CN202583176U - 一种深层土壤湿度实时测控系统 - Google Patents

Abstract

一种深层土壤湿度实时测控系统，属于土壤湿度测量技术领域。本系统包括地面部分和井下部分；地面部分包括有供电设备、主控计算机和四芯电缆，四芯电缆中两根为供电线，两根为数据线，供电设备通过四芯电缆给井下部分供电，主控计算机通过四芯电缆对井下部分进行实时控制，实现钻孔内深层土壤层湿度的远程实时测量；井下部分即井下测控装置，其外形结构是空心圆柱体，内部从上到下分为四层；测控装置通过RS485通讯接收来自计算机的控制命令，并将土壤湿度数据和装置的状态信息传送至主控计算机，降低了深层土壤湿度测量的复杂度，提高了测量的灵活性，用户能够在任何直径大于170mm的钻孔中测量各土壤层的湿度参数。

Description

一种深层土壤湿度实时测控系统

技术领域

本发明涉及一种深层土壤湿度实时测控系统，系统中计算机通过RS485对钻孔内的测控装置进行实时控制，利用FDS120土壤湿度传感器实现了钻孔内深层土壤湿度的远程实时测量，属于土壤湿度测量技术领域。 

背景技术

土壤的温度控制各层土壤间的能量输送，调节土壤的热属性，决定了土壤当地热容及土壤导热率。获得当地各层土壤的湿度参数可以促进对当地土壤层的合理利用，与土壤相关的工程和研究一般都需要深层土壤的湿度参数，例如地热钻孔深层土壤热物性的测定、地源换热器钻孔外土壤传热模型的设计、浅层和深层地热能的利用等。 

目前测定土壤湿度参数的方法归纳起来有两大类，一类是变动位置取样测定(如烘干称重法)，另一类是原位取样测定(如中子法、γ射线法、时域反射仪法、传感器法)，但这些方法一般只用于表层土壤的湿度测量。而对于深层土壤的湿度测量一般是通过取土钻钻孔并取出土样，再通过烘干法来测量土壤湿度，这种仪器不仅操作繁琐、成本高，精度也无法保障。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服深层土壤湿度测量大多是离线测量，且操作繁琐、测量精度低、操作繁琐的现状，提出了一种深层土壤湿度实时测控系统。 

本实用新型的技术方案如图1和图2所示，包括地面部分和井下部分。特征在于：地面部分包括有供电设备1、装有上位机监控程序的主控计算机2和四芯电缆3，四芯电缆3中两根为供电线，两根为数据线，供电设备1通过四芯电缆3给井下部分供电，主控计算机2通过四芯电缆3对井下部分进行实时控制，实现钻孔内深层土壤层11湿度的远程实时测量。井下部分即井下测控装置10，其外形结构是空心圆柱体，内部从上到下分为四层；其中顶层 为电源模块9，与四芯电缆3相连，将其中的220V交流电转换为直流电，给装置内各层设备供电；第二层为嵌入式测控系统4，包括CPU中央处理器、湿度信号处理电路、温度采集电路、步进电机驱动电路、电动推杆驱动电路、接近开关及其电压转换电路、电源管理电路、485通讯电路、状态显示电路和键盘，CPU用于接收主控计算机2发来的控制命令及其他各电路送出的信号，产生控制信号控制其他各电路，并经485通讯电路将实时测量数据和状态信息通过四芯电缆3传送至主控计算机2；第三层为步进电机5和土壤湿度传感器FDS1208，步进电机固定在装置内部，并通过丝杆传动的方式与土壤湿度传感器相连；第四层为两个电动推杆6和两个固定部件7，两电动推杆固定在装置内部，可移动部分分别与两个固定部件相连，推动固定部件完成装置在钻孔内的固定和取回工作。嵌入式测控系统4中的信号处理电路由高精度电阻、二极管、电容与CPU连接组成；温度采集电路由数字式温度传感器DS18B20与CPU连接组成；步进电机驱动电路由控制芯片L297、驱动芯片L298与CPU连接组成；电动推杆驱动电路由光电耦合器TLP521-4、驱动芯片L298N与CPU连接组成；接近开关及其电压转换电路由PNP型接近开关TL-Q5MB 1经NPN型三极管与CPU连接组成；电源管理电路包括电源监测电路和掉电保护电路，电源监测电路由电源监测芯片TPS3823与CPU连接组成，掉电保护电路由RC回路与CPU连接组成；485通讯电路由RS485接口芯片与CPU连接组成；信号处理电路用于将土壤湿度传感器输出的标准电流信号转换为电压信号，其输出的电压信号交由CPU计算处理得到土壤层的湿度值，并传送至主控计算机；温度采集电路用于实现装置内的温度测量，温度采集频率及精度受CPU控制；步进电机驱动电路用于接受CPU输出的脉冲和方向信号，完成对步进电机的实时控制；电动推杆驱动电路用于接受CPU输出的脉冲信号，完成对电动推杆的实时控制；接近开关及其电压转换电路中接近开关分别安装在电动推杆最外侧和湿度传感器出口内侧，对固定部件和湿度传感器的直线进给位移进行限定，其输出电平信号经电压转换电路处 理后交由CPU处理，实现对步进电机和电动推杆的自动控制；电源管理电路用于避免CPU出现上电死机现象并实现嵌入式测控系统运行过程中各设备的状态数据在掉电时的保存；485通讯电路用于将主控计算机2经过四芯电缆3发来的控制命令传给CPU，并将井下测控装置的状态信息和测得的湿度数据通过四芯电缆3上传至主控计算机2，其数据的接受和发送过程受CPU控制。 

