張斌+田芳明+徐驍翔+高揚(yáng)+孫磊+馮廣學(xué)

摘 要：水稻育秧環(huán)節(jié)是寒地水稻種植的必要步驟，只有培育壯秧才能確保水稻高產(chǎn)，育秧過(guò)程中，不同育秧時(shí)期秧苗對(duì)所需的棚內(nèi)空氣溫濕度、土壤水分、土壤溫度等要求不同，只有搭建適合的生長(zhǎng)環(huán)境，才能達(dá)到培育壯秧的目的。本設(shè)計(jì)根據(jù)寒地水稻育秧所需的特有生長(zhǎng)環(huán)境及黑龍江墾區(qū)育秧期的實(shí)際環(huán)境狀況，研制了基于太陽(yáng)能供電的棚內(nèi)參數(shù)采集終端系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)棚內(nèi)多種環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，并能通過(guò)無(wú)線(xiàn)或短信等方式將環(huán)境信息上傳到監(jiān)控中心的PC機(jī)或用戶(hù)手機(jī)中，使技術(shù)人員實(shí)時(shí)掌握棚內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)，具有低功耗、可靠性高、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：寒地；育秧；太陽(yáng)能；GSM

1 引言

眾所周知，黑龍江省廣袤并且肥沃的平原土地資源，從之前的北大荒逐漸成為了全國(guó)數(shù)一數(shù)二的糧倉(cāng)“北大倉(cāng)”。隨著現(xiàn)代化的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)自動(dòng)控制也正在為越來(lái)越多的人所關(guān)注，它能夠在很大程度上提升耕作勞動(dòng)的效率和質(zhì)量，為廣大農(nóng)民的生產(chǎn)生活做出貢獻(xiàn)。然而，我省一年之中1/3的時(shí)間在冰霜籠蓋之下，冬季氣溫低，凍土層最深達(dá)2.5米，全年無(wú)霜期平均在130天左右，針對(duì)寒地特點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的特殊設(shè)計(jì)與分析顯得非常重要。水稻育秧是水稻安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，提供適合的生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)培育壯秧具有重要意義，在寒地水稻育秧過(guò)程中，不僅需要高度自動(dòng)化的設(shè)備，還需要盡可能的低功耗，適應(yīng)性強(qiáng)的設(shè)備，經(jīng)研究設(shè)計(jì)了一套基于太陽(yáng)能供電的寒地水稻育秧棚環(huán)境參數(shù)采集終端。系統(tǒng)采用低功耗MSP430單片機(jī)作為主控芯片，高效節(jié)能太陽(yáng)能模塊提供能量，無(wú)線(xiàn)數(shù)傳及短信模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)地情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控與操作。系統(tǒng)具有能耗低，運(yùn)算速度快，精度高，運(yùn)行可靠，適應(yīng)性強(qiáng)，方便好用等特點(diǎn)，對(duì)于寒地水稻的種植及養(yǎng)護(hù)具有現(xiàn)實(shí)意義[1]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)育秧現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求及環(huán)境特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件框圖（如圖1所示），其中包括MSP430微處理器模塊、液晶顯示模塊、串口無(wú)線(xiàn)通信模塊，短信收發(fā)模塊、電源模塊、按鍵控制模塊等。

當(dāng)采集系統(tǒng)工作時(shí)，MSP430微處理器模塊經(jīng)電源模塊供電上電復(fù)位后進(jìn)入低功耗中斷等待狀態(tài)，根據(jù)傳感器通用接口模塊連接的傳感器類(lèi)型，通過(guò)按鍵控制模塊啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入環(huán)境參數(shù)采集過(guò)程，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)MSP430微處理器模塊處理后存儲(chǔ)到存儲(chǔ)模塊中并分屏實(shí)時(shí)顯示在液晶顯示模塊上，MSP430微處理器模塊通過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)模塊將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，供給農(nóng)場(chǎng)技術(shù)人員進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)等，同時(shí)，可利用GSM短信方式向用戶(hù)發(fā)送信息，用戶(hù)亦可通過(guò)手機(jī)向指定號(hào)碼發(fā)送“查詢(xún)”指令獲取棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)信息。系統(tǒng)中采用的元器件皆為低功耗原件，太陽(yáng)能供電模塊可以完全滿(mǎn)足農(nóng)場(chǎng)農(nóng)忙期經(jīng)常停電的實(shí)際需求。

