《基于AT89C51單片機的土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)》18000字

基于AT89C51單片機的土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)摘要本篇文章主要研究的領(lǐng)域是農(nóng)業(yè)方面，對于土地的監(jiān)測情況可以采用數(shù)據(jù)形式的采集，對于數(shù)據(jù)的搜集一定要做到準確、客觀，最好是可以實現(xiàn)實時的監(jiān)測和報送。研究中提出將采集物理互聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)田土壤作物墑情監(jiān)測信號進行采集、處理、收集這是依賴于數(shù)據(jù)傳播的客觀體系，所以要準確的分析農(nóng)作物的相關(guān)情況，并且把采集來的數(shù)據(jù)進行精細化的統(tǒng)計和處理，通過無線電的傳播來對系統(tǒng)中硬件方面的一些內(nèi)容作出相關(guān)的改善，希望通過這樣的方法來滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，以及農(nóng)作物的生長需要。土壤需求和水量情況進行數(shù)據(jù)采集、存儲、分析和系統(tǒng)的收集和客觀的處理，在計算結(jié)果出來之后要結(jié)合相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的分析，充分的利用現(xiàn)代農(nóng)科科技，滿足農(nóng)業(yè)的發(fā)展生產(chǎn)，這是一種比較通用的無線電的技術(shù)。對于植物的生產(chǎn)，每年的具體降雨量影響也是重大的，同時大部分的植物都需要進行光合作用，所以，不同的溫度也會導致植物不同的生長狀況，至于土壤中的養(yǎng)分，毋庸置疑也是一個比較重要的環(huán)節(jié)，所以要對土壤的讓分情況進行實時的監(jiān)測，測定土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的含量，并且對相應(yīng)的物質(zhì)進行客觀的補充，實現(xiàn)農(nóng)作物的營養(yǎng)健康的生長。同時也能達到抵御自然災(zāi)害，干預氣候干旱的問題。土壤墑情是土地進行監(jiān)測時候的一項重要的指標，是需要重點研究的內(nèi)容，同時也應(yīng)該加大對農(nóng)林技術(shù)的培養(yǎng)和投資力度，以此來抵抗自然災(zāi)害?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)是一項可以解放農(nóng)民的技術(shù)，在進行土地預測的時候也可以依據(jù)不同的情況進行干預和調(diào)整，不同的土壤、土壤物質(zhì)，對于作物的生長是不一樣的，對于自然災(zāi)害的抵抗能力也是不一樣的，及早的發(fā)現(xiàn)可以從根源上進行預防。關(guān)鍵詞：土壤墑情；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)測系統(tǒng)；中斷系統(tǒng)；目錄TOC\o"1-2"\h\u土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計 1第一章緒論 11.1選題背景 11.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 21.2.1我國發(fā)展現(xiàn)狀 31.2.2國外發(fā)展現(xiàn)狀 41.3選題的目的和意義 51.4本次設(shè)計實現(xiàn)功能 6第二章土壤監(jiān)測方法和系統(tǒng)總體方案設(shè)計 62.1土壤墑情監(jiān)測方法 62.2物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù) 82.2.1RS485 82.2.2WIFI 92.2.34G無線傳輸 102.3土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)總體方案設(shè)計 10第三章土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計 113.1AT89C51單片機 113．1．1AT89C51單片機的基本組成 123．1．