所述的CPU中央处理器为TI公司的MSP430系列单片机，单片机不同管脚实现不同的功能，通过接插件及排线输入输出信号控制其他各电路工作。 

所述的信号处理电路中土壤湿度传感器FDS120与CPU的连接为，CPU的P6.0管脚经过精度为1％的电阻R41、滤波电容C41、ESD保护二极管D30与FDS120信号输出端相连，将FDS120输出的电流信号转换为电压信号经过具有A/D功能的P6.0管脚送入CPU进行计算处理获得土壤湿度值；Other为扩展传感器接口，处理其他输出为4～20mA的传感器信号，通过P6.1管脚送入CPU。测量结束后，将湿度数据通过RS485通讯传送至主控计算机并存储。 

所述的温度采集电路中温度传感器DS18B20与CPU的连接为，温度传感器DS18B20的DQ管脚通过上拉电阻接至+5V，并与CPU的P2.1管脚相连，由CPU控制温度传感器DS18B20的温度读取频率和精度。 

所述的步进电机驱动电路中控制芯片L297、驱动芯片L298与CPU的连接为，CPU的P5.0～5.3管脚分别与L297的4个控制管脚ENABLE、HALF/FULL、CLOCK及CW/CCW相连，L297通过相应管脚与L298相连，L298的output1～4分别与步进电机的四条控制线相连，实现步进电机的实时控制。测控装置中步进电机通过丝杆传动方式，将逆时针或顺时针的转动转换为前进或后退的动作，推动湿度探针的水平移动，达到与装置外土壤层的紧密接触和脱离。 

所述的电动推杆驱动电路中光电耦合器TPL521-4、驱动芯片L298N与CPU的连接为，CPU的P4.0～4.3经过TPL521-4与L298N的INPUT1～4相连，管脚P2.5、P2.6分别与L298N的ENABLEA、ENABLEB相连，L298N的 OUTPUT1～2、OUTPUT3～4分别与两电动推杆M1和M2相连，实现电动推杆的实时控制。测控装置中两个电动推杆的可移动部分分别与两侧的固定部件相连，推动固定部件完成装置在钻孔内的固定和取回工作。 

