發(fā)布時(shí)間：2020-10-20 09:54

　　 針對(duì)農(nóng)田土壤蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)對(duì)重量測(cè)試精度和穩(wěn)定性要求高的問(wèn)題，研制了一種基于C8051F410單片機(jī)的新型蒸滲儀水分蒸發(fā)量計(jì)量與測(cè)控系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)土壤重量變化量的采集、轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)田土壤水分蒸發(fā)量、溫度及濕度的遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了現(xiàn)有蒸滲儀系統(tǒng)的測(cè)試精度和穩(wěn)定性。該系統(tǒng)由硬件電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)兩部分構(gòu)成。 系統(tǒng)硬件部分主要包括主控芯片電路、電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、存儲(chǔ)模塊、通信模塊，主要功能是接收上位機(jī)的命令，根據(jù)指令要求，完成對(duì)土壤水分蒸發(fā)量的采集、存儲(chǔ)和傳輸?shù)炔僮鳌Ｆ渲�，為減小外界干擾對(duì)蒸滲儀測(cè)控系統(tǒng)影響，在電源模塊中對(duì)傳感器、單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器采用了獨(dú)立供電方式；為提高土壤水分蒸發(fā)量的測(cè)試精度，采集模塊選用高精度壓力傳感器和高轉(zhuǎn)換精度的FS511轉(zhuǎn)換器；為實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)量的快速準(zhǔn)確保存，選用1M字節(jié)的串行SPI接口閃存PM25LV080；為方便遠(yuǎn)程監(jiān)控，通訊模塊采用CAN總線和GPRS無(wú)線傳輸技術(shù)。 系統(tǒng)軟件采用Keil-uVision3開(kāi)發(fā)環(huán)境，完成對(duì)土壤水分蒸發(fā)量的采集和存儲(chǔ)。為消除外界隨機(jī)干擾對(duì)水分變化測(cè)量結(jié)果的影響，通過(guò)比較多種濾波方式，采用改進(jìn)型遞推平均濾波法對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理；為方便工作人員隨時(shí)查看和分析歷史數(shù)據(jù)，充分利用單片機(jī)內(nèi)部集成的實(shí)時(shí)時(shí)鐘smaRTClock模塊對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)時(shí)，避免了軟件計(jì)時(shí)程序失控和跑飛現(xiàn)象，解決了計(jì)時(shí)失誤的問(wèn)題，smaRTClock模塊可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)計(jì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蒸發(fā)量進(jìn)行長(zhǎng)期、不間斷監(jiān)測(cè)。 根據(jù)上述方案研制的蒸滲儀測(cè)控系統(tǒng)試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了調(diào)試，在實(shí)驗(yàn)室和模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行了多次測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明測(cè)試精度可達(dá)0.01%以內(nèi)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，并且測(cè)試數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定。
【學(xué)位單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：S237
【部分圖文】：

本組成包括四部分，分別是前端測(cè)量、數(shù)據(jù)傳輸稱重傳感器完成對(duì)水分變化量的測(cè)試；數(shù)據(jù)處理等。作原理蒸滲儀系統(tǒng)的示意圖，系統(tǒng)的基本原理是力傳感器，利用壓力傳感器將土壤重量信存，并轉(zhuǎn)換為蒸騰量，前后兩次的測(cè)量值感器長(zhǎng)期受壓而疲勞，根據(jù)三角形的穩(wěn)定

西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文度、低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)核是一個(gè) 18 位的△-∑ADC，能對(duì)輸入信號(hào)現(xiàn)高精度 A／D 轉(zhuǎn)換。在 5V 工作電壓下，系統(tǒng)工作主頻為 4MHz，F(xiàn)S5129]。FS511 采用 SPI 總線與外部設(shè)備接口，內(nèi)部有多種控制寄存器，可根（A/D 轉(zhuǎn)換速率、轉(zhuǎn)換精度等）進(jìn)行不同的配置。根據(jù)本系統(tǒng)的精度要求到系統(tǒng)所要求的轉(zhuǎn)換精度，因此本系統(tǒng)選擇該模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。/D 模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)511 是一種高分辨率的 ADC，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3.8 所示，主要由運(yùn)算放DC調(diào)制器和數(shù)字濾波器等組成。在圖中，外部信號(hào)輸入到傳感器，傳感器差分方式從運(yùn)算放大器的正負(fù)兩端輸入到 FS511，首先通過(guò)運(yùn)算放大器對(duì)其接近 A/D 的參考電壓，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由數(shù)字濾波，從輸出口輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。

圖 3.9A/D 轉(zhuǎn)換原理圖A/D 的轉(zhuǎn)換圖如圖 3.9 所示。 ADC實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，由圖可知，主要由一個(gè)模擬減法器、積分器、比較器、1 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和低通濾波器組成。連續(xù)采樣的模擬信號(hào)與期望電壓進(jìn)行相減，不同的信號(hào)被送入積分器，然后與參考電壓進(jìn)行比較找到一個(gè)數(shù)字輸出。數(shù)字輸出通過(guò) 1 位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器變?yōu)橐粋�(gè)模擬信號(hào)（Vref 或是Vref ），然后反饋回積分器。由于積分器無(wú)窮的直流增益，如果輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)換率低于采樣率，通過(guò) Σ 轉(zhuǎn)換器所得到的平均電壓將與輸入信號(hào)電壓非常接近，在一些分辨率情況下，它們被看成一樣的，因此，來(lái)自比較器的 1 位輸出數(shù)字與模擬信號(hào)的參考電壓值相等。然后通過(guò)數(shù)字濾波器抽取十分之一的數(shù)字來(lái)獲得一個(gè)很高的分辨率碼。ENAD(ADG<7>)位為 ADC 的使能控制位，為 1，打開(kāi) ADC；為 0，關(guān)掉 ADC 功能，可以省電。它集成了信號(hào)濾波等調(diào)理功能，可以直接測(cè)量傳感器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、濾波等處理，可以高分辨率測(cè)量，提高系統(tǒng)的測(cè)量精度。3.6.3 A/D 模塊在本系統(tǒng)中的電路應(yīng)用FS511 在本系統(tǒng)中的應(yīng)用電路如圖 3.10 所示。
【共引文獻(xiàn)】

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