精細(xì)農(nóng)業(yè)信息采集通用軟硬件平臺設(shè)計(jì)

1、:www.paper.1精細(xì)農(nóng)業(yè)信息采集通用軟硬件平臺設(shè)計(jì)精細(xì)農(nóng)業(yè)信息采集通用軟硬件平臺設(shè)計(jì)1楊青1，楊術(shù)明1，2，楊成海3，邢振11.西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，陜西楊陵（712100）2.寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，銀川（751100）3.USD－ARSSubtropicalAgriculturalResearchCenter，Weslaco.Texas，USA（78596）Email：.摘要：精細(xì)農(nóng)業(yè)是一種以信息為基礎(chǔ)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)

2、管理系統(tǒng)，快速有效地采集和處理農(nóng)田空間信息是實(shí)踐精細(xì)農(nóng)業(yè)作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。農(nóng)田信息是多樣的且一般都由獨(dú)立的采集設(shè)備或模塊采集，然后在PC機(jī)上對采集的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理或分析。為提高獲取農(nóng)田信息的效率，實(shí)現(xiàn)多種信息采集的自動記錄和測量數(shù)據(jù)的融合，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)通用的低成本信息采集軟硬件平臺。該平臺由單片機(jī)、鍵盤、LCD顯示、USB模塊、通訊接口及電源模塊組成，其接口可與多個(gè)信息采集傳感器或模塊相連。應(yīng)用系統(tǒng)提供的底層驅(qū)動軟件，可在短時(shí)間內(nèi)

3、開發(fā)出針對特定采樣信息的專用采集系統(tǒng)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：精細(xì)農(nóng)業(yè)；信息采集；通用平臺；自動記錄中圖分類號中圖分類號：TP2731.引言引言采集農(nóng)田信息是進(jìn)行精細(xì)農(nóng)業(yè)作業(yè)的前提。根據(jù)具體用途的不同，一般采集的農(nóng)田信息有農(nóng)田位置信息、水分信息、土壤養(yǎng)分信息等等。采集的地理信息可用來作為劃分網(wǎng)格，確定農(nóng)田邊界的依據(jù)，面積的測量還可作為農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)收費(fèi)的依據(jù)【14】。目前農(nóng)用GPS接收機(jī)主要用作位置信息的采集，也有一些接收機(jī)附加了長度、面積測試功能

4、，但由于整個(gè)接收系統(tǒng)體積龐大且在測量時(shí)要攜帶筆記本電腦或用手工方法進(jìn)行測量數(shù)據(jù)的記錄，給測量工作帶來極大不便。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)低成本的通用信息采集系統(tǒng)軟硬件平臺，應(yīng)用系統(tǒng)提供的底層驅(qū)動程序，可以在短時(shí)間內(nèi)開發(fā)出針對特定課題專用的信息采集系統(tǒng)。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求作為一個(gè)信息采集的通用平臺，要求該平臺在硬件和軟件上都要具有良好的兼容性能和數(shù)據(jù)存儲能力，即硬件上要與大多數(shù)采集設(shè)備、采集模塊或傳感器在信號電壓上相一致，接插頭類型互相匹配

5、，能夠方便的互連；在軟件上要能充分考慮到各種采集設(shè)備、采集模塊或傳感器在輸出數(shù)據(jù)格式，通訊協(xié)議上的差異，采用模塊化的開發(fā)程序，便于二次開發(fā)；在數(shù)據(jù)存儲方面能夠進(jìn)行大容量數(shù)據(jù)的存儲。3.硬件平臺設(shè)計(jì)硬件平臺設(shè)計(jì)3.1硬件平臺的總體結(jié)構(gòu)硬件平臺的總體結(jié)構(gòu)本文設(shè)計(jì)的采集平臺以高性能單片機(jī)為核心，主要由串行通訊接口擴(kuò)展模塊，USB讀1本課題得到高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金（20040712018）“基于旱作精細(xì)農(nóng)業(yè)的地面遙感研究”的資助。AT

6、89C52TXDRXD鍵盤Keyboard通訊擴(kuò)展模塊Communicationextensionmodule顯示LCDU盤讀寫模塊UdiskWRmodule電源模塊Powermodule圖1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖Fig.1StructureofSystem設(shè)備1Equipment1設(shè)備2Equipment2設(shè)備3Equipment3:www.paper.33.4液晶顯示模塊接口設(shè)計(jì)液晶顯示模塊接口設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用LCD液晶顯示模塊作為人機(jī)交互界面。

7、從功能要求，性價(jià)比等方面考慮，這里選用點(diǎn)陣圖形式液晶顯示模塊（LCM）JHD19264A。它除了可顯示所有可見ASII碼字符外，還可以顯示各種圖形、漢字等，顯示自由度大。在本系統(tǒng)中數(shù)字和字符采用168點(diǎn)陣顯示，漢字則采用1616點(diǎn)陣顯示，因此顯示屏可顯示48個(gè)漢字(4行12)或96個(gè)字符(4行24)。漢字或字符的點(diǎn)陣寫入程序存儲器中。圖3為液晶顯示模塊的接口電路。3.5擴(kuò)展通訊模塊的接口設(shè)計(jì)擴(kuò)展通訊模塊的接口設(shè)計(jì)本系統(tǒng)通過一個(gè)差分4通道

8、數(shù)字控制模擬開關(guān)74HC4052可將單片機(jī)的一個(gè)串口擴(kuò)展至四個(gè)，完全滿足系統(tǒng)對串口數(shù)量的要求。在與系統(tǒng)相連的采集設(shè)備或模塊預(yù)留的接口在物理層上有TTL電平和RS232電平之分。TTL電平采用的是正邏輯，其邏輯“0”和邏輯“1”分別是0V和5V；而RS232采用負(fù)邏輯，即邏輯“1”為5V～15V，邏輯“0”為＋5V～＋15V。由于單片機(jī)的串行口和74HC4052電平均為TTL電平，所以經(jīng)74HC4052擴(kuò)展后的四個(gè)串行接口都為TTL電平。

9、為滿足使用要求，保留兩個(gè)串行口為TTL電平，另兩個(gè)則通過集成芯片MAX232將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232電平。擴(kuò)展通訊模塊的電路如圖4所示。單片機(jī)的串行口引腳TXD，RXD通過74HC4052后有四路輸出，其中COM1和COM2為TTL電平，COM3和COM4為RS232電平。圖4中74HC4052的引腳A和B是兩個(gè)二進(jìn)制控制輸入端，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。INH為禁止輸入端，當(dāng)它為高電平時(shí)，所有的通道截止。為使該模擬開關(guān)始終

10、處于工作狀態(tài)，將引腳INH接地。二位二進(jìn)制信號選通4通道中的一通道，可連接該輸入端至輸出。其功能如表1所示。表174HC4052功能表Table1TheFunctionListof74HC4052INHBA導(dǎo)通通道LLLX0Y0——XYLLHX1Y1——XYLHLX2Y2——XYLHHX3Y3——XYHXX無X012X114X215X311Y01Y15Y22Y34INH6A10B9VEE7X13Y3U44052P2.0P2.7RXDTX