摘要：現(xiàn)有的農(nóng)田小氣候要素主要靠人工獲取，耗時(shí)費(fèi)力；現(xiàn)有專(zhuān)業(yè)設(shè)備過(guò)于昂貴，不利于組建高密度的觀測(cè)網(wǎng)。本系統(tǒng)是基于MSP430的小氣候采集系統(tǒng)，精度高，超低功耗，可以在設(shè)備自身供電的條件下長(zhǎng)時(shí)間在野外測(cè)量數(shù)據(jù)。且由于設(shè)備成本較低，可以利用多個(gè)設(shè)備組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)終端設(shè)備遠(yuǎn)程設(shè)定采樣頻率，從而對(duì)某一區(qū)域的土壤溫濕度，空氣溫濕度，光照強(qiáng)度等信息做詳細(xì)的記錄。
關(guān)鍵詞：MSP430；傳感器；農(nóng)業(yè)信息采集；無(wú)線傳輸

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
基本電路由MSP430F149單片機(jī)驅(qū)動(dòng)外圍的傳感器設(shè)備，土壤溫濕度傳感器(5TM)、空氣溫濕度傳感器(SHT11)、光強(qiáng)度傳感器(S1087)分別負(fù)責(zé)采集土壤溫濕度、空氣溫濕度和光強(qiáng)度，可根據(jù)預(yù)設(shè)時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并可通過(guò)存儲(chǔ)集中傳輸?shù)哪Ｊ接缮漕l傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離的傳輸。由于所采用的傳感器響應(yīng)時(shí)間短，可作為便攜式手持設(shè)備使用，從而大大提高測(cè)量速度，提高測(cè)量效率。

2 硬件部分
溫濕度傳感器SHT11：SHT11傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專(zhuān)業(yè)的工業(yè)CMOS過(guò)程微加工技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。測(cè)濕精度±3．0[％RH]，測(cè)溫精度±0．4[℃]在25℃。傳感器包含一個(gè)電容式聚合體測(cè)濕原件和一個(gè)隙式測(cè)溫原件并與一個(gè)14位的A／D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路在同一芯片上實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。此產(chǎn)品具有超快響應(yīng)，抗干擾能力強(qiáng)，性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，每個(gè)SHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)試中進(jìn)行校準(zhǔn)。數(shù)字信號(hào)的整個(gè)傳輸過(guò)程由CRC-8校驗(yàn)，任何錯(cuò)誤數(shù)據(jù)將被檢測(cè)到并清除。SCK接P1．4口，為串行時(shí)鐘輸入引腳，用于微MCU與SHT11之間的通訊同步。SDL接P1．5口，用于數(shù)據(jù)的讀取，在SCK時(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在SCK時(shí)鐘上升沿有效。
5TM土壤溫濕度傳感器：利用水分是決定土壤介電常數(shù)的主要因素這一特點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量土壤的介電常數(shù)并通過(guò)公式來(lái)精確得出土壤的真實(shí)濕度，另外為了更加準(zhǔn)確地反應(yīng)所測(cè)對(duì)象的濕度，5TM對(duì)國(guó)際上慣用的經(jīng)典算法進(jìn)行了改進(jìn)，提供了面向不同測(cè)量對(duì)象的算法供用戶(hù)調(diào)用，從而大幅地提高了所測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。靜態(tài)工作電流0．3mA，測(cè)量電流10mA，測(cè)量時(shí)間150ms，保證了設(shè)備快速測(cè)量和低功耗的特性。工作頻率70MHz，測(cè)量時(shí)OUT接P5．1口，向單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)，VCC和GND分別接電源端和地端。測(cè)量濕度托普方程精度為±0．03m／m(±3％VWC)，采用修正后的方程精度可達(dá)(±1％～2％VWC)。溫度測(cè)量在-40℃～50℃時(shí)分辨率0．1℃，精度可達(dá)±1℃。

硅光電池：硅光電池S1133是一種直接把光能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件。它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，核心部分是一個(gè)大面積的PN結(jié)，當(dāng)二極管的管芯(PN結(jié))受到光照時(shí)，由光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生回路電流。由于硅光電池的PN結(jié)面積比二極管的PN結(jié)大得多，所以受到光照時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)和電流也大得多。利用光伏效應(yīng)可以將光強(qiáng)度的變化量通過(guò)電流變化的線性關(guān)系反映出來(lái)，再通過(guò)放大電路將信號(hào)進(jìn)行放大，依據(jù)他們之間的線性關(guān)系測(cè)得光強(qiáng)度。
K9F1G08U1A外部存儲(chǔ)芯片：由于單片機(jī)的存儲(chǔ)資源有限，為了能有效地存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，此處使用了Samsung公司推出的K9F1G08U1A外部存儲(chǔ)器件來(lái)擴(kuò)展設(shè)備的存儲(chǔ)容量。NAND FLASH芯片具有ROM存儲(chǔ)器的特點(diǎn)，在斷電的情況下仍可以長(zhǎng)時(shí)間保存數(shù)據(jù)。電源電壓2．7V～3．6V，與MSP430F149一致，低功耗，容量可達(dá)128M×8Bit，K9F1G080M芯片提供了一根狀態(tài)指示信號(hào)線R／B接P4．5，該信號(hào)為低電平時(shí)，表示FLASH可能正處于編程、擦除或讀操作狀態(tài)；為高電平時(shí)，則表示為準(zhǔn)備好狀態(tài)。NANDFLASH存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)線與地址線復(fù)用為8條線，另外還提供了命令控制信號(hào)線。因此，NAND FLASH存儲(chǔ)器不會(huì)因?yàn)榇鎯?chǔ)容量的增加而增加引腳數(shù)目。本系統(tǒng)中，K9F1G08U0M的數(shù)據(jù)輸入輸出口與單片機(jī)的P 2端口相連。片選信號(hào)與單片機(jī)的P 2．4相連，CLE(命令鎖存控制端)、ALE(地址鎖存控制端)、RE(讀操作控制端)、WE(寫(xiě)操作控制端)分別通
過(guò)控制單片機(jī)P4．1、P4．2、P4．3、P4．4引腳的電平，決定對(duì)FLASH進(jìn)行控制字操作、地址操作、寫(xiě)操作還是讀操作。在此不須使用寫(xiě)保護(hù)功能，所以接高電平。