2.1 微控制器

系統(tǒng)采用了MSP430F149單片機(jī)作為主控芯片[2]，這款TI公司研制的單片機(jī)具有可靠性高，耗電量低，內(nèi)嵌A/D接口等眾多優(yōu)點(diǎn)。其工作電壓為3.3V，很好的適應(yīng)了太陽(yáng)能供電這一低功耗的特點(diǎn)。由于系統(tǒng)內(nèi)有著各種各樣的模擬量信號(hào)處理要求，所以?xún)?nèi)置A/D接口避免了進(jìn)行外擴(kuò)A/D，使系統(tǒng)得到了合理的利用。

2.2 供電模塊

農(nóng)場(chǎng)地區(qū)農(nóng)忙期供電需求大，經(jīng)常會(huì)遇到停電情況，所以供電系統(tǒng)的穩(wěn)定是決定這個(gè)系統(tǒng)好壞的重要組成部分。并且考慮到北方白天光強(qiáng)高，光線(xiàn)直射時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，選擇了太陽(yáng)能供電的方式。利用電源管理芯片實(shí)現(xiàn)有電時(shí)利用市電進(jìn)行供電，太陽(yáng)能電池板僅對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，若停電，則轉(zhuǎn)換為太陽(yáng)能充電電池供電方式供電，保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行。其供電結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.3 復(fù)位保護(hù)模塊

采用MAX809S 復(fù)位芯片。它采用了SOT-23表面貼片3腳封裝。工作電壓為-0.3V-+6V。復(fù)位閥值為2.93V。具有高適應(yīng)性，可在-40°-+105°間正常工作，此時(shí)電壓幅度為1.2V-5.5V。其電路圖如圖3。

2.4 電源轉(zhuǎn)換模塊

在電源轉(zhuǎn)換方面采用了N7805非隔離降壓電源轉(zhuǎn)換模塊。轉(zhuǎn)換效率高達(dá)96%，可在-40°-+85°下能保證正常的工作電壓，適應(yīng)絕大部分地區(qū)的需要，具有很好的適應(yīng)性和可移植性。內(nèi)部還設(shè)有短路保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)措施，能夠在出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候及時(shí)對(duì)元器件進(jìn)行保護(hù)。由它將電壓穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換到5V，再用TPS76033穩(wěn)壓器將其轉(zhuǎn)換為3.3V的單片機(jī)可用供電電壓，其電路連接如圖4所示。

3 對(duì)外數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)

為了適應(yīng)各種不同的外界環(huán)境，模塊中采用了工業(yè)級(jí)的串口通信電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232ESE進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，它采用SOIC 封裝方式，電源電壓為3V-5.5V。電源電流為3mA，工作溫度范圍為-40°～+85°，它為單片機(jī)和外界提供了一個(gè)可靠的串口通信協(xié)議，是必不可少的組成部件。

3.1 無(wú)線(xiàn)通信接口設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了無(wú)線(xiàn)數(shù)傳接口電路，采用小功率無(wú)線(xiàn)模塊JZ877進(jìn)行可靠信息數(shù)傳[3]。JZ877是高集成度的小功率半雙工的無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊，采用TI高性能射頻芯片及高速單片機(jī)，提供16個(gè)頻道，并配備有專(zhuān)業(yè)的設(shè)置軟件，以便用戶(hù)進(jìn)行參數(shù)更改，模塊采用透明傳輸?shù)姆绞?，無(wú)須用戶(hù)編寫(xiě)設(shè)置與傳輸程序，即可進(jìn)行傳輸任何大小的數(shù)據(jù)。有效傳輸距離為3000米（1200bps）。內(nèi)置看門(mén)狗，可以保證長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。適用于UART/TTL、RS232、RS485接口。