所述的接近开关及其电压转换电路中PNP型接近开关与CPU的连接为，三个接近开关TL-Q5MB1的信号输出端输出的高电平信号分别经过电阻R35、R37、R39由三个NPN型三极管的基极B输入，三极管的发射极E分别与CPU的P1.0、P1.1和P1.2管脚相连，CPU根据P1.0、P1.1和P1.2管脚输入的电平变化，实现对两个电动推杆和步进电机的自动控制。当CPU检测到相应管脚输入高电平时，会引发中断，进入中断处理程序，在中断处理程序中执行相应电动推杆或步进电机停止的操作。 

所述的电源管理电路包括电源监测电路和掉电保护电路，电源监测电路中电源监测芯片TPS3823与CPU的连接为，TPS3823的管脚RESET、WDI分别与CPU的RST、P2.0管脚相连，为CPU提供电路初始化和定时监控的功能，避免CPU出现上电死机现象；掉电保护电路中+12V电压经R6和R7分压，输出+2V电平从CPU的P2.4管脚输入，作为CPU内部比较器的负输入端，CPU的DVcc端与GND端之间接电容C6，实现数据的掉电保存。当系统断电时通过比较器产生中断，在电压下降到无效值之前，利用C6放电为数据的掉电保存供电。 

所述的485通讯电路中RS485接口芯片与CPU的连接为，CPU的P3.3、P3.6、P3.7管脚分别与RS485接口芯片的DE/RE、DI、RO管脚相连，CPU控制将湿度及状态数据送入485接口芯片，经485接口芯片转换为平衡差分的RS485信号，通过四芯电缆(3)上传给主控计算机。 

本实用新型使用供电设备通过四芯电缆给系统供电，主控计算机通过四芯电缆以RS485通讯方式向CPU发送控制命令；当CPU接收到主控计算机发来的装置固定命令，发出电动推杆控制信号通过电动推杆驱动电路，驱动两个电动推杆带动装置内的固定部件在钻孔内对装置进行固定；当CPU的管 脚P1.0、P1.1接收到接近开关通过电压转换电路送来的高电平信号，停止电动推杆，并通过RS485通讯电路发送“固定工作完成”状态信息至主控计算机；主控计算机接收到固定完成信号后，发送土壤湿度传感器给进命令给CPU，CPU发出控制信号通过步进电机驱动电路，驱动步进电机以丝杆传动方式带动装置内的土壤湿度传感器在土壤层进行水平移动；当CPU的管脚P1.2接收到相应接近开关通过电压转换电路送来的高电平信号，停止步进电机，并通过485通讯电路发送“测量准备工作完成”信号至主控计算机；主控计算机接收到“测量准备工作完成”信号后，发送湿度测量命令给CPU，CPU接收到湿度传感器通过信号转换电路送来的电压信号，经过计算处理得到当层土壤层的湿度数据，通过RS485通讯发送至主控计算机进行存储；在同一测量点进行多次湿度测量，获得准确的湿度数据后，停止湿度传感器的供电，并通过主控计算机发送湿度传感器取回命令给CPU；CPU接受到湿度传感器取回命令后，发出相应控制信号通过步进电机驱动电路，驱动步进电机将土壤湿度传感器取回至测控装置内；之后CPU发出相应信号驱动电动推杆将固定部件取回测控装置内；至此，当层土壤湿度测量完毕，可移动至下一测量点，重复以上步骤进行多层土壤湿度测量工作。 

本发明可以取得如下有益效果： 

1)测控装置通过RS485通讯接收来自计算机的控制命令，并将土壤湿度数据和装置的状态信息传送至主控计算机，降低了深层土壤湿度测量的复杂度，提高了测量的灵活性，用户能够在任何直径大于170mm的钻孔中测量各土壤层的湿度参数； 

2)采用接近开关实现了对测控装置内步进电机和电动推杆的自动控制，用户可以通过上位机程序对测控装置内步进电机和电动推杆进行实时精确控制，并具有电源管理电路，提高了测量系统的可靠性； 

