谈土壤水分检测控制体系设计

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显示接口电路

CA12864E液晶显示模块具有串行与并行两种数据传输方式。其中，串行方式虽节约了I/O口线，但访问时间过长；并行方式虽占据多个I/O口线，但处理速度较快。因此，本设计方案采用并行数据传输方式，RESET端直接接高电平，其接口电路如图2所示。

串行通讯接口串行通讯接口采用最广泛、最典型的RS-232串行数据标准。本设计采用RS232标准，利用MAX232芯片的双向转换完成TTL-EIA和EIA-TTL的电平转换。其硬件电路连接。键盘电路按键处理主要完成对当前一个DHT80经处理后的测试数据的显示。

电源模块电路本设计中电源模块采用12V铅蓄电源通过LM7805三端稳压器稳压至5V进行供电。此外，根据DHT80温湿度传感器的技术要求，推荐使用3V电源供电（在使用3V电源供电时，DHT80温度矫正系数等参数会相应改变）。因此，本研究设计了2个电路模块，分别输出5V和3V电压，如图5、6所示。其中，LM1117是一个可以提供电流限制与热保护的低压差电压调节器，能够实现1.25~13.8V的输出电压范围。

软件系统设计

1主程序

主程序的主要功能是负责对选定DHT80温湿度的实时显示，主程序流程如图7所示。

2传感器软件设计

DHT80与单片机通信只有两根线时钟线（SCK）和数据线（DATA），其通信协议是类似于I2C总线。首先，选择供电电压后将传感器通电，上电速率不能低于1V/ms。通电后传感器需要11ms进入休眠状态，在此之前不允许对传感器发送任何命令。用一组“启动传输”时序来表示数据传输的初始化。一组测量命令后，控制器要等待测量结束。这个过程需要大约20/80/320ms，分别对应8/12/14bit测量。DHT8x通过下拉DATA至低电平并进入空闲模式，表示测量结束。控制器在再次触发SCK时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。检测数据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其他任务在需要时再读出数据。DHT80的某些高级功能可以通过给状态寄存器发送指令来实现，如选择测量分辨率、电量不足提醒或启动加热功能等。测量分辨率：默认的测量分辨率分别为14bit（温度）、12bit（湿度），也可分别降至12bit和8bit。通常在高速或超低功耗的应用中采用该功能。电量不足：该功能可监测到Vdd电压低于2.47V的状态，精度为±0.05V。在读状态寄存器或写状态寄存器之后，8位状态寄存器的内容将被读出或写入。

3上位机通讯软件设计

软件在此处完成向上位机输出温湿度数据。以个人计算机（PC）作为上位机，与单片机之间以帧为通讯单位。本设计MCU不主动向计算机发送信息。PC根据需要发送命令帧，MCU完成相应功能后将发送应答帧。命令帧（PC至MCU）和应答帧（MCU至PC）的格式是相同的，二者帧内容有所不同。由上位机向下位机发送字节数和命令，下位机根据命令将采样数据传给上位机，下位机在传输完数据后继续进行数据采集，等待下一次中断控制信号到来。

仿真试验

本研究的目的是得到足够的数据以建立一种数学线性化模型。记录表格及其部分数据如表1所示。由表1可知，空气温度和土壤湿度之间存在一定关系，土壤空气的湿度值与外界空气的湿度值有显著变化；是否能用空气湿度变化很好地线性模拟空气湿度和土壤湿度数据以及线性度真值等数据不能完全确定。图9A、B分别表示第2个与第3个DHT80所测的数据曲线，其中，横坐标为在土壤中掩埋0.5h后测得的空气湿度，纵坐标为实际土壤湿度。由图9可知，在一定范围内，空气湿度与土壤湿度之间存在线性关系。

结语

本研究从硬件与软件两个方面给出了土壤水分检测智能控制系统的设计，通过仿真也获得了一定的效果，但由于试验数据较少，本研究提出的线性化或分块线性化思路只在部分范围内实现，而且空气湿度传感器在土壤湿度13%左右时，其掩埋在土壤中一段时间后所测得的空气湿度将达到95%以上，这是一个较大的问题，有待今后进一步研究。

作者：邱世卉单位：成都工业学院电气与电子工程系