3.2 短信通信接口設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了端口擴(kuò)展進(jìn)行CDMA通信，支持JTAG調(diào)試，多樣化的程序檢測(cè)路徑很好地保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[4]。CDMA短信接收電路如圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)北方寒地水稻育秧特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了智能育秧棚室環(huán)境參數(shù)采集終端系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用太陽(yáng)能供電方式，有效解決了農(nóng)場(chǎng)農(nóng)忙期經(jīng)常停電帶來(lái)的實(shí)際問(wèn)題，系統(tǒng)可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集數(shù)目與種類(lèi)擴(kuò)展，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線(xiàn)、短信等多種通信方式，具有實(shí)用性強(qiáng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]田芳明，衣淑娟，譚峰，等.智能育秧群棚監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（2）：126-129.

[2]秦龍.MSP430單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)典型實(shí)例[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[3]鄭淑慧.太陽(yáng)能供電錄井?dāng)?shù)據(jù)采集與無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)的研究[D].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)，2008.

[4]孟現(xiàn)平.帶有CDMA短信模塊的多功能電力監(jiān)測(cè)儀[J].自動(dòng)化與儀表，2012（4）：22-26.

作者簡(jiǎn)介：張斌（1992-），男，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)2011級(jí)電子信息工程專(zhuān)業(yè)本科生。

通訊作者：田芳明，女，講師，現(xiàn)主要從事農(nóng)業(yè)信息化、設(shè)施農(nóng)業(yè)方面研究。endprint

摘 要：水稻育秧環(huán)節(jié)是寒地水稻種植的必要步驟，只有培育壯秧才能確保水稻高產(chǎn)，育秧過(guò)程中，不同育秧時(shí)期秧苗對(duì)所需的棚內(nèi)空氣溫濕度、土壤水分、土壤溫度等要求不同，只有搭建適合的生長(zhǎng)環(huán)境，才能達(dá)到培育壯秧的目的。本設(shè)計(jì)根據(jù)寒地水稻育秧所需的特有生長(zhǎng)環(huán)境及黑龍江墾區(qū)育秧期的實(shí)際環(huán)境狀況，研制了基于太陽(yáng)能供電的棚內(nèi)參數(shù)采集終端系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)棚內(nèi)多種環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，并能通過(guò)無(wú)線(xiàn)或短信等方式將環(huán)境信息上傳到監(jiān)控中心的PC機(jī)或用戶(hù)手機(jī)中，使技術(shù)人員實(shí)時(shí)掌握棚內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)，具有低功耗、可靠性高、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：寒地；育秧；太陽(yáng)能；GSM

1 引言

眾所周知，黑龍江省廣袤并且肥沃的平原土地資源，從之前的北大荒逐漸成為了全國(guó)數(shù)一數(shù)二的糧倉(cāng)“北大倉(cāng)”。隨著現(xiàn)代化的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)自動(dòng)控制也正在為越來(lái)越多的人所關(guān)注，它能夠在很大程度上提升耕作勞動(dòng)的效率和質(zhì)量，為廣大農(nóng)民的生產(chǎn)生活做出貢獻(xiàn)。然而，我省一年之中1/3的時(shí)間在冰霜籠蓋之下，冬季氣溫低，凍土層最深達(dá)2.5米，全年無(wú)霜期平均在130天左右，針對(duì)寒地特點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的特殊設(shè)計(jì)與分析顯得非常重要。水稻育秧是水稻安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，提供適合的生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)培育壯秧具有重要意義，在寒地水稻育秧過(guò)程中，不僅需要高度自動(dòng)化的設(shè)備，還需要盡可能的低功耗，適應(yīng)性強(qiáng)的設(shè)備，經(jīng)研究設(shè)計(jì)了一套基于太陽(yáng)能供電的寒地水稻育秧棚環(huán)境參數(shù)采集終端。系統(tǒng)采用低功耗MSP430單片機(jī)作為主控芯片，高效節(jié)能太陽(yáng)能模塊提供能量，無(wú)線(xiàn)數(shù)傳及短信模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)地情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控與操作。系統(tǒng)具有能耗低，運(yùn)算速度快，精度高，運(yùn)行可靠，適應(yīng)性強(qiáng)，方便好用等特點(diǎn)，對(duì)于寒地水稻的種植及養(yǎng)護(hù)具有現(xiàn)實(shí)意義[1]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)育秧現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求及環(huán)境特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件框圖（如圖1所示），其中包括MSP430微處理器模塊、液晶顯示模塊、串口無(wú)線(xiàn)通信模塊，短信收發(fā)模塊、電源模塊、按鍵控制模塊等。

