計(jì)采取了模塊化編程方法，軟件程序的開發(fā)全 部采用了 c51 高級(jí)語言。主要包含的程序有:主程序、鍵盤掃描子程序、a/d 采樣子程 序、定時(shí)設(shè)定子程序等。同時(shí)，在軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)均采取了有效的抗干擾措施。 關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)；灌溉；土壤水分傳感器；自動(dòng)控制 abstract the hardware layout and software development for single chip microprocessor automatic micro-irrigation controller and system programming are presented in detai

3、l in this paper. based on the at89c51 single chip microprocessor, the whole system consists of soil moisture sensors, signal transfer circuit, keyboard and monitor display circuit, out port control circuit, malfunction alarm circuit as well as system software. this controller can control mufti-input

4、 and mufti-output. it can work in several ways such as closed loop control with sensors, opened loop control based on the preset timing program. in addition, it has automatic alarm function when the soil moisture exceeds the preset range.there chose the lw-02 capacitive moisture sensor as the soil m

5、oisture sensor, adc0809 as the a/d conversion, independent key as the keyboard, led display unit as the monitor display and chose the simple piezoelectric buzzer as the malfunction alarm device. the out port control circuit is composed of at89c51,triode,photoelectric coupler,relay, electromagnetic v

6、alve and so on.the software designing adopt the popular modularized structure. the development of software programs apply c51 language entirely. the primary programs are main program, keyboard scanning subroutine, a/d sampling subroutine, timer presetting subroutine. meanwhile, the efficient anti-in

7、terference measures are adopted during the design of the hardware and software. keywords: single chip microprocessor micro-irrigation soil moisture sensor automatic control 目目 錄錄 摘要摘要.i i abstractabstract.iiii 目錄目錄.iiiiii 第一章第一章 前言前言.5 5 1.11.1 研究背景研究背景.5 1.21.2 研究目的和意義研究目的和意義.6 1.31.3 任務(wù)和要求任務(wù)和要求.6

8、第二章第二章 智能灌溉系統(tǒng)的組成智能灌溉系統(tǒng)的組成.8 8 2.12.1 灌溉總系統(tǒng)的組成灌溉總系統(tǒng)的組成.8 2.22.2 灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總框圖灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總框圖.9 2.32.3 單片機(jī)灌溉量的確定單片機(jī)灌溉量的確定.9 2.3.1 灌水量的確定 .9 2.3.2 灌水時(shí)間間隔的確定 .9 2.3.3 一次灌水延續(xù)時(shí)間的確定.9 2.3.4 灌水次數(shù)與灌水總量的確定 .10 2.3.5 開啟和關(guān)閉供水系統(tǒng)的土壤含水量臨界點(diǎn)的確定 .10 第三章第三章 gtm900cgtm900c 無線模塊無線模塊 .1212 3.13.1 gtm900cgtm900c 模塊介紹模塊介紹 .12 3.1.1

9、gtm900c 模塊產(chǎn)品定位 .13 3.1.2 gtm900c 模塊產(chǎn)品特性 .13 3.1.3 gtm900c 模塊產(chǎn)品的應(yīng)用 .14 3.1.4 gtm900c 無線模塊的業(yè)務(wù)演示框圖 .14 3.23.2 gtm900cgtm900c 無線模塊無線模塊 atat 命令命令 .1 3.2.1 at 命令類型 .1 3.2.2 消息發(fā)送和寫入命令.2 3.33.3 gtm900cgtm900c 信號(hào)連接器和天線接口信號(hào)連接器和天線接口.5 3.3.1 信號(hào)連接器 .6 3.3.2 天線接口 .6 3.3.3 接口信號(hào) .7 3.43.4 接口的使用接口的使用.10 3.4.1 uart 接

10、口的功能特性.10 3.4.2 uart 接口信號(hào)定義.10 3.4.3 uart 接口 dce-dte 配線.11 第四章第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).1212 4.14.1 土壤水分傳感器的選擇與使用土壤水分傳感器的選擇與使用.12 4.1.1 土壤水分傳感器的選擇 .12 4.1.2 土壤水分傳感器的測(cè)量原理及其實(shí)現(xiàn)方法 .12 4.1.3 傳感器在田間的埋設(shè) .15 4.24.2 單片機(jī)的選擇單片機(jī)的選擇.16 4.2.1 單片機(jī)的發(fā)展概況及其選擇 .16 4.2.289c51 單片機(jī)性能與應(yīng)用 .16 4.2.3 引腳功能.17 4.34.3 振蕩器電路及復(fù)位電路設(shè)計(jì)振蕩器電路及

11、復(fù)位電路設(shè)計(jì) .19 4.44.4 存儲(chǔ)器的配置存儲(chǔ)器的配置.20 4.54.5 數(shù)據(jù)采集處理電路數(shù)據(jù)采集處理電路 .21 4.5.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇.21 4.5.2 adc0809 引腳及接口電路設(shè)計(jì) .22 4.64.6 顯示系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)顯示系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì).24 4.74.7 輸出控制電路設(shè)計(jì)輸出控制電路設(shè)計(jì).25 4.84.8 故障報(bào)警電路及鍵盤接口電路設(shè)計(jì)故障報(bào)警電路及鍵盤接口電路設(shè)計(jì).26 第五章第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).2929 5.15.1 主程序設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì).29 5.25.2 鍵盤掃描子程序設(shè)計(jì)鍵盤掃描子程序設(shè)計(jì).31 5.35.3 實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷與控制功能的完

12、成實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷與控制功能的完成.32 5.45.4 時(shí)間灌溉控制功能的實(shí)現(xiàn)時(shí)間灌溉控制功能的實(shí)現(xiàn).33 5.55.5 其它控制功能的實(shí)現(xiàn)其它控制功能的實(shí)現(xiàn).33 5.5.1 定時(shí)設(shè)定功能的實(shí)現(xiàn) .34 5.5.2 濕度范圍設(shè)定功能的實(shí)現(xiàn) .34 第六章第六章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析.3636 第七章第七章 結(jié)論結(jié)論.3737 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).3838 致謝致謝.3939 第一章第一章 前言前言 1.11.1 研究背景研究背景 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口的增多，對(duì)水資源的利用正在迅速增長(zhǎng)，占世 界人口總量 40%的 80 個(gè)國(guó)家缺水，其中 26 個(gè)國(guó)家嚴(yán)重缺水。我國(guó)水資源總量 為 2.8 萬億

