CN100453977C - 嵌入式农业植物生长环境探测仪及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了嵌入式农业植物生长环境探测仪及其工作方法，输入部件为传感部件，含有温度、湿度、液体流速、植物茎杆直径、植物生长高度、土壤粘度和土壤酸碱度多种传感器；微型计算机为嵌入式部件，由模数转换器和单片机组成，用于将传感器部件输出的模拟量电信号转换成数字量和对其进行处理；输出部件为数据传输接口用于将嵌入式部件处理后的数字量信号送往显示部件或上位计算机；工作方法包括接收传感器农业植物生长环境的信息和输出处理结果，终端部分数据的存储、显示以及数据分析处理。本发明结构简单，将传感器技术用于农业信息的获取，能够客观准确地反映农作物的生长状态等，为判断灌溉、施肥等措施的科学合理性提供基础。
Description
技术领域
本发明涉及农业植物生长环境检测仪器领域，尤其是涉及嵌入式农业植物生长环境探测仪及其工作方法。
背景技术
目前，我国农业和农村经济的发展要求千方百计地提高农业的科技含量，提高农产品的国际竞争力。农民是农业生产的主体，也是农业科学技术转化的重要载体，农民科技文化素质的高低以及如何快速掌握农业知识和最新农业信息，直接决定着农业生产力的发展水平和新农村建设的水平。在实时精确的信息基础上实现农业的科学管理是现代农业发展的迫切需求，为此，人们作了一些尝试和努力。如在2003年8月13日公告的中国实用新型专利说明书CN 2566368Y中披露的一种“用于农业信息网的信息机”。它意欲提供一种用于农业信息网的信息机，为农业生产者获取信息提供操作简单、使用成本低和易于普及的信息终端。它由与主机连接的显示屏、调制解调器、键盘和电源构成，其中，主机中的程序存储器中存储有多个编码，每一编码表示该信息机的某一指定功能。使用时，农村用户从键盘输入相同编码时相应的指定功能被激活并通过网络请求相应的服务。但是，这种信息机存在的不足之处是只能由其获取常用的农业信息，农村用户不能有针对性地获得因时因地进行科学种田的指导信息。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单，能对各地农村用户的科学种田进行因时因地具体指导，使用方便的嵌入式农业植物生长环境探测仪及其工作方法。
本发明的技术方案是：嵌入式农业植物生长环境探测仪，包括微型计算机和与其电连接的输入、输出部件，其特征在于：
1.1、所述输入部件为传感器部件，所述传感器部件含有温度传感器、湿度传感器、液体流速传感器、植物茎杆直径传感器、植物生长高度传感器、土壤粘度传感器和土壤酸碱度传感器，用于将农业植物的生长环境物理量转换成模拟量的电信号。
1.2、所述微型计算机为嵌入式部件，所述嵌入式部件由模数转换器ADC0809和单片机Atmel8L组成，用于将传感器部件输出的模拟量电信号转换成数字量和对其进行处理；所述单片机Atmel8L包括嵌入式模块和存储器，用来存放嵌入式农业植物生长环境探测仪内核程序和农业专家系统的信息推理程序；
所述模数转换器ADC0809的输入端口IN0、IN1、IN2、IN3、IN4、IN5、IN6分别连接温度传感器、湿度传感器、液体流速传感器、植物茎杆直径传感器、植物生长高度传感器、土壤粘度传感器和土壤酸碱度传感器，用于接收各个传感器送来的模拟量电信号；
所述模数转换器ADC0809的数地总线端口23、24、25脚连接所述单片机Atmel8L的数地总线端口脚22、23、24，用于选通8路模拟输入中的一路；模数转换器ADC0809的引脚8、14、15、17、18、19、20、21分别连接单片机Atmel8L的输出端口脚30、31、32、1、2、9、10、11，用于传送处理后的数据；
所述单片机Atmel8L的控制端口脚12、13、14与所述模数转换器ADC0809的控制端口6、7、22连接，用于控制模数转换器ADC0809分时接收各传感器的信号；所述单片机Atmel8L的脚32连接模数转换器ADC0809的9脚，用于向单片机Atmel8L发送数字量输出结束的中断信号。
1.3、所述输出部件为数据传输接口，所述数据传输接口为8255A并行接口和RS-232串行接口或RS-485串行接口，用于将嵌入式部件处理后的数字量信号送往显示部件或上位计算机。