當(dāng)采集系統(tǒng)工作時(shí)，MSP430微處理器模塊經(jīng)電源模塊供電上電復(fù)位后進(jìn)入低功耗中斷等待狀態(tài)，根據(jù)傳感器通用接口模塊連接的傳感器類(lèi)型，通過(guò)按鍵控制模塊啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入環(huán)境參數(shù)采集過(guò)程，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)MSP430微處理器模塊處理后存儲(chǔ)到存儲(chǔ)模塊中并分屏實(shí)時(shí)顯示在液晶顯示模塊上，MSP430微處理器模塊通過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)模塊將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，供給農(nóng)場(chǎng)技術(shù)人員進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)等，同時(shí)，可利用GSM短信方式向用戶(hù)發(fā)送信息，用戶(hù)亦可通過(guò)手機(jī)向指定號(hào)碼發(fā)送“查詢(xún)”指令獲取棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)信息。系統(tǒng)中采用的元器件皆為低功耗原件，太陽(yáng)能供電模塊可以完全滿(mǎn)足農(nóng)場(chǎng)農(nóng)忙期經(jīng)常停電的實(shí)際需求。

2.1 微控制器

系統(tǒng)采用了MSP430F149單片機(jī)作為主控芯片[2]，這款TI公司研制的單片機(jī)具有可靠性高，耗電量低，內(nèi)嵌A/D接口等眾多優(yōu)點(diǎn)。其工作電壓為3.3V，很好的適應(yīng)了太陽(yáng)能供電這一低功耗的特點(diǎn)。由于系統(tǒng)內(nèi)有著各種各樣的模擬量信號(hào)處理要求，所以?xún)?nèi)置A/D接口避免了進(jìn)行外擴(kuò)A/D，使系統(tǒng)得到了合理的利用。

2.2 供電模塊

農(nóng)場(chǎng)地區(qū)農(nóng)忙期供電需求大，經(jīng)常會(huì)遇到停電情況，所以供電系統(tǒng)的穩(wěn)定是決定這個(gè)系統(tǒng)好壞的重要組成部分。并且考慮到北方白天光強(qiáng)高，光線(xiàn)直射時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，選擇了太陽(yáng)能供電的方式。利用電源管理芯片實(shí)現(xiàn)有電時(shí)利用市電進(jìn)行供電，太陽(yáng)能電池板僅對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，若停電，則轉(zhuǎn)換為太陽(yáng)能充電電池供電方式供電，保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行。其供電結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.3 復(fù)位保護(hù)模塊

采用MAX809S 復(fù)位芯片。它采用了SOT-23表面貼片3腳封裝。工作電壓為-0.3V-+6V。復(fù)位閥值為2.93V。具有高適應(yīng)性，可在-40°-+105°間正常工作，此時(shí)電壓幅度為1.2V-5.5V。其電路圖如圖3。

2.4 電源轉(zhuǎn)換模塊

在電源轉(zhuǎn)換方面采用了N7805非隔離降壓電源轉(zhuǎn)換模塊。轉(zhuǎn)換效率高達(dá)96%，可在-40°-+85°下能保證正常的工作電壓，適應(yīng)絕大部分地區(qū)的需要，具有很好的適應(yīng)性和可移植性。內(nèi)部還設(shè)有短路保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)措施，能夠在出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候及時(shí)對(duì)元器件進(jìn)行保護(hù)。由它將電壓穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換到5V，再用TPS76033穩(wěn)壓器將其轉(zhuǎn)換為3.3V的單片機(jī)可用供電電壓，其電路連接如圖4所示。

3 對(duì)外數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)

