采集終端的核心控制MCU是整個采集系統(tǒng)的核心,考慮到成本和處理性能的要求,嵌入式MCU選用ATMEL公司生產的低功耗8位微處理器ATmega128作為數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的處理器芯片。該芯片硬件資源豐富,具有功耗低、功能多、價格便宜和性能強大等優(yōu)點。在該終端中核心處理器ATmega128單片機通過COM0直接與GPRS模塊相連接,完成對GPRS模塊的初始化和基于GPRS網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸功能。系統(tǒng)中的GPS模塊則通過ATmega128的COM1進行通信。ATmega128自身帶有128K字節(jié)FLASH存儲器,下位機程序可直接通過編程器下載到片內FLASH中。同時ATmega128再帶4K字節(jié)的EEPROM存儲器,傳感器采集數(shù)據(jù)直接存放在EEPROM中。在該設計中采用的GPRS通信模塊和GPS模塊接口均為TTL電平接口,可以直接與ATmega128單片機的串行接口進行連接,接口電路如圖4、圖5所示:

嵌入式GPRS模塊的供電為直流5V供電,TXD、RXD為通信接口,在本設計中可直接連接至AVR單片機的串行接口上, ONLINE為在線指示接口,當連接到網(wǎng)絡以后該端口輸出一個低電平信號,通過74ALS04進行反向以后驅動D1發(fā)光二極管,當發(fā)光二極管點亮以后便證明現(xiàn)在控制器已連接網(wǎng)絡。GPS模塊通過單片機的COM2口連接,如圖5所示。
在該采集終端中,土壤濕度傳感接口為0～5V模擬量接口,所以傳感器選擇昆侖海岸公司生產的JWSL一5VB保護型溫濕度變送器,其輸出信號為直流電壓信號,范圍為0～5V,溫度與濕度信號從各自的通道輸出,相互獨立。傳感器輸出的信號經(jīng)過線性轉換處理后輸入到ATmega128的ADC1引腳,由ATmega128內部的ADC進行模數(shù)轉換。ATmega128內部的ADC具有8個通道,每通道的分辨率為10bit,輸入電壓范圍為0～5V,能夠滿足該系統(tǒng)數(shù)據(jù)巡回采集的需要。傳感器信號調理及與ATmega128的接口電路如圖6所示。傳感器輸出的電壓信號進入該電路之后,首先經(jīng)過低通濾波。傳感器輸出的電壓信號本身可能有不穩(wěn)定因素,加上經(jīng)過長電纜傳送,此過程中還會受到其他設備的干擾,很多中高頻噪聲疊加到信號中,所以在信號進入處理器的ADC之前,先通過低通濾波器盡可能地把噪聲和干擾濾除。這里使用一階RC低通濾波器進行濾波,截止頻率為15．92Hz,可以有效地衰減中高頻干擾成分,較好地反映出信號的變化。傳感器輸出信號通過濾波器后,再經(jīng)一級電壓跟隨器緩沖,由R1和R3組成的分壓電路轉換成0—4.09V的電壓信號后,再經(jīng)一級緩沖,最后送人處理器的ADC1端口(溫度信號送ADC1,濕度信號送ADC2)[2]。

7 結束語
本文設計的基于物聯(lián)網(wǎng)技術的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)依據(jù)土壤墑情和作物需水情況制定最優(yōu)灌溉方案,對作物實行按需灌溉,最大限度的降低水資源的消耗,緩解水資源日趨緊張的矛盾,并且還為作物提供了更好的生長環(huán)境,充沛發(fā)揚現(xiàn)有節(jié)水配備的作用,優(yōu)化調度,提高效益。

參考文獻:
[1]常波,基于無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)水灌溉智能監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].安徽農業(yè)科學,2010,38(27):23.
[2]黃偉峰等,森林土壤溫濕度嵌入式遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)[J].農業(yè)化研究,2009,(12):107-108.

作者簡介:趙寒濤(1974-),男,高級工程師,從事機電一體化等方面的科研工作。