談土壤水分檢測控制體系設計

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顯示接口電路

CA12864E液晶顯示模塊具有串行與并行兩種數據傳輸方式。其中，串行方式雖節約了I/O口線，但訪問時間過長；并行方式雖占據多個I/O口線，但處理速度較快。因此，本設計方案采用并行數據傳輸方式，RESET端直接接高電平，其接口電路如圖2所示。

串行通訊接口串行通訊接口采用最廣泛、最典型的RS-232串行數據標準。本設計采用RS232標準，利用MAX232芯片的雙向轉換完成TTL-EIA和EIA-TTL的電平轉換。其硬件電路連接。鍵盤電路按鍵處理主要完成對當前一個DHT80經處理后的測試數據的顯示。

電源模塊電路本設計中電源模塊采用12V鉛蓄電源通過LM7805三端穩壓器穩壓至5V進行供電。此外，根據DHT80溫濕度傳感器的技術要求，推薦使用3V電源供電（在使用3V電源供電時，DHT80溫度矯正系數等參數會相應改變）。因此，本研究設計了2個電路模塊，分別輸出5V和3V電壓，如圖5、6所示。其中，LM1117是一個可以提供電流限制與熱保護的低壓差電壓調節器，能夠實現1.25~13.8V的輸出電壓范圍。

軟件系統設計

1主程序

主程序的主要功能是負責對選定DHT80溫濕度的實時顯示，主程序流程如圖7所示。

2傳感器軟件設計

DHT80與單片機通信只有兩根線時鐘線（SCK）和數據線（DATA），其通信協議是類似于I2C總線。首先，選擇供電電壓后將傳感器通電，上電速率不能低于1V/ms。通電后傳感器需要11ms進入休眠狀態，在此之前不允許對傳感器發送任何命令。用一組“啟動傳輸”時序來表示數據傳輸的初始化。一組測量命令后，控制器要等待測量結束。這個過程需要大約20/80/320ms，分別對應8/12/14bit測量。DHT8x通過下拉DATA至低電平并進入空閑模式，表示測量結束。控制器在再次觸發SCK時鐘前，必須等待這個“數據備妥”信號來讀出數據。檢測數據可以先被存儲，這樣控制器可以繼續執行其他任務在需要時再讀出數據。DHT80的某些高級功能可以通過給狀態寄存器發送指令來實現，如選擇測量分辨率、電量不足提醒或啟動加熱功能等。測量分辨率：默認的測量分辨率分別為14bit（溫度）、12bit（濕度），也可分別降至12bit和8bit。通常在高速或超低功耗的應用中采用該功能。電量不足：該功能可監測到Vdd電壓低于2.47V的狀態，精度為±0.05V。在讀狀態寄存器或寫狀態寄存器之后，8位狀態寄存器的內容將被讀出或寫入。

3上位機通訊軟件設計

軟件在此處完成向上位機輸出溫濕度數據。以個人計算機（PC）作為上位機，與單片機之間以幀為通訊單位。本設計MCU不主動向計算機發送信息。PC根據需要發送命令幀，MCU完成相應功能后將發送應答幀。命令幀（PC至MCU）和應答幀（MCU至PC）的格式是相同的，二者幀內容有所不同。由上位機向下位機發送字節數和命令，下位機根據命令將采樣數據傳給上位機，下位機在傳輸完數據后繼續進行數據采集，等待下一次中斷控制信號到來。

仿真試驗

本研究的目的是得到足夠的數據以建立一種數學線性化模型。記錄表格及其部分數據如表1所示。由表1可知，空氣溫度和土壤濕度之間存在一定關系，土壤空氣的濕度值與外界空氣的濕度值有顯著變化；是否能用空氣濕度變化很好地線性模擬空氣濕度和土壤濕度數據以及線性度真值等數據不能完全確定。圖9A、B分別表示第2個與第3個DHT80所測的數據曲線，其中，橫坐標為在土壤中掩埋0.5h后測得的空氣濕度，縱坐標為實際土壤濕度。由圖9可知，在一定范圍內，空氣濕度與土壤濕度之間存在線性關系。

結語

本研究從硬件與軟件兩個方面給出了土壤水分檢測智能控制系統的設計，通過仿真也獲得了一定的效果，但由于試驗數據較少，本研究提出的線性化或分塊線性化思路只在部分范圍內實現，而且空氣濕度傳感器在土壤濕度13%左右時，其掩埋在土壤中一段時間后所測得的空氣濕度將達到95%以上，這是一個較大的問題，有待今后進一步研究。

作者：邱世卉單位：成都工業學院電氣與電子工程系