為了適應(yīng)各種不同的外界環(huán)境，模塊中采用了工業(yè)級(jí)的串口通信電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232ESE進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，它采用SOIC 封裝方式，電源電壓為3V-5.5V。電源電流為3mA，工作溫度范圍為-40°～+85°，它為單片機(jī)和外界提供了一個(gè)可靠的串口通信協(xié)議，是必不可少的組成部件。

3.1 無(wú)線(xiàn)通信接口設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了無(wú)線(xiàn)數(shù)傳接口電路，采用小功率無(wú)線(xiàn)模塊JZ877進(jìn)行可靠信息數(shù)傳[3]。JZ877是高集成度的小功率半雙工的無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊，采用TI高性能射頻芯片及高速單片機(jī)，提供16個(gè)頻道，并配備有專(zhuān)業(yè)的設(shè)置軟件，以便用戶(hù)進(jìn)行參數(shù)更改，模塊采用透明傳輸?shù)姆绞剑瑹o(wú)須用戶(hù)編寫(xiě)設(shè)置與傳輸程序，即可進(jìn)行傳輸任何大小的數(shù)據(jù)。有效傳輸距離為3000米（1200bps）。內(nèi)置看門(mén)狗，可以保證長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。適用于UART/TTL、RS232、RS485接口。

3.2 短信通信接口設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了端口擴(kuò)展進(jìn)行CDMA通信，支持JTAG調(diào)試，多樣化的程序檢測(cè)路徑很好地保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[4]。CDMA短信接收電路如圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)北方寒地水稻育秧特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了智能育秧棚室環(huán)境參數(shù)采集終端系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用太陽(yáng)能供電方式，有效解決了農(nóng)場(chǎng)農(nóng)忙期經(jīng)常停電帶來(lái)的實(shí)際問(wèn)題，系統(tǒng)可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集數(shù)目與種類(lèi)擴(kuò)展，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線(xiàn)、短信等多種通信方式，具有實(shí)用性強(qiáng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]田芳明，衣淑娟，譚峰，等.智能育秧群棚監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（2）：126-129.

[2]秦龍.MSP430單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)典型實(shí)例[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[3]鄭淑慧.太陽(yáng)能供電錄井?dāng)?shù)據(jù)采集與無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)的研究[D].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)，2008.

[4]孟現(xiàn)平.帶有CDMA短信模塊的多功能電力監(jiān)測(cè)儀[J].自動(dòng)化與儀表，2012（4）：22-26.

作者簡(jiǎn)介：張斌（1992-），男，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)2011級(jí)電子信息工程專(zhuān)業(yè)本科生。

通訊作者：田芳明，女，講師，現(xiàn)主要從事農(nóng)業(yè)信息化、設(shè)施農(nóng)業(yè)方面研究。endprint

摘 要：水稻育秧環(huán)節(jié)是寒地水稻種植的必要步驟，只有培育壯秧才能確保水稻高產(chǎn)，育秧過(guò)程中，不同育秧時(shí)期秧苗對(duì)所需的棚內(nèi)空氣溫濕度、土壤水分、土壤溫度等要求不同，只有搭建適合的生長(zhǎng)環(huán)境，才能達(dá)到培育壯秧的目的。本設(shè)計(jì)根據(jù)寒地水稻育秧所需的特有生長(zhǎng)環(huán)境及黑龍江墾區(qū)育秧期的實(shí)際環(huán)境狀況，研制了基于太陽(yáng)能供電的棚內(nèi)參數(shù)采集終端系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)棚內(nèi)多種環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，并能通過(guò)無(wú)線(xiàn)或短信等方式將環(huán)境信息上傳到監(jiān)控中心的PC機(jī)或用戶(hù)手機(jī)中，使技術(shù)人員實(shí)時(shí)掌握棚內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)，具有低功耗、可靠性高、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：寒地；育秧；太陽(yáng)能；GSM