作为嵌入式农业植物生长环境探测仪的进一步改进，所述温度传感器LTM883为检测出植物生长环境的温度动态变化量的传感器；所述湿度传感器LTM8851Q为反映植物生长环境周围湿度量的传感器；所述液体流速传感器LTM8876为检测植物茎杆内液体流速的传感器，反映植物生长的动态状态；所述植物茎杆直径传感器LTM8803为检测植物茎杆直径的传感器，实时检测植物茎杆粗细；所述植物生长高度传感器LTM8901D为检测植物生长绝对高度的传感器，实时的检测出植物生长的高度；所述土壤粘度传感器LTM8912为检测土壤粘度的传感器，检测分析土壤粘度的各项指标；所述土壤酸碱度传感器LTM8934为检测土壤酸碱度的传感器，检测土壤成分里面的PH值等酸碱度指标。
所述数据传输接口中的RS-232串行接口和RS-485串行接口与单片机Atmel8L的输出端口间串接有转换开关，型号为4053B，显示部件为LCD显示屏或TV显示屏。
一种嵌入式农业植物生长环境探测仪的工作方法，包括接收传感器农业植物生长环境的信息和输出处理结果，包括远程传感器农业信息的获取，终端部分数据的存储、显示以及数据分析处理。方法步骤是：
系统上电，定义控制的各个变量，设定采集传感器输出的时间片，产生一个分时采集的时间基准；
配置CPU的串口设置、中断、以及定时器时钟信号和协议，初始化输出接口，根据采集传感器的对象，确定采集的次数，对于温度或湿度或液体流速或土壤粘度或土壤酸碱度采集10次，对于植物茎杆直径或植物生长高度，则采集30次；
接收上位机命令，如果是读，则循环读取传感器数据，对转换成数字量的数据进行处理，如果是写，则分析处理命令，执行输出显示操作，即对于植物茎杆直径或植物生长高度的数据求其方差，对于温度或湿度或液体流速或土壤粘度或土壤酸碱度传感器采集的数据，按大小排序，在舍去头尾各四次的数据后，求其均值，根据植物茎杆直径或植物生长高度的方差值，求出氮、磷、钾的施肥量，根据温度或湿度或液体流速或土壤粘度或土壤酸碱度的均值，求出灌溉量、沙质土壤掺杂量、酸碱配比量；
将处理后的数据或应答信号，定时向数据传输接口的上位机传送。
本发明相对于现有技术的有益效果是：现有技术CN 2566368Y中披露的一种“用于农业信息网的信息机”意欲提供一种用于农业信息网的信息机，为农业生产者获取信息提供操作简单、使用成本低和易于普及的信息终端。它由与主机连接的显示屏、调制解调器、键盘和电源构成，其中主机中的程序存储器中存储有多个编码，每一编码表示该信息机的某一指定功能。使用时，农村用户从键盘输入相同编码时相应的指定功能被激活并通过网络请求相应的服务。现有技术的不足之处是只能由其获取常用的农业信息，农村用户不能有针对性地获得因时因地进行科学种田的指导信息。本发明的核心技术是：嵌入式农业植物生长环境探测仪，包括微型计算机和与其电连接的输入、输出部件，其中：所述输入部件为传感部件，含有温度传感器、湿度传感器、液体流速传感器、植物茎杆直径传感器、植物生长高度传感器、土壤粘度传感器和土壤酸碱度传感器，用于将农业植物的生长环境物理量转换成模拟量的电信号；
微型计算机为嵌入式部件，由模数转换器ADC0809和单片机Atmel8L组成，用于将传感器部件输出的模拟量电信号转换成数字量和对其进行处理；输出部件为数据传输接口，数据传输接口为8255A并行接口和RS-232串行接口或RS-485串行接口，用于将嵌入式部件处理后的数字量信号送往显示部件或上位计算机。本发明提供的嵌入式农业植物生长环境探测仪结构简单，将传感器技术用于农业信息的获取，采集获取农业生产管理决策所需的各种相关参数如农作物生理与生长信息，能够客观准确地反映农作物的生长状态等，为判断灌溉、施肥等措施的科学合理性提供基础。同时该发明工作方法包括接收传感器农业植物生长环境的信息并输出处理结果，包括远程传感器农业信息的获取，终端部分数据的存储、显示以及基于农业专家应用系统的数据分析处理，采用嵌入式部件，由模数转换器和单片机对采集的传感器数据进行处理和分析，能够使农业植物生长环境探测仪中的传感器和实时农情监测数据与其他农业专家应用系统有机集成，广泛应用于设施农业和大田作物的精细管理。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
图1是嵌入式农业植物生长环境探测仪的硬件架构示意图。