13、 mm3，居世界第 6 位，我國(guó)人均占水僅 2200m3，排在世界第 109 位。 我國(guó)的水資源在時(shí)空上分布很不均勻，南多北少，東多西少；夏秋多，冬春少; 占國(guó)土面積 50%以上的華、西北、東北地區(qū)的水資源僅占全國(guó)總量的 20%左右， 農(nóng)業(yè)的季節(jié)性、區(qū)域性干旱缺水問題十分突出。 農(nóng)業(yè)節(jié)水不僅是可能的，而且潛力很大，對(duì)占消費(fèi)水 80%左右的農(nóng)業(yè)用水 的合理使用和發(fā)揮最大效益應(yīng)該說具有非常重要的意義。我國(guó)旱地農(nóng)業(yè)面積約 0.5 億 m2，占耕地面積一半以上，平均每年受早面積約達(dá) 0.26 億 m2，成災(zāi)減產(chǎn) 的約 0.07 億 m2左右，這些干旱地區(qū)水資源灌溉的開發(fā)余地幾乎枯竭。然而我 國(guó)灌溉用水

14、利用率卻很低，約有 60-70%的水資源因灌溉方法不當(dāng)白白浪費(fèi)。從 作物需要來講，我國(guó)水分有效利用率僅 0.3-0.4，個(gè)別省份只有 0.2，與先進(jìn)國(guó) 家的 0.7-0.8 相比，浪費(fèi)驚人。21 世紀(jì)的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)將是農(nóng)業(yè)科技革命的重 要組成部分，節(jié)水灌溉具有廣闊的前景1。 單片機(jī)灌溉技術(shù)是當(dāng)前世界上諸多節(jié)水灌溉技術(shù)中省水率最高的一種先進(jìn) 節(jié)水灌溉技術(shù)，單片機(jī)灌溉屬局部灌溉、精細(xì)灌溉，灌節(jié)水 50%60%，增產(chǎn) 20%30%，一般只用于溫室中水果、蔬菜、花卉等產(chǎn)值高、收益高的經(jīng)濟(jì)作 。到 90 年代中期，全世界單片機(jī)灌溉面積達(dá)到 291. 3 萬畝，約占全世界灌溉面 積的 1. 1%，其中美國(guó)

15、約 150 萬 m2。我國(guó)單片機(jī)灌溉面積只徘徊在 23. 7 萬 m2。 世界上單片機(jī)灌溉技術(shù)的發(fā)展最有代表性的國(guó)家應(yīng)首推以色列，其溫室種 植全部采用單片機(jī)灌溉。以色列溫室滴灌的最高水利用率為 95%，以色列著名 的公司有 netafim， aamlad、plaastro 等。單片機(jī)灌溉方式普遍采用 計(jì)算機(jī)控制，埋在地下的濕度傳感器可以傳回有關(guān)土壤水分的信息。計(jì)算機(jī)化 操作運(yùn)行精密、可靠、節(jié)省人力，對(duì)灌溉過程的控制可達(dá)到相當(dāng)?shù)木?。在?色列，已經(jīng)出現(xiàn)了在家里利用電腦對(duì)灌溉過程進(jìn)行全部控制(無線、有線)的農(nóng) 場(chǎng)主。 但是我國(guó)單片機(jī)灌溉技術(shù)還處于初級(jí)發(fā)展階段，系統(tǒng)的成套性還較差，主 要部件品種少

16、，質(zhì)量不穩(wěn)定，自動(dòng)化程度低，大部分單片機(jī)灌溉技術(shù)還停留在 人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉工程自控系統(tǒng)，也只是從國(guó)外引進(jìn)或 者是小規(guī)模的局部控制，國(guó)內(nèi)開發(fā)的自動(dòng)灌溉控制器目前還處于研制、試用階 段。 總之，目前西方發(fā)達(dá)國(guó)家的自動(dòng)灌溉控制器已基本發(fā)展成熟并朝著大型分 布式控制系統(tǒng)和小面積單機(jī)控制兩個(gè)方向發(fā)展，產(chǎn)品一般都能與微機(jī)通訊，并 由微機(jī)對(duì)其施行編程操作2。 1.21.2 研究目的和意義研究目的和意義 灌溉管理自動(dòng)化是世界先進(jìn)國(guó)家發(fā)展高效農(nóng)業(yè)的重要手段，而我國(guó)目前仍 局限于灌溉單項(xiàng)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，技術(shù)的集成和自動(dòng)化水平較低，這也是制 約我國(guó)高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。以色列、日、英、美等國(guó)

17、家己采用先進(jìn)的節(jié) 水灌溉制度，由傳統(tǒng)的充分灌溉向非充分灌溉發(fā)展，對(duì)灌區(qū)用水進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)， 實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，采用遙感技術(shù)，監(jiān)土壤墑情和作物生長(zhǎng)，開發(fā)和制造了一系列 用途廣泛、功能強(qiáng)大的數(shù)字式灌溉控制器，得到廣泛應(yīng)用2。 1.31.3 任務(wù)和要求任務(wù)和要求 本課題采用 at89c51 單片機(jī)為灌溉控制器的核心，通過傳感器自動(dòng)檢測(cè)土 壤水分，按照設(shè)置的程序根據(jù)土壤含水量要求的上、下限確定供水時(shí)間、供水 量，采用預(yù)編定時(shí)程序的時(shí)間控制和根據(jù)水分信息決定灌溉指標(biāo)的閉環(huán)控制兩 種工作方式，并能實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警功能。使單片機(jī)灌溉向適時(shí)、適量、按需灌溉 發(fā)展，達(dá)到節(jié)約用水、省工省時(shí)、增產(chǎn)增收的目的。 本自動(dòng)灌溉控制

18、器的總體研制方案如下： 自動(dòng)控制器采用 atmel 公司的 at89c51 系列單片機(jī)； 土壤水分測(cè)量時(shí)采用先進(jìn)的 tw-02 型水分傳感器，可同時(shí)接八路傳器； 系統(tǒng)控制多路輸出； 系統(tǒng)可完成:傳感器自動(dòng)閉環(huán)控制，時(shí)間控制等多種灌溉控制方式； 具有灌溉水分超出設(shè)定范圍自動(dòng)報(bào)警功能； 根據(jù)以上性能要求本控制器采用 4 位 led 顯示和 4 個(gè)按鍵來完成多種功 能操作?？傮w功能確定后，開始著手整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件編制工作3。 第二章第二章 智能灌溉系統(tǒng)的組成智能灌溉系統(tǒng)的組成 2.12.1 灌溉總系統(tǒng)的組成灌溉總系統(tǒng)的組成 自動(dòng)化單片機(jī)灌溉系統(tǒng)是指利用微機(jī)技術(shù)對(duì)單片機(jī)灌溉工程的主要設(shè)備進(jìn) 行

