精細農業(yè)信息采集通用軟硬件平臺設計

1、:www.paper.1精細農業(yè)信息采集通用軟硬件平臺設計精細農業(yè)信息采集通用軟硬件平臺設計1楊青1，楊術明1，2，楊成海3，邢振11.西北農林科技大學機械與電子工程學院，陜西楊陵（712100）2.寧夏大學機械工程學院，銀川（751100）3.USD－ARSSubtropicalAgriculturalResearchCenter，Weslaco.Texas，USA（78596）Email：.摘要：精細農業(yè)是一種以信息為基礎的現(xiàn)代農業(yè)

2、管理系統(tǒng)，快速有效地采集和處理農田空間信息是實踐精細農業(yè)作業(yè)的關鍵技術。農田信息是多樣的且一般都由獨立的采集設備或模塊采集，然后在PC機上對采集的各類數據進行融合處理或分析。為提高獲取農田信息的效率，實現(xiàn)多種信息采集的自動記錄和測量數據的融合，本文設計了一個通用的低成本信息采集軟硬件平臺。該平臺由單片機、鍵盤、LCD顯示、USB模塊、通訊接口及電源模塊組成，其接口可與多個信息采集傳感器或模塊相連。應用系統(tǒng)提供的底層驅動軟件，可在短時間內

3、開發(fā)出針對特定采樣信息的專用采集系統(tǒng)。關鍵詞關鍵詞：精細農業(yè)；信息采集；通用平臺；自動記錄中圖分類號中圖分類號：TP2731.引言引言采集農田信息是進行精細農業(yè)作業(yè)的前提。根據具體用途的不同，一般采集的農田信息有農田位置信息、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格，確定農田邊界的依據，面積的測量還可作為農業(yè)機械作業(yè)收費的依據【14】。目前農用GPS接收機主要用作位置信息的采集，也有一些接收機附加了長度、面積測試功能

4、，但由于整個接收系統(tǒng)體積龐大且在測量時要攜帶筆記本電腦或用手工方法進行測量數據的記錄，給測量工作帶來極大不便。本文設計了一個低成本的通用信息采集系統(tǒng)軟硬件平臺，應用系統(tǒng)提供的底層驅動程序，可以在短時間內開發(fā)出針對特定課題專用的信息采集系統(tǒng)。2.系統(tǒng)設計要求系統(tǒng)設計要求作為一個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據存儲能力，即硬件上要與大多數采集設備、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備、采集模塊或傳感器在輸出數據格式，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)；在數據存儲方面能夠進行大容量數據的存儲。3.硬件平臺設計硬件平臺設計3.1硬件平臺的總體結構硬件平臺的總體結構本文設計的采集平臺以高性能單片機為核心，主要由串行通訊接口擴展模塊，USB讀1本課題得到高等學校博士學科點專項科研基金（20040712018）“基于旱作精細農業(yè)的地面遙感研究”的資助。AT

6、89C52TXDRXD鍵盤Keyboard通訊擴展模塊Communicationextensionmodule顯示LCDU盤讀寫模塊UdiskWRmodule電源模塊Powermodule圖1系統(tǒng)的結構圖Fig.1StructureofSystem設備1Equipment1設備2Equipment2設備3Equipment3:www.paper.33.4液晶顯示模塊接口設計液晶顯示模塊接口設計系統(tǒng)采用LCD液晶顯示模塊作為人機交互界面。

7、從功能要求，性價比等方面考慮，這里選用點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)中數字和字符采用168點陣顯示，漢字則采用1616點陣顯示，因此顯示屏可顯示48個漢字(4行12)或96個字符(4行24)。漢字或字符的點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擴展通訊模塊的接口設計擴展通訊模塊的接口設計本系統(tǒng)通過一個差分4通道

8、數字控制模擬開關74HC4052可將單片機的一個串口擴展至四個，完全滿足系統(tǒng)對串口數量的要求。在與系統(tǒng)相連的采集設備或模塊預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采用負邏輯，即邏輯“1”為5V～15V，邏輯“0”為＋5V～＋15V。由于單片機的串行口和74HC4052電平均為TTL電平，所以經74HC4052擴展后的四個串行接口都為TTL電平。

9、為滿足使用要求，保留兩個串行口為TTL電平，另兩個則通過集成芯片MAX232將TTL電平轉換成RS232電平。擴展通訊模塊的電路如圖4所示。單片機的串行口引腳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是兩個二進制控制輸入端，具有低導通阻抗和很低的截止漏電流。INH為禁止輸入端，當它為高電平時，所有的通道截止。為使該模擬開關始終

10、處于工作狀態(tài)，將引腳INH接地。二位二進制信號選通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導通通道LLLX0Y0——XYLLHX1Y1——XYLHLX2Y2——XYLHHX3Y3——XYHXX無X012X114X215X311Y01Y15Y22Y34INH6A10B9VEE7X13Y3U44052P2.0P2.7RXDTX