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一種土壤濕度測控裝置的制作方法

文檔序號:5973650閱讀:200來源:國知局
專利名稱:一種土壤濕度測控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及濕度測量產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域,具體的說是一種土壤濕度測控裝置。
背景技術(shù)
土壤濕度是植物生長的重要因素,對土壤濕度的檢測對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展有重要的意義,可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)與家庭種植的科學(xué)化與科技化管理種植,而在現(xiàn)代農(nóng)村科學(xué)化種植中大部分使用人工的方式對植物的生長環(huán)境進(jìn)行檢測,甚至沒有檢測,既浪費(fèi)了人力又增加了成本,而且不能實(shí)現(xiàn)科學(xué)化與精準(zhǔn)化種植。本次設(shè)計(jì)的濕度檢測與控制裝置經(jīng)濟(jì)實(shí)用,適應(yīng)性好,可以在農(nóng)村或城市種植中大量推廣?,F(xiàn)在市面上銷售的土壤濕度檢測裝置大部分都是為專門單位,專門單位生產(chǎn)的高精度濕度檢測裝置,如用于棉花濕度檢測,氣象局用于空氣濕度的檢測,等等,他們的測量精度都很高,但耐腐蝕性都很差,而且動(dòng)則上千元,不能真正的用于精度要求不太高,但腐蝕性比較強(qiáng)的土壤中,更不能用于對外部器件的控制。所以這款土壤檢測與控制裝置就有一定的實(shí)用性,和適時(shí)性,可以滿足農(nóng)村和城市種植農(nóng)作物和花菜樹木的需求。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要地位,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供及時(shí)、可靠的技術(shù)服務(wù)已成為氣象部門的重要職責(zé)之一。隨著國家各級政府對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的日益重視,我單位也在服務(wù)農(nóng)業(yè)、促進(jìn)農(nóng)民增收等方面開展了許多研究.對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各項(xiàng)問題也進(jìn)行了廣泛調(diào)研。調(diào)研發(fā)現(xiàn).園藝栽培、溫室花卉、大棚蔬菜等的某些名貴品種。對土壤濕度有著極高的要求,土壤濕度不當(dāng)時(shí),不僅嚴(yán)重影響其正常生長。甚至?xí)?dǎo)致種植品死亡,造成農(nóng)民的嚴(yán)重?fù)p失。為此,從事該類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)民朋友非常需要一種成本低、體積小且檢測可靠的土壤濕度檢測儀,為水分供應(yīng)提供依據(jù)。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,本實(shí)用新型的目的是提供一種土壤濕度測控裝置,其操作方便,使用簡單,設(shè)備成本低,有非常好的實(shí)用價(jià)值。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種土壤濕度測控裝置,包含電磁閥控制電路、處理器模塊、土壤濕度采集模塊、狀態(tài)指示模塊、LCD顯示屏、鍵盤、GSM發(fā)送模塊、GSM接收模塊、PC機(jī),其特征在于所述處理器模塊外部設(shè)置有電磁閥控制電路,土壤濕度采集模塊、狀態(tài)指示模塊分別與處理器模塊連接,處理器模塊還連接有鍵盤、IXD顯示屏和GSM發(fā)送模塊,GSM發(fā)送模塊與GSM接收模塊采用無線連接,PC機(jī)與GSM接收模塊通過串行通信接口連接。本實(shí)用新型的有益效果是1、本裝置設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,成本低,且耐腐蝕性強(qiáng),應(yīng)用范圍比較廣泛。2、該實(shí)用新型具有土壤濕度數(shù)據(jù)無線傳輸功能,通過處理器模塊控制GSM發(fā)送模塊將土壤濕度數(shù)據(jù)傳輸并存儲(chǔ)到PC機(jī)上,對土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行備份,保證了數(shù)據(jù)的安全,防止重要的數(shù)據(jù)的丟失并且可以方便系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和遠(yuǎn)程監(jiān)測。
圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框架示意圖。附圖標(biāo)記說明1-電磁閥控制電路;2_處理器模塊;3_ 土壤濕度采集模塊;4-狀態(tài)指示模塊;5_LCD顯示屏;6_鍵盤;7-GSM發(fā)送模塊;8_GSM接收模塊;9_PC機(jī)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例,進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型,應(yīng)理解,這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解,在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改,這些等價(jià)形式同樣落在申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。圖1為本實(shí)用新型一種土壤濕度測控裝置結(jié)構(gòu)框架示意圖,包含電磁閥控制電路
1、處理器模塊2、土壤濕度采集模塊3、狀態(tài)指示模塊4、IXD顯示屏5、鍵盤6、GSM發(fā)送模塊
7、GSM接收模塊8、PC機(jī)9,所述處理器模塊2外部設(shè)置有電磁閥控制電路1,土壤濕度采集模塊3、狀態(tài)指示模塊4分別與處理器模塊2連接,處理器模塊2還連接有鍵盤6、IXD顯示屏5和GSM發(fā)送模塊7,GSM發(fā)送模塊7與GSM接收模塊8采用無線連接,PC機(jī)9與GSM接收模塊8通過串行通信接口連接。土壤濕度米集模塊3通過Arduino Moisture Sensor 土壤濕度傳感器將土壤濕度轉(zhuǎn)換為電壓信號。將采集到的電壓量經(jīng)過ADC0809芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,傳送給處理器模塊
2。處理器模塊2采用AT89S51單片機(jī)實(shí)現(xiàn),單片機(jī)AT89S51對數(shù)字量進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理,并利用IXD顯示屏5顯示當(dāng)前的土壤濕度值。通過單片機(jī)外部的按鍵6設(shè)置濕度監(jiān)測的限定值,當(dāng)土壤濕度傳感器檢測的濕度值達(dá)到設(shè)定的限定值時(shí)時(shí),單片機(jī)啟動(dòng)繼電器的電磁閥控制電路1,對植物進(jìn)行供水,狀態(tài)指示電模塊4確定當(dāng)前是否處于超限報(bào)警狀態(tài)。此外,單片機(jī)以定時(shí)方式將土壤濕度數(shù)據(jù)通過GSM模塊TC35I發(fā)送給PC機(jī)9,對土壤濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。另外增加多個(gè)濕度傳感器和電磁閥可以使控制的范圍擴(kuò)大,實(shí)現(xiàn)大規(guī)模大面積的控制,還可以設(shè)置其他數(shù)據(jù)量從而控制其他的機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)科學(xué)化,數(shù)字化,規(guī)模化控制。AT89S51單片機(jī)為40引腳雙列直插芯片,有四個(gè)I/O 口 P0,P1,P2,P3,每一條I/O線都能獨(dú)立地作輸出或輸入。AT89S51具有以下硬件資源4k字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM,32位I/O 口線,看門狗定時(shí)器,2個(gè)數(shù)據(jù)指針,三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu),全雙工串行口,片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外,AT89S51可降至OHz靜態(tài)邏輯操作,支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下,CPU停止工作,允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下,RAM內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結(jié),單片機(jī)一切工作停止,直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。單片機(jī)主控制電路包括了單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。本設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)部時(shí)鐘電路。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器,18引腳XTALl是放大器的輸入端,19引腳XTAL2是放大器的輸出端,這兩個(gè)引腳之間跨接的晶振和微調(diào)電容作為反饋元件一起構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。9引腳是單片機(jī)的復(fù)位輸入端,接上電容,電阻及電阻和按鈕組成手動(dòng)復(fù)位電路。[0018]在具體的應(yīng)用中為了適應(yīng)不同品種植物的習(xí)性,需要可以人為設(shè)定土壤濕度的上下限值,通過對按按鍵改變濕度的上限值。當(dāng)單片機(jī)開始工作時(shí),單片機(jī)不停的檢測PO. 