19、監(jiān)視、控制以及各種信息處理，及時(shí)地對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行全面地分析和準(zhǔn) 確的判斷，確保灌溉工程安全、合理和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。它包括傳感器系統(tǒng)，控制 器系統(tǒng)和水源控制系統(tǒng)三大部分組成。 圖 2.1 自動(dòng)灌溉系統(tǒng)圖 2.22.2 灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總框圖灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總框圖 土壤水分傳感器 a/d 轉(zhuǎn)換 器 at89c51 鍵盤報(bào)警 led 顯示光隔繼電器電磁閥 圖 2.2 灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總框圖 2.32.3 單片機(jī)灌溉量的確定單片機(jī)灌溉量的確定 2.3.1 灌水量的確定 灌水量可由式m = (b1-b0)hpr （2-1） 計(jì)算，式中:m 為灌水定額；b1，b0分別為土壤田間持水量和灌前土壤含水 率；r 為土壤干容

20、(t/m3)；h 為土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層深度；p 為單片機(jī)土壤濕潤(rùn)比。 2.3.2 灌水時(shí)間間隔的確定 兩次灌水之間的時(shí)間間隔又稱灌水周期 t=m/e， t 為灌水周期(h)；e 為作 物需水量；m 為灌水定額(mm)。 2.3.3 一次灌水延續(xù)時(shí)間的確定 t=(msesr)/q. （2-2） 式中:t 為次灌水延續(xù)時(shí)間(h)；se 為灌水器間距(m)；sr 為毛管間距(cm)； q 為灌水器流量(l/h)； 為單片機(jī)灌溉水利用系數(shù)，一般為 0.90. 950。 2.3.4 灌水次數(shù)與灌水總量的確定 采用單片機(jī)灌溉，作物全生育期的灌水次數(shù)比傳統(tǒng)地面灌多，并隨作物種 類、地區(qū)水源條件等而不同?？偣嗨?/p>

21、 m=mi；m 為灌溉定額即總灌水量 m3 ；mi為各次單片機(jī)灌溉灌水量，即灌水定額(m3)。 2.3.5 開啟和關(guān)閉供水系統(tǒng)的土壤含水量臨界點(diǎn)的確定 這兩個(gè)臨界點(diǎn)的選擇要依據(jù)土壤的水分特性、作物的需水特性及灌溉管理 的要求確定，相當(dāng)于確定農(nóng)田灌溉管理用的土壤含水量上限(關(guān)閉值)和下限(開 啟值)。田間持水量是指土壤中毛管懸著水達(dá)到最大量時(shí)的土壤含水量，當(dāng)灌溉 水量超過田間持水量時(shí)，只能加深土壤的濕潤(rùn)深度，而不可能再增加土層中含 水量的百分?jǐn)?shù)，它是土壤中對(duì)作物有效水的上限，可用作灌溉的上限和計(jì)算灌 溉量的依據(jù)。灌水定額=(田間持水量一灌水前土壤含水量)。毛管斷裂含水量， 是指土壤中毛管懸著水發(fā)

22、生斷裂時(shí)的土壤含水量，土壤這時(shí)的水分已不能滿足 作物的需求，一般只是田間持水量的 65%左右，可用此作物灌水的限。用灌溉 控制器閉環(huán)控制灌溉農(nóng)田的土壤含水量動(dòng)態(tài)變化可用圖2.3 圖 2.3 自動(dòng)灌溉系統(tǒng)農(nóng)田水分動(dòng)態(tài)變化示意圖 假定灌溉從 a 處開始，隨著農(nóng)田水分的消耗土壤含水量由點(diǎn) a 逐步下降， 當(dāng)降至點(diǎn) b 時(shí)，達(dá)到設(shè)定的土壤含水量的控制下限，灌水設(shè)備起動(dòng)，開始灌水， 土壤含水量也快速上升。當(dāng)土壤含水量抵達(dá) c 點(diǎn)時(shí)，達(dá)到設(shè)定的土壤含水量控 制上限，供水設(shè)備關(guān)閉，停止供水。但由于土壤含水量測(cè)定上的滯后，土壤含 水量會(huì)有一個(gè)輕微的繼續(xù)上升的過程，最后達(dá)到 d 點(diǎn)。之后由于作物的吸收及 土壤蒸

23、發(fā)，含水量又開始逐步的下降，直至抵達(dá) e 點(diǎn)，開始下一次灌水過程。 由于灌水時(shí)土壤含水量的變化比正常作物消耗情況下的變化要快得多，因而在 灌水過程中土壤含水量的監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)比作物耗水過程的監(jiān)測(cè)頻率高的多5。 第三章第三章 gtm900cgtm900c 無線模塊無線模塊 3.13.1 gtm900cgtm900c 模塊模塊介紹介紹 華為 gtm900-c 無線模塊是一款兩頻段 gsm/gprs 無線模塊。它支持標(biāo)準(zhǔn)的 at 命令及增強(qiáng) at 命令，提供豐富的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等功能，是高速數(shù)據(jù)傳輸 等各種應(yīng)用的理想解決方案。內(nèi)嵌 tcp/ip 協(xié)議模塊，使用簡(jiǎn)單，易于集成, gtm900c 軟件、硬件

24、兼容 gtm900b、tc35i、mc39i，使用 tc35i 或 mc39i 的用戶 不用作任何更改就可以使用。 華為 gtm900c 是一款雙頻 900/1800mhz 高度集成的 gsm/gprs 模塊，是 gtm900b 的升級(jí)模塊。內(nèi)嵌 tcp/ip 協(xié)議模塊，使用簡(jiǎn)單，易于集成，使用它您 可以在較短的時(shí)間內(nèi)花費(fèi)較少的成本開發(fā)出新穎的產(chǎn)品。在遠(yuǎn)程監(jiān)控和無線公 話以及無線 pos 終端等領(lǐng)域您都能看到 gtm900c 無線模塊在發(fā)揮作用，gtm900c 軟件、硬件兼容 gtm900b、tc35i、mc39i，使用 tc35i 或 mc39i 的用戶不用作 任何更改就可以使用，以降低產(chǎn)品