1 引言

眾所周知，黑龍江省廣袤并且肥沃的平原土地資源，從之前的北大荒逐漸成為了全國(guó)數(shù)一數(shù)二的糧倉(cāng)“北大倉(cāng)”。隨著現(xiàn)代化的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)自動(dòng)控制也正在為越來(lái)越多的人所關(guān)注，它能夠在很大程度上提升耕作勞動(dòng)的效率和質(zhì)量，為廣大農(nóng)民的生產(chǎn)生活做出貢獻(xiàn)。然而，我省一年之中1/3的時(shí)間在冰霜籠蓋之下，冬季氣溫低，凍土層最深達(dá)2.5米，全年無(wú)霜期平均在130天左右，針對(duì)寒地特點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的特殊設(shè)計(jì)與分析顯得非常重要。水稻育秧是水稻安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，提供適合的生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)培育壯秧具有重要意義，在寒地水稻育秧過(guò)程中，不僅需要高度自動(dòng)化的設(shè)備，還需要盡可能的低功耗，適應(yīng)性強(qiáng)的設(shè)備，經(jīng)研究設(shè)計(jì)了一套基于太陽(yáng)能供電的寒地水稻育秧棚環(huán)境參數(shù)采集終端。系統(tǒng)采用低功耗MSP430單片機(jī)作為主控芯片，高效節(jié)能太陽(yáng)能模塊提供能量，無(wú)線(xiàn)數(shù)傳及短信模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)地情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控與操作。系統(tǒng)具有能耗低，運(yùn)算速度快，精度高，運(yùn)行可靠，適應(yīng)性強(qiáng)，方便好用等特點(diǎn)，對(duì)于寒地水稻的種植及養(yǎng)護(hù)具有現(xiàn)實(shí)意義[1]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)育秧現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求及環(huán)境特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件框圖（如圖1所示），其中包括MSP430微處理器模塊、液晶顯示模塊、串口無(wú)線(xiàn)通信模塊，短信收發(fā)模塊、電源模塊、按鍵控制模塊等。

當(dāng)采集系統(tǒng)工作時(shí)，MSP430微處理器模塊經(jīng)電源模塊供電上電復(fù)位后進(jìn)入低功耗中斷等待狀態(tài)，根據(jù)傳感器通用接口模塊連接的傳感器類(lèi)型，通過(guò)按鍵控制模塊啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入環(huán)境參數(shù)采集過(guò)程，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)MSP430微處理器模塊處理后存儲(chǔ)到存儲(chǔ)模塊中并分屏實(shí)時(shí)顯示在液晶顯示模塊上，MSP430微處理器模塊通過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)模塊將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，供給農(nóng)場(chǎng)技術(shù)人員進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)等，同時(shí)，可利用GSM短信方式向用戶(hù)發(fā)送信息，用戶(hù)亦可通過(guò)手機(jī)向指定號(hào)碼發(fā)送“查詢(xún)”指令獲取棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)信息。系統(tǒng)中采用的元器件皆為低功耗原件，太陽(yáng)能供電模塊可以完全滿(mǎn)足農(nóng)場(chǎng)農(nóng)忙期經(jīng)常停電的實(shí)際需求。

2.1 微控制器

系統(tǒng)采用了MSP430F149單片機(jī)作為主控芯片[2]，這款TI公司研制的單片機(jī)具有可靠性高，耗電量低，內(nèi)嵌A/D接口等眾多優(yōu)點(diǎn)。其工作電壓為3.3V，很好的適應(yīng)了太陽(yáng)能供電這一低功耗的特點(diǎn)。由于系統(tǒng)內(nèi)有著各種各樣的模擬量信號(hào)處理要求，所以?xún)?nèi)置A/D接口避免了進(jìn)行外擴(kuò)A/D，使系統(tǒng)得到了合理的利用。

2.2 供電模塊

農(nóng)場(chǎng)地區(qū)農(nóng)忙期供電需求大，經(jīng)常會(huì)遇到停電情況，所以供電系統(tǒng)的穩(wěn)定是決定這個(gè)系統(tǒng)好壞的重要組成部分。并且考慮到北方白天光強(qiáng)高，光線(xiàn)直射時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，選擇了太陽(yáng)能供電的方式。利用電源管理芯片實(shí)現(xiàn)有電時(shí)利用市電進(jìn)行供電，太陽(yáng)能電池板僅對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，若停電，則轉(zhuǎn)換為太陽(yáng)能充電電池供電方式供電，保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行。其供電結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.3 復(fù)位保護(hù)模塊