图2是嵌入式农业植物生长环境探测仪工作方法的程序流程图。
具体实施方式
图1是嵌入式农业植物生长环境探测仪的硬件架构示意图。在图1中，该发明硬件架构主要是由传感器部件1、嵌入式部件2、数据传输接口3三部分组成。其中传感器部件1含有温度传感器11、湿度传感器12、液体流速传感器13、植物茎杆直径传感器14、植物生长高度传感器15、土壤粘度传感器16和土壤酸碱度传感器17，用于将农业植物的生长环境物理量转换成模拟量的电信号。
嵌入式部件2由模数转换器ADC0809和单片机Atmel8L组成，用于将传感器部件1输出的模拟量电信号转换成数字量并对其进行处理；单片机Atmel8L包括嵌入式模块和存储器，用来存放嵌入式农业植物生长环境探测仪内核程序和农业专家系统的信息推理程序。
模数转换器ADC0809的输入端IN0、IN1、IN2、IN3、IN4、IN5、IN6分别连接温度传感器11、湿度传感器12、液体流速传感器13、植物茎杆直径传感器14、植物生长高度传感器15、土壤粘度传感器16和土壤酸碱度传感器17，用于接收各个传感器送来的模拟量电信号。
模数转换器ADC 0809的数地总线端口23、24、25脚连接单片机Atmel8L的数地总线端口脚22、23、24，用于选通8路模拟输入中的一路；模数转换器ADC0809的引脚8、14、15、17、18、19、20、21分别连接单片机Atmel8L的输出端口脚30、31、32、1、2、9、10、11，用于传送处理后的数据。
单片机Atmel8L的控制端口脚12、13、14与模数转换器ADC0809的控制端口6、7、22连接，用于控制模数转换器ADC0809分时接收各传感器的信号；单片机Atmel8L的脚32连接模数转换器ADC0809的9脚，用于向单片机Atmel8L发送数字量输出结束的中断信号。
输出部件为数据传输接3，所述数据传输接口3为8255A并行接口和RS-232串行接口或RS-485串行接口，用于将嵌入式部件2处理后的数字量信号送往显示部件或上位计算机。
温度传感器11、湿度传感器12、液体流速传感器13、植物茎杆直径传感器14、植物生长高度传感器15、土壤粘度传感器16和土壤酸碱度传感器17的型号分别是：LTM883、LTM8851Q、LTM8876、LTM8803、LTM8901D、LTM8912、LTM8934。RS-232串行接口和RS-485串行接口与单片机Atmel8L的输出端口间串接有转换开关31，型号为4053B。显示部件为LCD显示屏或TV显示屏。
图2是嵌入式农业植物生长环境探测仪工作方法的程序流程图。该方法包括接收传感器农业植物生长及环境的信息和输出处理结果，包括远程传感器农业信息的获取，终端部分数据的存储、显示以及数据分析处理。
系统上电后(步骤10)；系统上电，定义控制的各个变量，设定采集传感器输出的时间片，产生一个分时采集的时间基准；然后配置CPU的RS-232串行接口和RS-485串行接口工作方式、中断、以及定时器等时钟信号和协议(步骤11)；接下来在步骤12中是初始化输出接口，根据采集传感器的对象，确定采集的次数，对于温度或湿度或液体流速或土壤粘度或土壤酸碱度采集10次，对于植物茎杆直径或植物生长高度，则采集30次；在步骤13中，接收上位机命令，比如配置读取方式、中断配置、初始化存储页面等；在步骤14中是判断RS-232串行接口和RS-485串行接口传输过来的控制命令是读还是写；如果是写，则步骤15分析处理命令，执行输出显示操作(步骤17)，如果是读命令，那么在步骤16中循环读取传感器数据，转换成数字量。在步骤18中对数据进行分析处理，即对于植物茎杆直径或随物生长高度的数据求其方差，对于温度或湿度或液体流速或土壤粘度或土壤酸碱度的数据，按大小排序，在舍去头尾各四次的数据后，求其均值，根据植物茎杆直径或植物生长高度的方差值，求出氮、磷、钾的施肥量，根据温度或湿度或液体流速或土壤粘度或土壤酸碱度的均值，求出灌溉量、沙质土壤掺杂量、酸碱配比量，然后将这些传感器的数据送入农业专家应用系统进行分析处理。步骤19是将处理后的数据或应答信号，定时向数据传输接口3的上位机传送。
嵌入式模块再次循环等待上位机的命令(步骤13)。
Claims (5)
1、一种嵌入式农业植物生长环境探测仪，包括微型计算机和与其电连接的输入、输出部件，其特征在于：