25、成本。 主要功能: gsm/gprs phase 2/2+ ；gsm 03.40 短信業(yè)務(wù)；gprs class 10 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)； 支持 group3，class2 傳真業(yè)務(wù)；電路交換業(yè)務(wù)(9.6kbps，14.4kbps)；分組交 換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(85.6kbps) ；fr/hr/efr/amr 語音編碼；呼叫轉(zhuǎn)移、等待、保持、 呼叫前轉(zhuǎn)；多方通話、來電顯示、可選鈴聲 接口特性： 40pin zip 連接器；紅外串口接口；sim 3.0v 和 1.8v 接口；2 路模擬音頻 輸入輸出接口；電源輸入接口和充電管理；adc 輸入；全雙工串行接口，ttl 電 平；支持 gsm07.05，gsm07.0

26、7；tcp/ip 擴(kuò)展 at 指令集。 3.1.1 gtm900c 模塊產(chǎn)品定位 華為 gtm900-c 無線模塊是一款兩頻段 gsm/gprs 無線模塊。它支持標(biāo)準(zhǔn)的 at 命令及增強(qiáng) at 命令，提供豐富的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等功能，是高速數(shù)據(jù)傳輸 等各種應(yīng)用的理想解決方案。 3.1.2 gtm900c 模塊產(chǎn)品特性 表 3-1 gtm900-c 的產(chǎn)品特性表 工作頻段egsm900/gsm1800 雙頻 最大發(fā)射功率 egsm900 class4(2w) gsm1800 class1(1w) 接收靈敏度 -106dbm 工作溫度 正常工作溫度:-20c+70c 擴(kuò)展工作溫度:-40c-20c

27、和 +70c to+80c 電源電壓3.4v4.7v（推薦值 3.8v） 平均待機(jī)電流 3.5ma (drx=5) 關(guān)機(jī)漏電流 50ua 協(xié)議支持 gsm/gprs phase2/2+ 支持華為 gt800 協(xié)議 at 命令gsm 標(biāo)準(zhǔn) at 命令 v.25 at 命令 華為擴(kuò)展的 at 命令 40pin zif 連接器uart 接口（最大串口速率可達(dá) 115200bit/s） 標(biāo)準(zhǔn) sim 卡接口（1.8v 或 3v） 兩路模擬音頻接口 電源接口 gsc 射頻天線連接器 50 gsc 射頻天線連接器 語音業(yè)務(wù)支持 fr、efr、hr 和 amr 的語音編碼 支持免提通話，提供回聲抑制功能 短

28、消息業(yè)務(wù)支持 mo 和 mt 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和小區(qū)廣播 短消息模式支持 text 和 pdu gprs 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) gprs class 10 編碼方式 cs 1，cs 2，cs 3，cs 4 最高速率可達(dá) 85.6kbit/s 支持 pbcch 內(nèi)嵌 tcp/ip 協(xié)議：支持多鏈接，提供 ack 應(yīng)答，提供大容量緩存 電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支持 csd 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，最高速率可達(dá) 14.4kbit/s 支持傳真：group3，class2.0 支持 ussd 補(bǔ)充業(yè)務(wù)來電顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫保持、呼叫等待和三方通話等 集群功能組呼、廣播和私密呼叫等（gtm900-c 模塊支持） stk 功能通過增強(qiáng)的 at 命令

29、支持 stk 功能 rohs 環(huán)保符合 rohs 環(huán)保認(rèn)證要求 3.1.3 gtm900c 模塊產(chǎn)品的應(yīng)用 gtm900-c 在 terminal 型固定臺(tái)、phone 型固定臺(tái)、車載臺(tái)、公用電話、 電力無線抄表業(yè)務(wù)、遠(yuǎn)程信息服務(wù)臺(tái)等方面被廣泛的應(yīng)用。 3.1.4 gtm900c 無線模塊的業(yè)務(wù)演示框圖 圖 3-1 gtm900c 業(yè)務(wù)演示框圖 3.23.2 gtm900cgtm900c 無線模塊無線模塊 atat 命令命令 本課題中的gsm模塊包括移動(dòng)設(shè)備me（mobile equipment） 、移動(dòng)臺(tái)ms（mobile station） 、終端適配器ta（terminal adapter

30、） 、數(shù)據(jù)通信設(shè)備dce（data communication equipment）和傳真dce（包括傳真modem和傳真板） 。 通過串口發(fā)送at命令，即可使用gsm模塊。串行線對(duì)端的應(yīng)用設(shè)備包括終端設(shè)備te (terminal equitment） 、數(shù)據(jù)終端設(shè)備dte（data terminal equipment）或其他應(yīng)用 設(shè)備。這些終端或應(yīng)用設(shè)備可能運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)里。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3-2： 圖3-2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3.2.1 at 命令類型 本手冊(cè)中的所有命令行必須以“at”或“at”為前綴，以結(jié)尾 一般來講，at 命令包括四種類型，如表3-2所示： 表3-2 at命令類型 類型說

31、明實(shí)例 設(shè)置命令該命令用于設(shè)置用戶自定義的參數(shù)值。 at+cxxx= 測(cè)試命令 該命令用于查詢?cè)O(shè)置命令或內(nèi)部程序設(shè)置的參數(shù) 及其取值范圍。 at+cxxx=? 查詢命令該命令用于返回參數(shù)的當(dāng)前值。 at+cxxx? 執(zhí)行命令 該命令用于讀出受gsm模塊內(nèi)部程序控制的不可變 參數(shù)。 at+cxxx 3.2.2 消息發(fā)送和寫入命令 發(fā)送消息：at+cmgs 使用設(shè)置命令，可將 sms（sms-submit）從 te 發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)側(cè)。發(fā)送成功后，消息 參考值將返回給 te。在接收到非請(qǐng)求發(fā)送狀態(tài)報(bào)告結(jié)果碼時(shí)，使用該取值可進(jìn)行 消息識(shí)別。 表 3-3 at+cmgs 操作命令語法 類型命令 可能的返 回

32、結(jié)果 說明 +cmgs: , ok 使用文本 模式 （+cmgf= 1）且發(fā) 送成功 at+cmgs=, text to send error/+c me error: 使用文本 模式 （+cmgf= 1）但發(fā) 送失敗 +cmgs: , ok 使用 pdu 模式 （+cmgf= 0）且發(fā) 送成功 設(shè)置命令 at+cmgs= pdu to senderror/+c me error: 使用 pdu 模式 （+cmgf= 0）但發(fā) 送失敗 測(cè)試命令 at+cmgs=?ok- 表 3-4 參數(shù)的詳細(xì)說明 參數(shù)取值說明 - gsm03.40 ip-destination-address 中“地址-取值