2管腳和PO. 4管腳。PO. 2管腳與上限控制鍵相連接;P0. 4管腳與開始鍵相連接。當(dāng)開始鍵按下時(shí),單片機(jī)啟動(dòng)對PO. 2管腳的檢測。利用上限控制鍵調(diào)整土壤濕度上限值。鑒于成本和具體土壤環(huán)境的原因,本次的濕度傳感器選用了價(jià)格合適的ArduinoMoisture Sensor 土壤濕度傳感器,傳感器表面做了鍍金處理,其具有一定的抗腐蝕能力,可以長期浸泡在土壤中。這款土壤濕度傳感器輸出的是電壓的模擬量。將他插入土壤,然后使用A/D轉(zhuǎn)換器讀取土壤濕度對應(yīng)的電壓值。這是一個(gè)簡易的水分傳感器可用于檢測土壤的水分,當(dāng)土壤缺水時(shí),傳感器輸出值將減小,反之將增大。土壤濕度傳感器通過與土壤串聯(lián)形成環(huán)路,在其兩端加5ν電壓,當(dāng)土壤中的濕度比較大時(shí),土壤的電阻減小,分壓電阻分得的電壓增大,根據(jù)這個(gè)原理檢測土壤濕度。將采集到的電壓量經(jīng)過ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳送給單片機(jī),在單片機(jī)中進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理,當(dāng)傳感器檢測的濕度值達(dá)到設(shè)計(jì)的上限時(shí),單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作,控制繼電器進(jìn)而控制電磁閥,對土壤進(jìn)行施水。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC 0809是CMOS器件,不僅包括一個(gè)8位的逐次逼近型的ADC部分,而且還提供一個(gè)8通道的模擬多路開關(guān)和通道尋址邏輯,因而有理由把它作為簡單的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。利用它可直接輸入8個(gè)單端的模擬信號分時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,在多點(diǎn)巡回檢測和過程控制、運(yùn)動(dòng)控制中應(yīng)用十分廣泛。ADC 0808/0809的工作時(shí)序。當(dāng)通道選擇地址有效時(shí),ALE信號一出現(xiàn),地址便馬上被鎖存,這時(shí)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號緊隨ALE之后出現(xiàn)。START的上升沿將逐次逼近寄存器SAR復(fù)位,在該上升沿之后 的2μ s加8個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi),EOC信號將變低電平,以指示轉(zhuǎn)換操作正在進(jìn)行中,直到轉(zhuǎn)換完成后EOC再變高電平。微處理器收到變?yōu)楦唠娖降腅OC信號后,便立即送出OE信號,打開三態(tài)門,讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。啟動(dòng)轉(zhuǎn)換ADC 0808/0809的控制方式是脈沖控制式。對脈沖啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的ADC芯片,只要在其啟動(dòng)轉(zhuǎn)換引腳上施加一個(gè)寬度符合芯片要求的脈沖信號,就能啟動(dòng)轉(zhuǎn)換并自動(dòng)完成。一般能和處理器配套使用的芯片,處理器的I/o寫脈沖都能滿足ADC芯片對啟動(dòng)脈沖的要求。單片機(jī)給ADC0809提供時(shí)鐘信號,選擇轉(zhuǎn)換器的輸入通道。單片機(jī)的PO 口連接ADC0809的轉(zhuǎn)換量輸出端,ADC0809把輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后,輸入到單片機(jī)后經(jīng)單片機(jī)控制顯示在LCD顯示屏5。Ρ2 口的Ρ2. 4—Ρ2. 6接ADC0809的通道選擇端ADDA,ADDB,ADDC,P2 口的其他口分別于ADC0809的CLK,START,0E,ALE端連接,確保A/D轉(zhuǎn)換器正常工作,系統(tǒng)采用12M晶振產(chǎn)生脈沖做AT89S51的內(nèi)部時(shí)鐘信號,通過中斷方式轉(zhuǎn)換完成信號。片選OE接高電平,使其始終處于選中狀態(tài)。通過按鍵開關(guān)選擇八路通道中的一路,將該路電壓送入ADC0809相應(yīng)通道,單片機(jī)軟件設(shè)置ADC0809開始A/D轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)束ADC0809的EOC端口產(chǎn)生高電平,利用單片機(jī)的PO 口作為轉(zhuǎn)換完成的輸入信號,當(dāng)轉(zhuǎn)換完成后單片機(jī)通過PO 口讀入,然后通過計(jì)算轉(zhuǎn)換為工程數(shù)據(jù)(O. 00-5. 00V),系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序。將轉(zhuǎn)化后數(shù)據(jù)通過Pl 口顯示在IXD顯示屏5。