2AT89C51主要特性 133.2AT89C51單片機存儲器 133．2．2程序存儲器 133．2．2數(shù)據(jù)存儲器 143.3震蕩電路和時鐘 153.4AT89C51的中斷系統(tǒng) 163．4．1數(shù)據(jù)存儲器 173．4．2數(shù)據(jù)存儲器 173.5定時器/計數(shù)器 183.6YL-69土壤濕度傳感器 193.7硬件電路設(shè)計 203.8液晶顯示屏LCD 253．8．1液晶顯示屏的分類 263．8．2LCD1602 273．8．3LCD1602引腳分布 273．8．4工作原理 28第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計 294.1物聯(lián)網(wǎng)云平臺的搭建方法與步驟 294．1．1物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備如何接入到網(wǎng)絡(luò) 294．1．2如何開展M2M,M2C通信 304.2系統(tǒng)軟件功能詳細設(shè)計 314.3系統(tǒng)調(diào)試 32第五章結(jié)論與展望 335.1結(jié)論 335.2展望 34第六章參考文獻 34第一章緒論1.1選題背景水資源是人類重要的生存物資，人類起源于水，人類的生存也離不開水，但是我們都知道的一點是，從我國的整體情況來看，水資源都是比較缺乏的，尤其是在我國的西北地氣，常年處于缺水的狀態(tài)。所以為了整個國家的健康、可持續(xù)的發(fā)展有必要進行專業(yè)的處理，加到對于水資源的研究保護力度，是加快發(fā)展農(nóng)林經(jīng)濟的重要方面。對于植物它的生長仍然是離不開水的，所以要實時的測定土壤的墑情，并且據(jù)實的上報，依靠國家的力量或者是政府的力量來加大這方面的控制和管理，那測量的主要方向就是明確土壤的含水量、土壤的營養(yǎng)成分以及適合種植什么種類的蔬菜。我國地域遼闊，不同的地區(qū)光照以及溫度都是不一樣的，記錄檢測相關(guān)的土壤數(shù)據(jù)，可以充分的利用土壤，記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)，依次為研究員依據(jù)做出統(tǒng)計。及早的發(fā)現(xiàn)一次來避免自然災(zāi)害的發(fā)生。熵值的研究也是為了農(nóng)田可以更好的進行發(fā)展，是依據(jù)不同的氣候條件進行測量的一項重要的內(nèi)容，同時也可以用來進行技術(shù)的監(jiān)測，看出哪些地區(qū)需要重點管理和監(jiān)測，那些地方的預防趨勢以及相關(guān)的條件比較好可以直接種植，可以的引導農(nóng)民播種。這項監(jiān)測技術(shù)也是一項預警手段的體現(xiàn)，可以科學的劃分各個地區(qū)發(fā)生干旱的等級。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國外對土壤墑情監(jiān)測技術(shù)開發(fā)起步較早，美國等國家從上世紀七十年代九開始對其進行研究。并且開始對土壤的水分進行采集以此來分析其灌溉的量和方法，此時，初步的土壤墑情監(jiān)測初見雛形。其主要是通過記錄土壤的含水量、農(nóng)作物的含水量來初步確定數(shù)據(jù)。通過其計算的數(shù)據(jù)，來對當?shù)氐慕邓窟M行初步分析，并且除去蒸發(fā)量、流失量，預測并灌溉土壤。此類方法也大量運用到了實踐當中。二十世紀八十年代初期澳大利亞等國家也掌握了此類土壤墑情理論并且進行了大量的實踐和研究。為此類技術(shù)的發(fā)展做出了重要貢獻。1.2.1我國發(fā)展現(xiàn)狀由于我國的國情以及發(fā)展的原因，所以墑情預報研究的時間比較短，直到上個世紀中后期才開始系統(tǒng)的研究，系統(tǒng)的研究了土壤以及相關(guān)情況的具體介紹。我國在這一方面主要的研究方向是，從農(nóng)田的水分尺度上進行客觀的研究，并且由此得出影響土壤水分的相關(guān)因素，可以認為這是一項綜合性的研究體系。張忠等等人在經(jīng)過多年的研究和試驗之后得出了一套自己的理論體系也就是流動平衡分析法，這個方法從理論的層面上來考慮的話是更加的客觀全面的。邵明安等人也提出了另一套理論體系，叫做地理公式分析法。在2012年的時候水利部介入了相關(guān)的研究，主要的研究領(lǐng)域就是土壤干旱的因素以及完善信息庫的基礎(chǔ)性建設(shè)，盡可能的保證全面。