33、”字段， 字符號(hào)；將 bcd 數(shù)值（或缺省 gsm 字母格式的字符）轉(zhuǎn)換為 當(dāng)前選擇的 te 字符集中的字符， （ 請(qǐng)參考 ts 07.07中的 +cscs 命令）;給定的地址類型 - sms 情況下：gsm 03.40 tpdu,16進(jìn)制，遵循 gsm 04.11 sc 地址；me/ta 把 tp 數(shù)據(jù)單元中的每個(gè)8位字符轉(zhuǎn)換為包含2 個(gè) ira 字符的16進(jìn)制數(shù) （如：整數(shù)取值為42的8位字符作為 2位數(shù)字（2a，即 ira50和65）發(fā)送給 te）cbs 情況下:使用 16進(jìn)制 gsm03.41 tpdu - 整數(shù)型取值；文本模式（+cmgf=1）下，用字符表示的 （或）消息正文的長(zhǎng)度；

34、pdu 模式 （+cmgf=0）下，8位真實(shí) tp 數(shù)據(jù)單位的長(zhǎng)度（即：rp 層的 smsc 地址中的8位字符將不計(jì)算在該長(zhǎng)度內(nèi)） - 整數(shù)型的 gsm03.40 tpmessagereference - 時(shí)間字符型（請(qǐng)參考）的 gsm03.40 tpservice centretimestampe - 時(shí)間字符型 gsm03.40 tpdischarge time“yy/mm/dd，hh：mm：sszz”,在該格式的消息中， 字符部分表示年（最后2位） 、月、日、小時(shí)、分鐘、秒和地 區(qū)。例如：6th of may 1995，22：10：00 gtm+2 hours 相 當(dāng)于“95/05/06

35、,22:10:00+08” 。 - rpack pdu 中的 gsm03.40 rpuserdata 元素；sms 情 況下，與的格式相同，但沒有 gsm03.11 sc 地址字段； 該參數(shù)應(yīng)放在雙引號(hào)中，與普通的字符型參數(shù)相同。 - 整數(shù)型的 gsm04.11 tddestinationaddress 中的8位 “類型地址”字段（當(dāng)?shù)氖鬃址麨?（ira 43）時(shí)， 缺省值為145；否則缺省值為129） 舉例：發(fā)送文本方 at+cmgf=1 note：設(shè)置以文本方式發(fā)送短信 式的短信 ok at+cmgsnote：輸入對(duì)方號(hào)碼 sms note：輸入短信內(nèi)容，以 ct

36、rl-z 發(fā)送； esc 取消 ok 舉例：發(fā)送和接收 pdu 方式的短信 at+cmgf=0 ok at+cmgs=16 0891683108200105f011000d91683118087981f60004000168 ok pdu 編碼解析： 發(fā)送數(shù)據(jù)：0891683108200105f011000d91683118087981f60004000168 表 3-5 pdu 編碼解析 碼段含義說明 08 smsc 地址信息的長(zhǎng)度共8個(gè)八位字節(jié)（包括91） 91 smsc 地址格式（ton/npi 用國(guó)際格式號(hào)碼（在前面加+ ） 683108200105f0 smsc 地址 8613800

37、210500，補(bǔ)f湊成偶 數(shù)個(gè) 11 基本參數(shù)（tpmti/vfp）發(fā)送,tpvp 用相對(duì)格式 00 消息基準(zhǔn)值（tp-mr） 0 0d 目標(biāo)地址數(shù)字個(gè)數(shù) 共13個(gè)十進(jìn)制數(shù)（不包括91和 f） 91 目標(biāo)地址格式（ton/npi） 用國(guó)際格式號(hào)碼（在前面加+ ） 683118087981f6 目標(biāo)地址（tp-da） 8613800210500，補(bǔ)f湊成偶 數(shù)個(gè) 00 協(xié)議標(biāo)識(shí)（tppid）是普通 gsm 類型,點(diǎn)到點(diǎn)方式 04 用戶信息編碼方式（tpdcs）8bit 編碼 00 有效期（tpvp）5分鐘 01 用戶信息長(zhǎng)度（tpudl）實(shí)際長(zhǎng)度1個(gè)字節(jié) 68 用戶信息（tpud） 068 接收

38、數(shù)據(jù): 0891683108200105f0040d91683184821969f2000470404271726423026869 表 3-6 接收數(shù)據(jù) 碼段含義說明 08 smsc 地址信息的長(zhǎng)度共8個(gè)八位字節(jié)（包括91） 91 smsc 地址格式（ton/npi) 用國(guó)際格式號(hào)碼（在前面加+ ） 683108200105f0 smsc 地址 8613800210500，補(bǔ)f湊成偶 數(shù)個(gè) 04 基本參數(shù)（tpmti/vfp） 0d 回復(fù)地址數(shù)字個(gè)數(shù) 91 回復(fù)地址格式（ton/npi） 683118087981f6 回復(fù)地址（tp-ra） 8613800210500，補(bǔ)f湊成偶 數(shù)個(gè) 00

39、 協(xié)議標(biāo)識(shí)（tppid）是普通 gsm 類型,點(diǎn)到點(diǎn)方式 04 用戶信息編碼方式（tpdcs）8bit 編碼 70404271726423 時(shí)間戳（tpscts） 07-04-24 17：27：46 23表示時(shí)間區(qū) 02 用戶信息長(zhǎng)度（tpudl）實(shí)際長(zhǎng)度2個(gè)字節(jié) 68 用戶信息（tpud） 068 069 3.33.3 gtm900cgtm900c 信號(hào)連接器和天線接口信號(hào)連接器和天線接口 gtm900-c 的信號(hào)連接器和天線接口，包括： 信號(hào)連接器接口； 天線接口。 3.3.1 信號(hào)連接器 gtm900-c 的信號(hào)連接器是一個(gè) 40 pin 的 zif 連接器，引腳間距為 0.5mm，線距

40、 0.5mm，結(jié)構(gòu)為單排彎式表貼型，帶電纜鎖緊機(jī)構(gòu)，型號(hào)是 hirose 的 fh12-40s- 0.5sh。連接器外形如圖 3-3 所示。 圖 3-3 連接器外形 3.3.2 天線接口 gtm900-c 提供的天線接口為 gsc 射頻連接器，外接天線通過電纜連接到該連接器 上。該連接器是由 hrs 公司提供的，器件編碼是 u.fl-r-smt-1(10)，具體的圖形和尺 寸如圖 3-4 所示。 圖 3-4 天線接口連接器尺寸圖（單位：mm） 3.3.3 接口信號(hào) 表 3-7 信號(hào)連接器接口功能表 序 號(hào) 信號(hào)名稱 i/o 接口電平功能備注 1vbati 3.44.7v電源建議典型值：3.8v