[0027]設(shè)計(jì)采用IXD1602來顯示轉(zhuǎn)換后的數(shù)字,能使該系統(tǒng)簡單直觀。IXD1602液晶是工業(yè)字符型液晶顯示器,能夠同時(shí)顯示32個(gè)字符。IXD1602液晶顯示器中的字符發(fā)生存儲(chǔ)器存儲(chǔ)了 160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形,它從有英文字母的大小寫、阿拉伯?dāng)?shù)字、、和日文假名常用的符號等,每一字符都有一固定代碼。使用時(shí)可以直接編寫軟件程序按一定的時(shí)序驅(qū)動(dòng)即可。另外,它具有顯示字跡清楚,價(jià)格相對便宜的特點(diǎn)。單片機(jī)與IXD1602液晶顯示器連接時(shí),IXD1602的I和3管腳即VSS和VEE接地,第二管腳VDD+5V電壓,第15,16管腳分別背光源正極和負(fù)極為接高電平和接地。RS為數(shù)據(jù)/命令選擇端,RW為讀/寫選擇端,分別接單片機(jī)的P3. O和P3. 2 口,由單片機(jī)編寫程序控制IXD1602寄存器的選擇。當(dāng)RS為I時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器,當(dāng)RS為O時(shí),選擇指令寄存器。當(dāng)RW為高電平時(shí)讀數(shù)據(jù),當(dāng)RW為低電平時(shí)寫數(shù)據(jù)。LCD1602的第8管腳到第14管腳為液晶顯示的輸出端分別接單片機(jī)的PO. 0-P0. 7 口,IXD1602的使能控制端接單片機(jī)的P3.1 口,當(dāng)遇到下降沿時(shí)使能。采用了一個(gè)G1/4 2分口徑電磁閥,單片機(jī)通過分析采集來的信息控制繼電器的開斷進(jìn)而控制電磁閥的通斷。狀態(tài)指示模塊4采用無源壓電式KM3712X型蜂鳴器BUZZER。當(dāng)單片機(jī)AT89S51的管腳Pl.1置I時(shí),三極管Ql導(dǎo)通,蜂鳴器報(bào)警。采用單片機(jī)AT89S51的高低電平驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的功能,如果土壤濕度值都達(dá)到報(bào)警限時(shí),單片機(jī)控制管腳Pl.1的輸出高電平,經(jīng)過三極管C9013后輸出為低電平,蜂鳴器正極接+5V電源驅(qū)動(dòng)發(fā)聲。 GSM發(fā)送模塊7和GSM接收模塊8采用西門子公司的TC35i模塊。該模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級GSM模塊,工作在GSM900和GSM1800雙頻段,通過AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)。GSM發(fā)送模塊7通過短信的方式發(fā)送中文數(shù)據(jù)給GSM接收模塊8,完成土壤濕度數(shù)據(jù)的備份。
權(quán)利要求1.一種土壤濕度測控裝置,包含電磁閥控制電路、處理器模塊、土壤濕度采集模塊、狀態(tài)指示模塊、IXD顯示屏、鍵盤、GSM發(fā)送模塊、GSM接收模塊、PC機(jī),其特征在于所述處理器模塊外部設(shè)置有電磁閥控制電路,土壤濕度采集模塊、狀態(tài)指示模塊分別與處理器模塊連接,處理器模塊還連接有鍵盤、IXD顯示屏和GSM發(fā)送模塊,GSM發(fā)送模塊與GSM接收模塊采用無線連接,PC機(jī)與GSM接收模塊通過串行通信接口連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及濕度測量產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域,具體的說是一種土壤濕度測控裝置,所述處理器模塊外部設(shè)置有電磁閥控制電路,土壤濕度采集模塊、狀態(tài)指示模塊分別于處理器模塊連接,處理器模塊還連接有鍵盤、LCD顯示屏和GSM發(fā)送模塊,GSM發(fā)送模塊與GSM接收模塊無線連接,PC機(jī)與GSM接收模塊通過串行通信接口連接。本裝置設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,成本低,且耐腐蝕性強(qiáng),應(yīng)用范圍比較廣泛,該實(shí)用新型具有土壤濕度數(shù)據(jù)無線傳輸功能,通過處理器模塊控制GSM發(fā)送模塊將土壤濕度數(shù)據(jù)傳輸并存儲(chǔ)到PC機(jī)上,對土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行備份,保證了數(shù)據(jù)的安全,防止重要的數(shù)據(jù)的丟失并且可以方便系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和遠(yuǎn)程監(jiān)測。
文檔編號G01N27/04GK202903721SQ201220575540
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者鄭爭兵 申請人:陜西理工學(xué)院
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