處于前期起步準備階段,在現(xiàn)階段的土壤監(jiān)測水平之下，需要對土壤的不同含量進行客觀的分析，因為土壤的含水量是不同的，所以依據(jù)烘干法測量出來的數(shù)值就是不同的，對于不同地區(qū)的土壤大環(huán)境需要比較分析其中的差異，并且對相關(guān)的數(shù)據(jù)進行研究和推進。庫區(qū)土壤作物墑情自動采集監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備的專業(yè)參數(shù)化效率化和定制化工作,提高墑情監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備的專業(yè)適用性和技術(shù)實用性。1.2.2國外發(fā)展現(xiàn)狀在一些比較先進的歐美國家，土壤的監(jiān)測對于相應(yīng)的控制系統(tǒng)是比較早的，相關(guān)的制度設(shè)置以及器械裝備也比較發(fā)達。美國等科學國開始對國家土壤水分分析進行科學預測定量分析，我國，最初應(yīng)用的是中子測量儀來進行分析的，主要研究土壤中的水分含量多少，以及相應(yīng)的解決對策，正是這種不放過每一存土地的態(tài)度，才使得我國的灌溉方法更加的精準，可能平衡土壤中各種營養(yǎng)物質(zhì)成分的含量。耕地土壤水分含水量,將耕地土壤水分、作物土壤水分等主要特征,作為系統(tǒng)預測輸入量的數(shù)據(jù),通過分析計算不同水分土壤蒸騰作用量和土壤降雨量的差異,預測我國土壤水分含水量密度變化快的情況。80年代,美國和澳大利亞等詞在國內(nèi)外提出了一些農(nóng)田土壤降水墑情量化監(jiān)測和農(nóng)田灌溉質(zhì)量控制基礎(chǔ)理論,并將其廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)實踐,為合理進行灌溉控制提供重要理論實踐根據(jù)。現(xiàn)在土壤的監(jiān)測在我國已經(jīng)基本實現(xiàn)了，但是我國的發(fā)展水平相較于國外來說仍然是比較落后的，國外已經(jīng)建立完善的信息管理系統(tǒng)，而我國還處在一個比較初級的階段，這也依賴于一個相應(yīng)的制度管理體系。在美國這方面就做的比較好，美國已經(jīng)建立了一套比較完整的土壤監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)對于土壤的全面實時的監(jiān)測。同時在這套系統(tǒng)之下還建立了一套企業(yè)的經(jīng)營管理準則，每一個環(huán)節(jié)的測量都需要依賴這個準則進行，這些零零散散的統(tǒng)計一旦進行了一項客觀的研究的話就會產(chǎn)生巨大的作用。灌溉是我國農(nóng)業(yè)比較重要的一項技術(shù)方式，由于它對于農(nóng)業(yè)的重要性，所以全球?qū)τ诠喔鹊难芯慷际潜葍r直觀的。特別是在日本等一些相關(guān)的研究比較早的國家，農(nóng)業(yè)的灌溉已經(jīng)全部由人工專向了自動化的生產(chǎn)。整個灌溉過程非常的流暢，操作工人在機房就可以完成操作，極大的節(jié)約了人力成本，也盡可能的促使了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化水平。1.3選題的目的和意義我國對于對于灌溉技術(shù)的發(fā)展時間是比較短的，所以在各個方面，相關(guān)的應(yīng)用程序還不夠完善，設(shè)備技術(shù)還處在一個落后的水平，這也就嚴重的阻礙了凝噎生產(chǎn)的時效性，所以在未來加大對這一項技術(shù)的人力、物力的投入是必須的。做好土壤的水分預測對于提升農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)水平是比較重要的一項內(nèi)容，可以節(jié)約大量的水資源，同時，研究灌溉技術(shù)也可以加強水資源的利用，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率水平。這項技術(shù)的進步對于整個人類來說，都具有劃時代的意義。積極地研究土壤的相關(guān)情況是一項重要的事情。也就是說精準的灌溉技術(shù)也就土壤的墑情監(jiān)測對于土地的有效利用都是比較重要的一環(huán)。水分的監(jiān)測也是進行時間管理的重要手段，通過大數(shù)據(jù)的研究可以精準的明確相關(guān)的灌溉時間，提升土壤的灌溉效率。這是對于自然資源有效利用的最好方式，不僅滿足人類的生活，還滿足相關(guān)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。