41、 2vbati 3vbati 4vbati 5vbati 6gnd- 地 7gnd- 8gnd- 9gnd- 10gnd- 11usb_d+i/o 僅用于模塊調(diào)測(cè),設(shè)計(jì)時(shí)懸空 12usb_d-i/o 僅用于模塊調(diào)測(cè),設(shè)計(jì)時(shí)懸空 13vbusi 僅用于模塊調(diào)測(cè), 設(shè)計(jì)時(shí)懸空。注意： 此管腳與 gtm900-a/b 存在差異，不能 兼容，gtm900-a/b 為 vdd 信號(hào)，用于 模塊正常啟動(dòng)指示信號(hào)。 14adci 01.75v模擬數(shù)字采樣最高輸入電壓 15pwoni- 開/關(guān)機(jī)控制信 號(hào) 低電平有效 16uart_dsr0o2.85v(0.1) 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒 - 17uart_ri0o2.8

42、5(0.1) 振鈴指示 - 18uart_rxd0o2.85v(0.1) gtm900 模塊 at 命令串口 發(fā)送信號(hào)（對(duì)端設(shè)備接收） 用于 gtm900-c 模塊的 at 命令，ttl 電平 19uart_txd0i2.85v(0.1) gtm900 模塊 at 命令串行接收信 號(hào)（對(duì)端設(shè)備發(fā) 送） 用于 gtm900-c 模塊的 at 命令，ttl 電平 20uart_cts0o2.85v(0.1) 清除發(fā)送gtm900-c 上 pin 腳定義為輸出信號(hào) 21uart_rts0i2.85v(0.1) 請(qǐng)求發(fā)送gtm900-c 上 pin 腳定義為輸入信號(hào) 22uart_dtr0i2.85v

43、(0.1) 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備就 緒 - 23uart_dcd0o2.85v(0.1) 載波檢測(cè) - 24sim_cdi2.85v(0.1) sim 卡在位信號(hào)目前軟件尚不支持, 設(shè)計(jì)時(shí)懸空 25sim_rsto2.85v(0.1) sim 卡復(fù)位信號(hào) - 26sim_datai/o2.85v(0.1) sim 卡數(shù)據(jù)傳輸 接口 - 27sim_clko2.85v(0.1) sim 卡時(shí)鐘信號(hào) - 28sim_vcco2.85v(0.1) sim 卡電源 - 29sim_gnd- sim 卡地與通常的工作地：gnd 信號(hào)連接同時(shí)要 求與 sim 卡的 gnd 信號(hào)連接 30vbackupi/o3.0

44、v 備用電池電源信 號(hào) 參考后面章節(jié)的推薦設(shè)計(jì) 31rsti2.85v(0.1) 復(fù)位信號(hào)低電平有效，對(duì)模塊復(fù)位 32lpgo2.85v(0.1) 指示燈狀態(tài)控制 信號(hào) - 33auxo+o- 第二路音頻輸出 信號(hào) - 34auxo-o- 第二路音頻輸出 信號(hào) - 35ear+o- 第一路音頻輸出 信號(hào) - 36ear-o- 第一路音頻輸出 信號(hào) - 37mic+- 第一路音頻輸入 信號(hào) 第一路音頻單端輸入正，內(nèi)部已經(jīng)帶 直流偏置 38mic- 第一路音頻輸入 信號(hào) 第 39auxi+- 第二路音頻輸入 信號(hào) 第二路音頻單端輸入正，內(nèi)部已經(jīng)帶 直流偏置 40auxi- 第二路音頻輸入 信號(hào) 第

45、二路音頻單端輸入負(fù)，內(nèi)部已經(jīng)帶 直流偏置 3.43.4 接口的使用接口的使用 gtm900-c 各接口的使用，包括：uart 接口；usb 接口；sim 卡接口；rtc backup 接口；audio 接口；lpg 接口。 3.4.1 uart 接口的功能特性 uart 接口與外界進(jìn)行串行通信，支持 3.00v 電平輸入和輸出。uart 接口的信號(hào) 除了 rxd0、txd0 是高電平有效之外，其余所有信號(hào)均為低電平有效。uart 接口有 512 byte 的發(fā)送 fifo（first in first out）和接收 fifo，支持可編程的數(shù)據(jù)寬度、 可編程的數(shù)據(jù)停止位、可編程的奇/偶校驗(yàn)或者

46、沒有校驗(yàn)。uart 接口工作的最大速率 為 115.2kbit/s，默認(rèn)支持 9600bit/s 的速率，支持波特率掉電保存。 3.4.2 uart 接口信號(hào)定義 uart 接口信號(hào)定義如表 3-8 所示. 表 3-8 uart 接口信號(hào)定義 序號(hào)信號(hào)名描述特性方向 23uart_dcd0 載波檢測(cè)數(shù)據(jù)鏈路已連接 dce-dte 17uart_ri0 振鈴指示通知 dte 有遠(yuǎn)程呼叫 dce-dte 21uart_rts0 請(qǐng)求發(fā)送dte 通知 dce 請(qǐng)求發(fā)送 dte-dce 19uart_txd0 發(fā)送數(shù)據(jù)dte 發(fā)送數(shù)據(jù) dte-dce 16uart_dsr0 數(shù)據(jù)設(shè)備 就緒 dce 準(zhǔn)

47、備就緒 dce-dte 22uart_dtr0 數(shù)據(jù)終端 就緒 dte 準(zhǔn)備就緒 dte-dce 20uart_cts0 清除發(fā)送ce 已切換到接收模式 dce-dte 18uart_rxd0 接收數(shù)據(jù)dte 接收串行數(shù)據(jù) dce-dte 6gnd 地 - 3.4.3 uart 接口 dce-dte 配線 dce-dte 的連接關(guān)系如圖 3-4 所示。 圖 3-4 dce-dte 的連接關(guān)系 第四章第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4.14.1 土壤水分傳感器的選擇與使用土壤水分傳感器的選擇與使用 4.1.1 土壤水分傳感器的選擇 快速、準(zhǔn)確地測(cè)定農(nóng)田土壤水分，對(duì)于探明作物生長(zhǎng)發(fā)育期內(nèi)土壤水分