采用MAX809S 復(fù)位芯片。它采用了SOT-23表面貼片3腳封裝。工作電壓為-0.3V-+6V。復(fù)位閥值為2.93V。具有高適應(yīng)性，可在-40°-+105°間正常工作，此時(shí)電壓幅度為1.2V-5.5V。其電路圖如圖3。

2.4 電源轉(zhuǎn)換模塊

在電源轉(zhuǎn)換方面采用了N7805非隔離降壓電源轉(zhuǎn)換模塊。轉(zhuǎn)換效率高達(dá)96%，可在-40°-+85°下能保證正常的工作電壓，適應(yīng)絕大部分地區(qū)的需要，具有很好的適應(yīng)性和可移植性。內(nèi)部還設(shè)有短路保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)措施，能夠在出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候及時(shí)對(duì)元器件進(jìn)行保護(hù)。由它將電壓穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換到5V，再用TPS76033穩(wěn)壓器將其轉(zhuǎn)換為3.3V的單片機(jī)可用供電電壓，其電路連接如圖4所示。

3 對(duì)外數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)

為了適應(yīng)各種不同的外界環(huán)境，模塊中采用了工業(yè)級(jí)的串口通信電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232ESE進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，它采用SOIC 封裝方式，電源電壓為3V-5.5V。電源電流為3mA，工作溫度范圍為-40°～+85°，它為單片機(jī)和外界提供了一個(gè)可靠的串口通信協(xié)議，是必不可少的組成部件。

3.1 無(wú)線(xiàn)通信接口設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了無(wú)線(xiàn)數(shù)傳接口電路，采用小功率無(wú)線(xiàn)模塊JZ877進(jìn)行可靠信息數(shù)傳[3]。JZ877是高集成度的小功率半雙工的無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊，采用TI高性能射頻芯片及高速單片機(jī)，提供16個(gè)頻道，并配備有專(zhuān)業(yè)的設(shè)置軟件，以便用戶(hù)進(jìn)行參數(shù)更改，模塊采用透明傳輸?shù)姆绞?，無(wú)須用戶(hù)編寫(xiě)設(shè)置與傳輸程序，即可進(jìn)行傳輸任何大小的數(shù)據(jù)。有效傳輸距離為3000米（1200bps）。內(nèi)置看門(mén)狗，可以保證長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。適用于UART/TTL、RS232、RS485接口。

3.2 短信通信接口設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了端口擴(kuò)展進(jìn)行CDMA通信，支持JTAG調(diào)試，多樣化的程序檢測(cè)路徑很好地保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[4]。CDMA短信接收電路如圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)北方寒地水稻育秧特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了智能育秧棚室環(huán)境參數(shù)采集終端系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用太陽(yáng)能供電方式，有效解決了農(nóng)場(chǎng)農(nóng)忙期經(jīng)常停電帶來(lái)的實(shí)際問(wèn)題，系統(tǒng)可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集數(shù)目與種類(lèi)擴(kuò)展，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線(xiàn)、短信等多種通信方式，具有實(shí)用性強(qiáng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]田芳明，衣淑娟，譚峰，等.智能育秧群棚監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（2）：126-129.

[2]秦龍.MSP430單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)典型實(shí)例[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[3]鄭淑慧.太陽(yáng)能供電錄井?dāng)?shù)據(jù)采集與無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)的研究[D].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)，2008.

[4]孟現(xiàn)平.帶有CDMA短信模塊的多功能電力監(jiān)測(cè)儀[J].自動(dòng)化與儀表，2012（4）：22-26.

作者簡(jiǎn)介：張斌（1992-），男，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)2011級(jí)電子信息工程專(zhuān)業(yè)本科生。

通訊作者：田芳明，女，講師，現(xiàn)主要從事農(nóng)業(yè)信息化、設(shè)施農(nóng)業(yè)方面研究。endprint