土壤的監(jiān)測是預防自然災(zāi)害的一項具備實際操作意義的研究和報告，為了更好的控制自然災(zāi)害需要對土壤中的信息進行及時的整合，并且把重要的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)學模型進行系統(tǒng)的研究，數(shù)據(jù)庫的建立是進行相關(guān)研究的信息基礎(chǔ)，依據(jù)整理后的信息可以把預防做在前面，盡量減小種植的風險，也是未來發(fā)展的前提和手段，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必經(jīng)之路。1.4本次設(shè)計實現(xiàn)的功能現(xiàn)代的農(nóng)業(yè)講求的是資源利用的最大化，也就是需要我們做到精準灌溉、精準施肥，建立一套相應(yīng)的系統(tǒng)進行傳輸統(tǒng)計。由傳感器度、水分傳感器和小型氣象站等硬件組成，軟件端監(jiān)測實時土壤墑情數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)庫存儲、并用自主研發(fā)的軟件將統(tǒng)計分析結(jié)果顯示技術(shù)、單片機技術(shù)、遠程通信技術(shù)等技術(shù)支持。此系統(tǒng)的前端由土壤溫出來。對數(shù)據(jù)進行客觀的分析和全面的整理是重要的一項內(nèi)容，這也是得出相關(guān)結(jié)論的前提。第二章土壤監(jiān)測方法和系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1土壤墑情監(jiān)測方法經(jīng)過多年研究國內(nèi)外的在土壤作物墑情綜合監(jiān)測上的一些研宄研究成果,認識地感到對我國土壤作物墑情的綜合監(jiān)測管理工作一直未曾完全停歇,并且隨著新的監(jiān)測思想以及新興監(jiān)測科技的不斷涌現(xiàn),生了各具特色的優(yōu)秀墑情檢測管理方法,在這里將其特點進行了一些綜合研究歸納,分析主要介紹內(nèi)容如下:1、烘干恒溫增重法:另外還可以叫一種方法稱為恒溫增重法,將所有立式待干機烘干時所測量的土樣均勻充分放入立式自動烘干箱,烘干至恒重。目的主要原理是將已經(jīng)烘干后的土壤中所有的多余雜質(zhì)水分全部經(jīng)過高溫蒸發(fā)后進行去掉,之后再通過蒸發(fā)去掉對稱性計算出土中剩下的已進入烘干土的多余水分數(shù)及重量,經(jīng)過采用差分式及數(shù)值式的數(shù)學計算方法即可直接得出土中的所有多余水分及其中的重量。烘干使用計算的方法的烘干使用方式種類很多,主要有所區(qū)別的就是烘千的各種烘干計算方法不變的同時所可以做出所帶來的烘干區(qū)別,例如在使用電腦的烤爐法、酒精類的氣體燃燒法做烘干計算法和使用雷射類的紅外法等等的各種可以計算實際烘干量的方法。但是,烘干加濕法的一次重復操作往往需要花的時間長,結(jié)果之一就是操作誤差大,現(xiàn)在己經(jīng)很少有人機會使用。2、由于快速的酸性中子與其他中性大的粒子元素發(fā)生快速碰撞時,能量自然地就會均勻性地消耗,而水中能量消耗最大的中性粒子元素就是水中的一個中性氫原子,所以如果水中的各個分子元素含量變得越多則其他的氫原子就可以消耗能量越多,就是相等于我們可以根據(jù)水中分子能量的均勻性和損耗值的大小就可來準確地地判斷其中所含水分的各個電子元素含量。中子儀的準確性地測定就是通過準確性地測定慢性水中子的特定質(zhì)量值和密度,就是說可以使其能夠準確性地知道其與各種土壤水合物各種分子間的相互關(guān)系,從而準確性地測定了其在適應(yīng)土壤環(huán)境過程中的各種土壤水合物分子總量的含量。但是該微量磁中子儀不僅有時只能廣泛用來用于測定深度淺層次的砂質(zhì)土壤,而且有時只能檢測有一些微量電磁輻射,不過它并未能夠得到大面積廣泛投入使用,局限性比較大。3、丫型中子輻射線的該粒子平均透射含量檢測法:與其他丫型中子輻射儀器法檢測相比,使用一個y型中子放射源137cs每次只能射出一個丫型中子輻射線,和中子源每次只能射出一粒丫型中子一樣,用丫型中子輻射傳感器一樣可以準確偵測一個射在y型上的丫型輻射線的該粒子是在穿過一層混凝土的基層后進入土壤所含剩余的能量水分的總能量,最終我們可以通過計算并得出一個半成品在混凝土壤中所含剩余能量水分的平均中子含量。4、土壤水分濃度傳感器測量法:至今仍是使用最為廣泛的一種土壤水分傳感測量方法,使用各種水分傳感器可以測量您的土壤水分,比如使用電容式土壤水分測量傳感器、微波輻射法土壤水分測量傳感器等等。