48、的盈虧， 以便適時(shí)做出灌溉、施肥決策和排水措施等具有重要意義。 由于土壤水分含量測(cè)定的特殊要求以及影響因子的復(fù)雜性，有關(guān)的測(cè)定方法都表 現(xiàn)出這樣或那樣的不足，比如破壞性、不穩(wěn)定性、測(cè)定適用范圍的局限性、對(duì)測(cè)定人 員具有危害性及需要經(jīng)常標(biāo)定、價(jià)格昂貴等等，均對(duì)這些方法的適應(yīng)性、測(cè)定結(jié)果的 可靠性及由于價(jià)格原因的推廣性有極大的影響。經(jīng)過綜合比較，本課題最終選定了電 容式水分傳感器，對(duì)一定幾何結(jié)構(gòu)的電容式水分傳感器，其電容量與兩電極間被測(cè)物 料的介電常數(shù)有正比關(guān)系。由于水的介電常數(shù)比一般物料的介電常數(shù)要大得多，所以 當(dāng)土壤中的水分增加時(shí)，其介電常數(shù)相應(yīng)增大，測(cè)量時(shí)水分傳感器給出的電容值也隨 之上升，

49、根據(jù)傳感器的電容量與土壤水分之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系可測(cè)出土壤的水分。電容式 水分傳感器的特點(diǎn)是精度高、量程寬、可測(cè)的物料品種多，而且響應(yīng)速度也較快，可 應(yīng)用于在線監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。但靈敏度稍低，設(shè)備較復(fù)雜，價(jià)格稍貴。 根據(jù)被測(cè)物料不同，傳感器應(yīng)有不同的結(jié)構(gòu)，這里選用了 lw-02 型水分傳感器。 它已通過 humrel 的品質(zhì)認(rèn)證，可以很好工作于較惡劣的環(huán)境。它有小且易安裝的接 頭，由于它是線性的電壓輸出濕度檢測(cè)模塊，因此能直接與微控制器相接，價(jià)格相對(duì) 便宜，具有較高的性價(jià)比。它適用范圍廣，可用于環(huán)境測(cè)控、溫室大棚、糧食倉儲(chǔ)等6。 4.1.2 土壤水分傳感器的測(cè)量原理及其實(shí)現(xiàn)方法 眾所周知，空氣的介電常

50、數(shù)為 1，土壤的介電常數(shù)介于 3-7，而自由介電常數(shù)達(dá) 80. 36（20） ，這種巨大差異表明可以通過測(cè)量土壤介電特性來測(cè)定土壤含水量。 電磁閥公式： c=rc0=(1+x)c0 （4-1） 其中 c0 表示無介質(zhì)(即在空氣中)時(shí)的電容 c 一充入均勻介質(zhì)后的電容 r 一所充介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)(也稱電容率) x 一介質(zhì)的極化率 由上式可見，充入介質(zhì)后，原空氣中的電容將增至 r倍，介質(zhì)不同則 r 不同，c 也不同，通過 c 間接反映土壤含水量。 通過振蕩電路，很容易把 c 轉(zhuǎn)換成振頻頻率不同的電信號(hào)，把該信號(hào)通過單片機(jī) 與其它電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。土壤水分傳感器的原理框圖如圖 4. 1 所示

51、。 sn75lb c184 at98c 2051 x25045 看門狗 智能數(shù)采 模塊 cc4060555 上位機(jī) 圖 4.1 土壤水分傳感器原理框圖 探頭的設(shè)計(jì)，這里以一根較粗的絕緣探針作為電容的正極，以八根連接在一起的 絕緣探針作為電容的負(fù)極，這樣隨著夾在兩極板之間的介質(zhì)的濕度不同，電容值也就 不同，而土壤濕度不同，其介質(zhì)系數(shù)也是不同的，從而實(shí)現(xiàn)了土壤濕度的數(shù)字化。在 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，采用兩極板的方式受土壤松緊度的影響較大，且不夠穩(wěn)定，影響了傳感 器的穩(wěn)定性和可靠性，因此，采用了絕緣探針的方式，因?yàn)樘结樰^尖，插入土壤比較 容易，且對(duì)土壤松緊度的影響較小，封閉性較好，能夠構(gòu)成完整的閉合電容，系統(tǒng)

52、比 較穩(wěn)定。探頭的探針必須是絕緣的，這里采取了搪瓷的方法，因?yàn)榇稍谕寥乐胁粫?huì)被 腐蝕，絕緣性好，且質(zhì)地堅(jiān)硬，耐-磨性較好，可以達(dá)到理想的效果。 通過一個(gè) 555 振蕩電路產(chǎn)生一個(gè)近似方波信號(hào)。由頻率計(jì)算公式 f=1. 43/( ra+rb) c 可知，在 ra和 c 一定的情況下，只要改變 rb的值，就可以改變輸出頻率 f 的值。 這樣，整個(gè)電路的調(diào)節(jié)就集中到電阻 rb上了，只要調(diào)節(jié)電阻 rb，就可以來調(diào)節(jié)電路 的輸出；同時(shí)，振蕩器輸出波形的占空比為 q=ra/ (ra+ra )，只要 ra與 rb的比值越 大，輸出的波形就越接近方波，得到的值就越接近理想值。取 ra 為 100k，取 rb

53、為 3k，這樣輸出的波形就近似為方波(rb 為可調(diào)電阻)。在其他參數(shù)一定的情況下，電容 值不同，輸出的波形周期也不同，從而實(shí)現(xiàn)了電容與周期的一一對(duì)應(yīng)。 輸出的方波信號(hào)的頻率是比較高的，因此需要通過一個(gè) cc4060 芯片對(duì)其進(jìn)行分 頻，以便單片機(jī)能進(jìn)行處理。我們經(jīng)常需要把高頻信號(hào)加以分頻得到較低頻率的信號(hào)， cc4060 有 10 個(gè)輸出端最小可得到 16 分頻，最大可得到 16348 分頻，這樣大的分頻范 圍給了一個(gè)自由選擇的空間。 經(jīng)過 16 分頻的方波信號(hào)輸入 at89c51 單片機(jī)，由軟件對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行處理， 通過分段擬合，以降低誤差，同時(shí)進(jìn)行查表計(jì)算，獲得相應(yīng)的濕度值。利用看門狗來

