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寒地塑料大棚内信息参数采集终端研发

时间:2014-09-17 来源:未知 作者:小韩 本文字数:2219字
论文摘要

  引言

  对环境信息( 如空气温湿度、土壤温湿度、光照强度等) 的准确采集是温室、大棚高产的必要条件。温室采用性能优良的环境采集终端能创造出适合作物生长的温室生态环境( 该环境是按照不同作物生长的要求进行专家优化后制定的) ,以达到增产、增效及规模化生产的目地。

  由于黑龙江地处寒地,且农村经济相对比较落后、电力基础设施不完善,传统的大型温室智能控制系统投入成本过高,安装复杂,非专业人员无法操作等,现阶段黑龙江地区乃至中国的农村和农场还是以塑料大棚和日光温室为主。

  针对以上情况,设计了寒地塑料大棚环境信息采集终端。该终端符合设施农业适用性的标准,可对终端的功能进行扩展从而应付各种复杂环境。该终端的优点是测量精度高、操作简单、便于携带及可现场直读等。

  1 终端硬件的设计

  由图 1 可知,终端的硬件设计主要有 LCD 触摸屏接口、键盘、USB 接口、电源模块和传感器组模块等。核心板控制整个终端的运转。核心板是在 Mini2440 开发板上集成研制的,采用Samsung S3C2440 为微处理器,内核供电为 1. 8V,主频为 203MHz,具有 MMU 单元、时钟控制器、SD 卡控制器、A/D 控制器等众多外围接口,非常适合于低功耗、低成本便携式的设备。

  由于系统数据采集总类多、采集量大,ARM 自身的存储容量达不到数据存储的要求。这就需要把 SD卡模块加入终端,既可以存储该终端采集的数据,又可以通过中间控制器将存储数据传送到上位机。【图1】
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  为了操作方便,设计用触摸屏代替鼠标和按键,使用 LCD 触摸屏可以根据触点的位置来定位选择信息输入。设计核心板的 LCD 接口是个 41Pin/0. 5mm间距的白色座,其中包含了常见 LCD 所用的大部分控制信号( 行场扫描、时钟和使能等) 和完整的 RGB 数据信号; 为了方便试验,还引出了 PWM 输出( GPB1 可通过寄存器配置为 PWM) 和复位信号( nRESET) 。其中,LCD_PWR 是背光控制信号。

  为方便信息输入,设计了辅助键盘。键盘按照构造可以分为线性键盘和矩阵键盘,由于线性键盘需要处理器大量的 GPIO 口,所以终端的键盘采用矩阵键盘。设计的辅助键盘利用了储存总线扩展的 I/O 口,它通过双向收发器和 3 - 8 译码器与处理器的数据总线和地址总线连接,如图 2 所示。双向收发器将小键盘电路连接到处理器的数据总线,3 - 8 译码器连接着地址总线和异步静态储存器的片选信号 nCS2( 在图中表示为 SA - CS2#) ,其输出充当双向收发器的使能信号,由 KEY - CS#表示。【图2】
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  1) 电源模块 ( 见表 1 ) 为微处理器、存储器、LCD触摸屏和传感器组等模块供电。终端的移动电源为可充电 USB 型锂电池,通过终端的 USB 接口为终端供电,克服了传统采集终端电源与终端不能分开的问题,可以正常或者在任何具有 USB 接口设备上充电,既提高了终端的灵活性又防止充电过程对终端电元件的损耗。【表1】

论文摘要  
  设计的传感器组有采集空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度和光照强度等传感器。传感器的选用考虑到设计成本以及设备体积,所以选用价格低廉、体积小的传感器。具体包括: AM2302 数字型空气温湿度传感器; 土壤温湿度传感器; 由 DS18B20 温度传感器和 TDR- 3 型土壤水分传感器组成; MG811 型 CO2气体传感器和 on9658 型光照传感器。所用传感器无论从精度性、耐用性和测试范围上完全可以满足环境信息采集的要求。

  2 终端系统软件运行模式

  终端的程序开发必须先建立开发环境 ADS( ARMDeveloper Suite) ,它是 ARM 公司推出的新一代 ARM集成开发环境,主要由编译器、链接器、符号调试器、armar( 库函数生成器 ) 、CodeWarrior ( 集成开发环境IDE) 、调试器和 C、C + + 库组成。

  程序设计选用 C 语言进行编写,将控制任务进行分割,使整个控制任务分解成为若干个子程序; 再根据各模块的独有性质编写相应的优化程序,使各模块达到最佳的运行效果。【图3略】
  
  3 试验与终端性能测试

  在东北农业大学玻璃温室和塑料大棚基地进行了6 个月的测试,用终端实地采集了空气温湿度及土壤温湿度等。选择在黑龙江省 12 月至次年 5 月份的时间段进行试验,该时间段具有地域气候代表性。抽取2012 年 4 月 1 日在玻璃连栋温室和塑料大棚采集的环境信息,如表 2 所示。试验结果表明,终端能够稳定地现场直读和储存数据。

  测试序号 1 ~ 4 是在连栋温室内,5 ~ 8 是在塑料大棚内。【表2】
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  4 结论

  运用 ARM 微控技术设计的手持式采集终端实现低成本的快速采集,并且大大提高了数据的精确性。利用 ARM 芯片可灵活扩展模块的特性和根据实际情况增减软硬件模块,提高了温室环境信息采集的效率和效果,为操作人员及时了解温室情况提供了有力保障。实践证明,该系统具有测量精度高、稳定性好、抗干扰性强和信息可储存等诸多优点。

  参考文献:

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