1.1、所述输入部件为传感器部件(1)，所述传感器部件(1)含有温度传感器(11)、湿度传感器(12)、液体流速传感器(13)、植物茎杆直径传感器(14)、植物生长高度传感器(15)、土壤粘度传感器(16)和土壤酸碱度传感器(17)，用于将农业植物的生长环境物理量转换成模拟量的电信号；
1.2、所述微型计算机为嵌入式部件(2)，所述嵌入式部件(2)由模数转换器ADC0809和单片机Atmel8L组成，用于将传感器部件(1)输出的模拟量电信号转换成数字量并对其进行处理；所述单片机Atmel8L包括嵌入式模块和存储器，用来存放嵌入式农业植物生长环境探测仪内核程序和农业专家系统的信息推理程序；
所述模数转换器ADC0809的输入端口IN0、IN1、IN2、IN3、IN4、IN5、IN6分别连接温度传感器(11)、湿度传感器(12)、液体流速传感器(13)、植物茎杆直径传感器(14)、植物生长高度传感器(15)、土壤粘度传感器(16)和土壤酸碱度传感器(17)，用于接收各个传感器送来的模拟量电信号；
所述模数转换器ADC0809的数地总线端口23、24、25脚连接所述单片机Atmel8L的数地总线端口脚22、23、24，用于选通8路模拟输入中的一路；模数转换器ADC0809的引脚8、14、15、17、18、19、20、21分别连接单片机Atmel8L的输出端口脚30、31、32、1、2、9、10、11，用于传送处理后的数据；
所述单片机Atmel8L的控制端口脚12、13、14与所述模数转换器ADC0809的控制端口6、7、22连接，用于控制模数转换器ADC0809分时接收各传感器的信号；所述单片机Atmel8L的脚32连接模数转换器ADC0809的9脚，用于向单片机Atmel8L发送数字量输出结束的中断信号；
1.3、所述输出部件为数据传输接口(3)，所述数据传输接口(3)为8255A并行接口和RS-232串行接口或RS-485串行接口，用于将嵌入式部件(2)处理后的数字量信号送往显示部件或上位计算机。
2、根据权利要求1所述的嵌入式农业植物生长环境探测仪，其特征是：所说温度传感器(11)、湿度传感器(12)、液体流速传感器(13)、植物茎杆直径传感器(14)、植物生长高度传感器(15)、土壤粘度传感器(16)和土壤酸碱度传感器(17)的型号分别是：LTM883、LTM8851Q、LTM8876、LTM8803、LTM8901D、LTM8912、LTM8934。
3、根据权利要求1所述的嵌入式农业植物生长环境探测仪，其特征是RS-232串行接口或RS-485串行接口与单片机Atmel8L的输出端口间串接有转换开关(31)，型号为4053B。
4、根据权利要求1所述的嵌入式农业植物生长环境探测仪，其特征是显示部件为LCD显示屏或TV显示屏。
5、根据权利要求1所述的一种嵌入式农业植物生长环境探测仪的工作方法，包括接收传感器农业植物生长环境的信息和输出处理结果，包括远程传感器农业信息的获取，终端部分数据的存储、显示以及数据分析处理，其特征在于：
系统上电，定义控制的各个变量，设定采集传感器输出的时间片，产生一个分时采集的时间基准；
配置CPU的串口设置、中断、以及定时器时钟信号和协议，初始化输出接口，根据采集传感器的对象，确定采集的次数，对于温度或湿度或液体流速或土壤粘度或土壤酸碱度采集10次，对于植物茎杆直径或植物生长高度，则采集30次；
接收上位机命令，如果是读，则循环读取传感器数据，对转换成数字量的数据进行处理，如果是写，则分析处理命令，执行输出显示操作，即对于植物茎杆直径或植物生长高度的数据求其方差，对于温度或湿度或液体流速或土壤粘度或土壤酸碱度的数据，按大小排序，在舍去头尾各四次的数据后，求其均值，根据植物茎杆直径或植物生长高度的方差值，求出氮、磷、钾的施肥量，根据温度或湿度或液体流速或土壤粘度或土壤酸碱度的均值，求出灌溉量、沙质土壤掺杂量、酸碱配比量；
将处理后的数据或应答信号，定时向数据传输接口(3)的上位机传送。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1959351A (zh) | 2007-05-09 |
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