54、 實(shí)時(shí)監(jiān)控，還需要進(jìn)行通訊編程并借助智能數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳 輸與命令傳輸。 采用 x25045 對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)，在故障情況下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存?？撮T狗電路在現(xiàn)在 的電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是非常普遍的，x25045 把三種常用的功能:看門狗定時(shí)器，電壓監(jiān) 控和 e2prom 組合在單個(gè)封裝之內(nèi)，這種組合降低了系統(tǒng)成本并減少了對(duì)電路板空間 的要求?？撮T狗定時(shí)器對(duì)微控制器提供了獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，在可選的 超時(shí)周期之后，看門狗將以 reset 信號(hào)作出響應(yīng)。用戶可從三個(gè)預(yù)置的值中選擇此周 期。一旦選定，即使在電源周期變化之后，此周期也不改變。利用 x25045 低 vcc 檢 測(cè)電

55、路，可以保護(hù)系統(tǒng)使之免受低電壓的影響。當(dāng) vcc 降到最小轉(zhuǎn)換點(diǎn)以下時(shí)，系統(tǒng) 復(fù)位。復(fù)位一直確保到 vcc 返回且穩(wěn)定為止。 單片機(jī)輸出的是 rs232 信號(hào)，其傳輸距離比較短，最大為 15 米，極大地限制了信 號(hào)的傳輸：與之相比，rs485 信號(hào)的傳輸距離可達(dá)到 1200 米左右，再加上兩級(jí)中繼后， 能達(dá)到 3000 米以上。通過 sn75lbc184 對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這樣，只要在上位機(jī)的端口 加上一個(gè) d485 轉(zhuǎn)換頭，就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的傳輸了。同時(shí)，sn75lbc184 的片內(nèi) a，b 引腳接有高能量瞬變干擾保護(hù)裝置，這種結(jié)構(gòu)能承受 400w 的過壓瞬變， 從而顯著地提高了器件

56、抗過壓瞬變的可靠性。普通的 rs485 收發(fā)器很容易被過壓瞬變 損壞，如果要有效加以保護(hù)，一般需外加包括隔離變壓器在內(nèi)的保護(hù)器件。若使用 lbc184，可直接與傳輸線相接而不需要任何外加保護(hù)元件，這提供了一種可靠、低價(jià) 和簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方案。該器件還具有合適于電噪聲環(huán)境中的合用數(shù)據(jù)總線應(yīng)用的許多特 點(diǎn)5。 lw-o2 土壤濕度傳感器的整體電路圖如圖 4.2 所示。 圖 4.2 土濕傳感器的整體電路圖 4.1.3 傳感器在田間的埋設(shè) 選擇合適的埋設(shè)位置和正確埋入傳感器是精確、可靠地進(jìn)行土壤含水量測(cè)定所必 須在進(jìn)行埋設(shè)工作時(shí)要遵循下列一些原則： 埋設(shè)點(diǎn)應(yīng)選在處理方便，不受田塊邊界作用影響，土壤、氣候、

57、作物生長(zhǎng)及灌 溉系統(tǒng)都具有代表性的地段，此處不應(yīng)干燥得太快，也不應(yīng)處于低洼地或較其它部分 位置積水時(shí)間長(zhǎng)或更潮濕的地塊。 必須埋在根系活動(dòng)集中層內(nèi)，該處為作物大部分吸水發(fā)生部位，需給予重點(diǎn)關(guān) 注。最好能在各點(diǎn)或不同深度分層埋設(shè)若千傳感器。對(duì)于淺層根系作物，如大多數(shù)蔬 菜作物，可在 1015cm， 2540cm 深度之間各埋一個(gè)。對(duì)于扎根較深的作物，如玉米、 果樹等，可考慮在 15cm， 40cm， 80cm 處各埋一個(gè)，這時(shí)只有在三個(gè)傳感器的測(cè)量 結(jié)果都顯示缺水時(shí)才開始灌溉。分層埋設(shè)時(shí)，應(yīng)將各傳感器的導(dǎo)線頭引到埋設(shè)處的地 表，在導(dǎo)線頭上做好不同埋深的標(biāo)記，以便和傳感器信號(hào)處理電路連接。 對(duì)于較

58、長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)觀察，探頭最好能與垂線呈一定角度安放(一般取 100450)， 這樣可以減小土壤的非均質(zhì)性，作物根系的垂直生長(zhǎng)特性以及垂直干裂 隙、蛆叫洞等的影響，并可克服垂直安放探頭易引發(fā)干裂縫及孔洞，從而造成降雨或 灌水時(shí)水分沿探頭下滲的弊端。 傳感器在洞內(nèi)放好后，要加入少量細(xì)土，壓實(shí)，灌入少量水，然后再填一些土。 同時(shí)應(yīng)注意用細(xì)砂布裹在傳感器外，以避免砂粒進(jìn)入探頭內(nèi)影響測(cè)量效果。 總之，在傳感器埋設(shè)時(shí)，應(yīng)請(qǐng)教有關(guān)專家，了解作物的有效根系活動(dòng)范圍和土壤 土質(zhì)況，以便選擇好埋設(shè)傳感器的位置、深度和數(shù)量，保證測(cè)量結(jié)果的可信性 8。 4.24.2 單片機(jī)的選擇單片機(jī)的選擇 4.2.1 單片機(jī)的發(fā)展概

59、況及其選擇 隨著電子技術(shù)、微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)發(fā)展很快，單片機(jī)作為計(jì)算 機(jī)的一個(gè)獨(dú)特的分支，它是在一塊芯片上集成了多種功能部件所構(gòu)成的一臺(tái)完整的、 具有一定功能的單片微型計(jì)算機(jī)。 根據(jù)本課題的特點(diǎn)，這里選 atmel 公司 89 系列的標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī) at89c5118 4.2.2 89c51 單片機(jī)性能與應(yīng)用 at89c51 是一種低功耗、高性能的 8 位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè) 4k 字節(jié)的 flash 可 編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(eprom)，它采用了 cmos 工藝和 atmel 公司的高密度非易失性 存儲(chǔ)器(nuram)技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 mcs-51 兼容。片內(nèi)

60、的 flash 存 儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來編程。因此 at89c51 是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，它可方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域。19 at89c51 的主要性能有20: 與 mcs-51 微控制器產(chǎn)品兼容； 4kb 可改編程序 flash 存儲(chǔ)器；(可經(jīng)受 1， 000 次的寫入/擦除周期) 全靜態(tài)工作：0hz-24mhz； 三級(jí)存儲(chǔ)器保密； 128x8 字節(jié)內(nèi)部 ram； 32 條可編程 i/0 線； 2 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； 6 個(gè)中斷源； 可編程串行通道； 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器； 空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存片內(nèi)以 ram 中的內(nèi)容。