3)嵌入式测控系统和传感器经过严格的设计、调试、标定，具有很好的抗干扰能力及可靠性； 

4)测控装置可通过键盘和状态显示电路实现表层土壤湿度的手动测量。 

附图说明

图1本实用新型的深层土壤湿度实时测控系统的示意框图； 

图2本实用新型中的嵌入式测控系统的示意框图； 

图3本实用新型中的CPU中央处理器最小系统电路原理图； 

图4本实用新型中的湿度传感器信号处理电路原理图； 

图5本实用新型中的温度采集电路原理图； 

图6本实用新型中的步进电机驱动电路原理图； 

图7本实用新型中的电动推杆驱动电路原理图； 

图8本实用新型中的接近开关及其电压转换电路原理图； 

图9本实用新型中的电源管理电路原理图； 

图10本实用新型中的485通讯电路原理图； 

图中：1、供电设备，2、主控计算机，3、四芯电缆，4、嵌入式测控系统，5、步进电机，6、电动推杆，7、固定部件，8、土壤湿度传感器，9、电源模块，10、井下测控装置，11、土壤层。 

具体实施方式

结合图1至图10对本实用新型作进一步的说明：

一种新型的深层土壤湿度实时测量系统，由地面部分和井下部分组成。其中地面部分包括有供电设备1、装有上位机监控程序的主控计算机2和四芯电缆3，四芯电缆3中两根为供电线，两根为数据线；供电设备1通过四芯电缆3给井下部分供电，主控计算机2通过四芯电缆3对井下部分进行实时控制，实现钻孔内深层土壤层11湿度的远程实时测量。井下部分即井下测控装置10，其外形结构是一个外径为160mm，长为50cm的空心圆柱体，内部从上到下分为四层；其中顶层为电源模块9，与四芯电缆3相连，将其中的220V交流电转换为直流电，通过接线柱和排线给装置内各层设备供电；第二层为嵌入式测控系统4，包括CPU中央处理器、湿度信号处理电路、温度采集电 路、步进电机驱动电路、电动推杆驱动电路、接近开关及其电压转换电路、电源管理电路、485通讯电路、状态显示电路和键盘，CPU用于接收主控计算机2发来的控制命令及其他各电路送出的信号，产生控制信号控制其他各电路，并经485通讯电路将实时测量数据和状态信息通过四芯电缆3传送至主控计算机2；第三层为步进电机5和土壤湿度传感器FDS1208，步进电机固定在装置内部，并通过丝杆传动的方式与土壤湿度传感器相连；第四层为两个电动推杆6和两个固定部件7，两电动推杆固定在装置内部，可移动部分分别与两个固定部件相连，推动固定部件完成装置在钻孔内的固定和取回工作。 

嵌入式测控系统4中的CPU中央处理器U1为TI公司的MSP430系列单片机，型号为MSP430F149。P1端口中P1.0、P1.1、P1.2通过三极管与接近开关(U13、U14、U15)相连，得到各接近开关的电平变化；P1.3～P1.6连接至键盘端口。P2端口中的P2.0连接至电源监测芯片TPS3823(U2)的WDI管脚；P2.1连接至温度传感器DS18B20(U3、U4、U5)的DQ管脚，得到运行过程中步进电机及电动推杆的温度；P2.4与掉电保护电路的+2V参考电压输出端相连，作为CPU内部比较器的负输入端；P2.5、P2.6分别连接至驱动芯片L298N(U12)的ENABLEA、ENABLEB管脚，控制两个电动推杆的移动速度。P3端口中的P3.3、P3.6、P3.7分别连接至RS485接口芯片SN65HVD3082(U7)的DE/RE、DI、RO管脚，控制SN65HVD3082接受或发送、工作或挂起。P4端口中的P4.0、P4.1、P4.2、P4.3通过光电耦合器TPL521-4分别连接至驱动芯片L298N的INPUT1～INPUT4管脚，控制两电动推杆的启停及移动方向；P4.4、P4.5、P4.6连接至液晶显示器端口；P5端口中的P5.0、P5.1、P5.2、P5.3分别连接至控制芯片L297(U10)的4个控制管脚ENABLE、HALF/FULL、CLOCK及CW/CCW，控制步进电机的启停、转速及转向；P6端口的P6.1与经过精度为1％的电阻R41、滤波电容C41、ESD保护二极管D30与土壤湿度传感器FDS120的信号输出端相连，得到被测土壤层的湿度数 据。Y2为32.765K晶振，Y1为8M晶振，为CPU正常工作提供稳定的时钟信号。C1、C2为晶振的起振电容。 