5、頻域土壤水分電波反射儀或電檢測法:也可簡稱電測即頻域水分for(frequencydomainreflectometry)法,利用的是測量不同土壤中各種物質(zhì)水分的不同化學性質(zhì)和它造成的是測量不同土壤中各種水分電解質(zhì)各個水分常數(shù)含量不同的一種化學反應(yīng)原理,測量各種土壤中的電解質(zhì)各種水分常數(shù)含量的一種最好檢測辦法也就是可以用來通過移動計算機來測量各種土壤水和空氣溫度中的各種土壤水分量和離子量的含量,再將一系列的土壤溫度波動變化反射信號綜合轉(zhuǎn)換而來的成為可以測量各種土壤水分的毫伏特和電波反射信號。6、時域微波反射儀的算法:利用即ector(timedomainreflectometry)法,利用不同的溫度土壤對其含水率不同電導率也不同,在不同的電導率下對土壤電磁波廣射傳播的效率影響也不同的數(shù)學原理,電磁波廣播傳導時的效率通過衰減的輻射量可以推算出整個土壤的酸性水分泌物含量。2.2物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)當下廣泛發(fā)展使用的基于internet和物聯(lián)網(wǎng)的無線通信傳輸技術(shù)主要有：izigbee無線傳感器和網(wǎng)絡(luò)無線通信、短距離紅外射頻無線通信(nfc)、紅外射頻無線通信,無線通信以及局域網(wǎng)(wifi)、超高速寬頻、4g無線通信等等。種類繁多的各種無線通信應(yīng)用技術(shù)各自分別具有不同的功能特點,滿足與日常農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中和生活中在數(shù)據(jù)傳輸速度、傳輸時間距離、能耗等的不同功能要求,有的特別注重于應(yīng)用功能的高度拓展性,有的甚至有一些特別非常規(guī)的功能要求,但是沒有真正出現(xiàn)一種通信技術(shù)產(chǎn)品能夠完全適應(yīng)所有的移動農(nóng)業(yè)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求。不過,在發(fā)送數(shù)據(jù)由隨機采集的一個傳感器進行通過它的下個上位機向一個上位機進行發(fā)送數(shù)據(jù)的傳輸時候,常用的傳輸方法可能有兩種,有線和無線數(shù)據(jù)傳輸方式。有線數(shù)據(jù)傳輸方式,通過采用總線協(xié)議來直接完成所有數(shù)據(jù)流的傳輸,例如s/rs485等采用總線,在外圍設(shè)備進行傳輸時可以使用無線協(xié)議進行控制,可是有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€缺點很明顯:系統(tǒng)安裝繁瑣、擴展性差、對不同環(huán)境中的適應(yīng)性差、不可靠易于實現(xiàn)故障的及時檢測。而無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),隨著其應(yīng)用的不同領(lǐng)域各有不同,但是目前可供用戶選擇的技術(shù)類型仍然有許多,以下對幾種在城市土壤水質(zhì)墑情實時監(jiān)測中所使用的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)類型進行簡單介紹。2.2.1RS485rs485是由電信行業(yè)協(xié)會和國際電子電路工業(yè)設(shè)計聯(lián)盟所發(fā)的定義現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線設(shè)計標準。制定標準rs-485旨在統(tǒng)一平衡無線數(shù)字多點通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的電氣驅(qū)動器和無線接收器的各種電氣驅(qū)動特性的技術(shù)標準,在該技術(shù)標準下的無線數(shù)字通信多點網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以在一些遠距離、噪聲大的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中穩(wěn)定地無線傳送數(shù)據(jù)。