湿度信号处理电路由精度为1％的电阻R41、滤波电容C41、ESD静电保护二极管D30组成。土壤湿度传感器FDS120输出的4～20mA电流信号经过信号处理电路转换为0.6V～3V的电压信号，通过P6.0管脚送入CPU进行计算处理获得土壤湿度数据。 

温度采集电路由三片温度传感器DS18B20(U3、U4、U5)组成。DS18B20是一种单总线式数字温度传感器，多片DS18B20的VDD管脚接5V电源，DQ管脚通过上拉电阻R5接至+5V，并与CPU的P2.1管脚相连，由CPU控制DS18B20的温度读取频率和精度。温度传感器用于监测步进电机及两个电动推杆运行过程中的温度，温度过高则执行电机停止程序，防止电机损坏。 

步进电机驱动电路由控制芯片L297和驱动芯片L298组成。CPU的P5.0～5.3管脚分别与L297的4个控制管脚ENABLE、HALF/FULL、CLOCK及CW/CCW相连，L298的output0～4管脚分别与步进电机57BYGH629的四条控制线相连，C20为滤波电容，R20、R21为过流保护电阻，D10～D17为续流保护二极管。CPU接受主控计算机通过RS485通讯发送来的步进电机控制命令，通过管脚P5.0～5.3输出脉冲信号，经过步进电机驱动电路控制混合式步进电机57BYGH629的启停、转向和转速，通过丝杆传动方式推动土壤湿度传感器进行水平运动，完成与装置外土壤层的紧密接触和脱离。 

电动推杆驱动电路由光电耦合器TPL521-4和驱动芯片L298N组成。CPU的P4.0～4.3经过TPL521-4与L298N的INPUT1～4相连，管脚P2.5、P2.6分别与L298N的ENABLEA、ENABLEB相连，L298N的OUTPUT1～2、OUTPUT3～4分别与两电动推杆M1和M2相连，C25、C26为滤波电容，R25、R26为过流保护电阻，D22～D29为续流保护二极管。CPU接受主控计算机通过RS485通讯发送来的电动推杆控制命令，通过相应管脚输出控制信号，经过电动推杆驱动电路控制电动推杆的启停、移动方向和速度，两个电动推杆 的可移动部分分别与两侧的固定部件相连，推动固定部件完成装置在钻孔内的固定和取回工作。 

接近开关及其电压转换电路由三个PNP型接近开关TL-Q5MB1和三个NPN三极管8050组成。接近开关分别安装在电动推杆最外侧和土壤湿度传感器出口内侧，以对固定部件和土壤湿度传感器的直线进给位移进行限定，当运动部件到达此位置即靠近接近开关时，接近开关输出的+12V高电平信号，当TL-Q5MB1的信号输出端输出+12V高电平信号，经过电阻R35、R37、R39由8050的基极B输入，8050的发射极E输出+3.3V高电平信号，分别由P1.0、P1.1和P1.2管脚输入CPU，当CPU检测到相应管脚输入高电平时，会引发中断，进入中断处理程序，在中断处理程序中执行相应电动推杆或步进电机停止的操作。 

电源管理电路由电源监测电路和掉电保护电路组成。TPS3823的管脚RESET、WDI分别与CPU的RST、P2.0管脚相连，为CPU提供电路初始化和定时监控的功能，避免CPU出现上电死机现象；掉电保护电路中+12V电压经R6和R7分压，输出+2V电平从CPU的P2.4管脚输入，作为CPU内部比较器的负输入端，CPU的DVcc端与GND端之间接电容C6，实现数据的掉电保存。当系统断电时通过比较器产生中断，在电压下降到无效值之前，利用C6放电为数据的掉电保存供电。 

485通讯电路由一片RS485接口芯片SN65HVD3082组成。SN65HVD3082是一款性价比很高的485接口器件。当CPU接受到主控计算机发来的控制命令、井下测控装置完成固定工作、完成湿度测量准备工作或完成湿度测量工作时，CPU控制将状态信息或湿度数据送入485接口芯片，经485接口芯片转换为平衡差分的RS485信号，经J12连接四芯电缆中的数据线上传给主控计算机进行处理。 

该系统在进行工作时，将井下测控装置置于被测的钻孔内，工作人员使用主控计算机对井下测控装置进行远程控制，首先控制装置内的电动推杆对 装置进行固定，然后控制装置内的步进电机通过丝杆传动方式带动土壤湿度传感器进行水平移动，完成测量准备工作，最后控制土壤湿度传感器FDS120进行当层土壤湿度测量。湿度测量完成后，将湿度数据传送至主控计算机并存储，使用主控计算机控制装置取回湿度传感器及固定部件，可移至下一测量点重复以上工作，进行钻孔内多层土壤的湿度测量。本实用新型操作简单，使用方便，实用性强。 

Claims (10)

1.一种深层土壤湿度实时测控系统，包括地面部分和井下部分；其特征在于：地面部分包括有供电设备（1）、主控计算机（2）和四芯电缆（3），四芯电缆（3）中两根为供电线，两根为数据线，供电设备（1）通过四芯电缆（3）给井下部分供电，主控计算机（2）通过四芯电缆（3）对井下部分进行实时控制，实现钻孔内深层土壤层（11）湿度的远程实时测量；井下部分即井下测控装置（10），其外形结构是空心圆柱体，内部从上到下分为四层；其中顶部为电源模块（9），与四芯电缆（3）相连，将其中的220V交流电转换为直流电，给装置内各层设备供电；第二层为嵌入式测控系统（4），包括CPU中央处理器、湿度信号处理电路、温度采集电路、步进电机驱动电路、电动推杆驱动电路、接近开关及其电压转换电路、电源管理电路、485通讯电路、状态显示电路和键盘，CPU中央处理器用于接收主控计算机（2）发来的控制命令及各电路送出的信号，产生控制信号，并经485通讯电路将实时测量数据和状态信息通过四芯电缆（3）传送至主控计算机（2）；第三层为步进电机（5）和土壤湿度传感器FDS120（8），步进电机固定在装置内部，并通过丝杆传动的方式与土壤湿度传感器相连，步进电机带动土壤湿度传感器在土壤中运动；第四层为两个电动推杆（6）和两个固定部件（7），两电动推杆固定在装置内部，可移动部分分别与两个固定部件（7）相连；嵌入式测控系统（4）中的信号处理电路由高精度电阻、二极管、电容与CPU连接组成；温度采集电路由数字式温度传感器DS18B20与CPU连接组成；步进电机驱动电路由控制芯片L297、驱动芯片L298与CPU连接组成；电动推杆驱动电路由光电耦合器TLP521-4、驱动芯片L298N与CPU连接组成；接近开关及其电压转换电路由PNP型接近开关TL-Q5MB1经NPN型三极管与CPU连接组成；电源管理电路包括电源监测电路和掉电保护电路，电源监测电路由电源监测芯片TPS3823与CPU连接组成，掉电保护电路由RC回路与CPU连接组成；485通讯电路由RS485接口芯片与CPU连接组成；信号处理电路用于将土壤湿度传感器输出的标准电流信号转换为电压信号，其输出的电压信号交由CPU计算处理得 到土壤层的湿度值，并传送至主控计算机；温度采集电路用于实现装置内的温度测量，温度采集频率及精度受CPU控制；步进电机驱动电路用于接受CPU输出的脉冲和方向信号，完成对步进电机的实时控制；电动推杆驱动电路用于接受CPU输出的脉冲信号，完成对电动推杆的实时控制；接近开关及其电压转换电路中接近开关分别安装在电动推杆最外侧和湿度传感器出口内侧，对固定部件和湿度传感器的直线进给位移进行限定，其输出电平信号经电压转换电路处理后交由CPU处理，实现对步进电机和电动推杆的自动控制；电源管理电路用于避免CPU出现上电死机现象并实现嵌入式测控系统运行过程中各设备的状态数据在掉电时的保存；485通讯电路用于将主控计算机（2）经过四芯电缆（3）发来的控制命令传给CPU，并将井下测控装置的状态信息和测得的湿度数据通过四芯电缆（3）上传至主控计算机（2），其数据的接受和发送过程受CPU控制。

2.根据权利要求1所述的一种深层土壤湿度实时测控系统，其特征在于：CPU中央处理器为TI公司的MSP430系列单片机。

3.根据权利要求1所述的一种深层土壤湿度实时测控系统，其特征在于：信号处理电路中土壤湿度传感器FDS120与CPU的连接为，CPU的P6.0管脚经过精度为1%的电阻R41、滤波电容C41、ESD保护二极管D30与FDS120信号输出端相连，将FDS120输出的电流信号转换为电压信号经过具有A/D功能的P6.0管脚送入CPU进行计算处理获得土壤湿度值。

4.根据权利要求1所述的一种深层土壤湿度实时测控系统，其特征在于：温度采集电路中温度传感器DS18B20与CPU的连接为，DS18B20的DQ管脚通过上拉电阻接至+5V，并与CPU的P2.1管脚相连，由CPU控制DS18B20的温度读取频率和精度。

5.根据权利要求1所述的一种深层土壤湿度实时测控系统，其特征在于：步进电机驱动电路中控制芯片L297、驱动芯片L298与CPU的连接为，CPU的P5.0～5.3管脚分别与L297的4个控制管脚ENABLE、HALF/FULL、CLOCK 及CW/CCW相连，L297通过相应管脚与L298相连，L298的output1～4分别与步进电机的四条控制线相连，实现步进电机的实时控制。

6.根据权利要求1所述的一种深层土壤湿度实时测控系统，其特征在于：电动推杆驱动电路中光电耦合器TPL521-4、驱动芯片L298N与CPU的连接为，CPU的P4.0～4.3经过TPL521-4与L298N的INPUT1～4相连，管脚P2.5、P2.6分别与L298N的ENABLEA、ENABLEB相连，L298N的OUTPUT1～2、OUTPUT3～4分别与两电动推杆M1和M2相连，实现电动推杆的实时控制。

7.根据权利要求1所述的一种深层土壤湿度实时测控系统，其特征在于：接近开关及其电压转换电路中PNP型接近开关与CPU的连接为，三个接近开关TL-Q5MB1的信号输出端输出的高电平信号分别经过电阻R35、R37、R39由三个NPN型三极管的基极B输入，三极管的发射极E分别与CPU的P1.0、P1.1和P1.2管脚相连，CPU根据P1.0、P1.1和P1.2管脚输入的电平变化，实现对两个电动推杆和步进电机的自动控制。

8.根据权利要求1所述的一种深层土壤湿度实时测控系统，其特征在于：电源管理电路包括电源监测电路和掉电保护电路，电源监测电路中TPS3823与CPU的连接为，TPS3823的管脚RESET、WDI分别与CPU的RST、P2.0管脚相连，为CPU提供电路初始化和定时监控的功能，避免CPU出现上电死机现象；掉电保护电路中+12V电压经R6和R7分压，输出+2V电平从CPU的P2.4管脚输入，作为CPU内部比较器的负输入端，CPU的DVcc端与GND端之间接电容C6，实现数据的掉电保存。

9.根据权利要求1所述的一种深层土壤湿度实时测控系统，其特征在于：485通讯电路中485接口芯片与CPU的连接为，CPU的P3.3、P3.6、P3.7管脚分别与485接口芯片的DE/RE、DI、RO管脚相连，CPU控制将湿度及状态数据送入485接口芯片，经485接口芯片转换为平衡差分的RS485信号，通过四芯电缆（3）上传给主控计算机。

10.根据权利要求1所述的一种深层土壤湿度实时测控系统，其特征在于： 所述井下测控装置（10）的外径为160cm,长为50cm。 

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