rs-485的接線價格便宜,在多支路無線通信和多鏈路的接線配置簡單方便,rs-485的常用接線通信方式主要有兩線連接制和四線制,四線制最初是一種用來直接實現(xiàn)無線點對點的無線通信,現(xiàn)在這種新的接線通信方式己經(jīng)遭到淘汰,多線制是直接采用總線式基于拓撲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的兩線制和四捧線,其在同一一個總線上最多至少可以同時接入32個無線通信數(shù)據(jù)節(jié)點.rs-485使用了與主從機的通信連接方式,即一對多,一個通信主機可以對應(yīng)多個從機。需要特別注意的一點是,在鏈路連接整個rs-485通信控制鏈路時如果只將本地雙絞線的"A"、"B"兩端簡單進行連接,信號與本地并不就沒有任何連接,雖然這樣的連接線仍然可以正常進行通信,可是背后隱患很大,其一個就是在鏈路發(fā)送單模信號時一定需要保持有一個好的返回輸出通路給整個共模部分,因為如果沒有低干擾阻抗的單模電信號的整個返回輸出通路,其它所發(fā)送的單模電信號可能會以短波輻射的干擾形式直接返回到通信源端,整個連接rs-485總線直接造成了電信號的全部泄漏并向鏈路外界發(fā)送輻射出電信號的全部能量;其二是它會直接產(chǎn)生共量單模千雜干擾,在rs-485的收發(fā)器上的整個共模千擾電壓波動范圍一般是-7v~12v,沒有任何接地的化位也沒有接地電壓上的鉗位,所以共模電壓范圍會不穩(wěn)定,從而就不會影響的鏈路通信的穩(wěn)定,還有一些可能就會造成整個接口的電路損壞。2.2.2WIFIWIFI(wirelessfidelity)現(xiàn)在無線通信是家喻戶曉的民用無線網(wǎng)和商用局域網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)射頻通信無線通訊技術(shù),其在目前我國民用ieee802.11bs的標準規(guī)范下最高時對數(shù)據(jù)流的傳輸速率最高甚至可達11mbps,無線網(wǎng)絡(luò)通信覆蓋范圍甚至可以最高達到覆蓋全國各地方圓十幾百米以上,ieee802.11標準最早應(yīng)該是在二十世紀八八九十年代第一次正式投入實際應(yīng)用的,主要是在功能上就是為了保證用戶能夠提供一個基于wlan無線射頻通信接口的無線時間調(diào)入,也是當下實際投入使用的首個wlan無線通信技術(shù)標準,所以其需要實際占用的無線網(wǎng)和工作站的時間調(diào)入頻段大約應(yīng)該是2.4ghz,和家用無線移動電話、zigbee和商用zibluetooth等無線通信技術(shù)標準需要使用到的工作時間頻段相同。而且現(xiàn)在wifi已經(jīng)開始面臨快速的通信產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展,所以其需要廣泛使用的通信協(xié)議也在不斷更新,隨著兩個新技術(shù)版本802.11a和802.11g的陸續(xù)正式發(fā)布推出,wifi已經(jīng)作為一種無線通信應(yīng)用協(xié)議的新技術(shù)越來越廣泛被中小企業(yè)應(yīng)用。并且通過不斷改進接口技術(shù)開發(fā)并先后推出了802.11b和802.11g兩個不同執(zhí)行版本的新數(shù)據(jù)接口協(xié)議,速度更快,同樣重要地它也可以連續(xù)工作在2.4ghz執(zhí)行速率的高頻段,最大提高數(shù)據(jù)傳輸執(zhí)行速率高達54mbps。如今,802.11g已經(jīng)被廣泛的工業(yè)應(yīng)用,被絕大部分的電子生產(chǎn)商和制造的電子商家用來作為唯一的電子產(chǎn)品質(zhì)量標準。對于一個wifi的實際使用,其我們可以把它看做以太網(wǎng)的無線信號擴展,wifi的無線信號強度一般受建筑墻壁的厚度影響很小,但是一個構(gòu)筑物內(nèi)部的有效數(shù)據(jù)傳輸速率距離往往還是達到了不到100m,當一個無線用戶同時接入一個wifi無線網(wǎng)絡(luò)時,就不可能以最高約11mpbs的傳輸速率同時接入整個網(wǎng)絡(luò),但是實際上,使用者的無線設(shè)備一般正常情況下不可能只有1個,其存在網(wǎng)絡(luò)上的帶寬將被多少個設(shè)備同時共享,數(shù)據(jù)流的傳輸速率往往達到了不到網(wǎng)絡(luò)理論平均值。2.2.34G無線傳輸4g移動通信射頻技術(shù),也即第4代無線移動通信及其相關(guān)技術(shù),是以一種正交的射頻分發(fā)和復用技術(shù)來作為主要通信手段。4g的技術(shù)國際標準在2012年由整個國際電聯(lián)(itu)正式制定,在向乃至全世界全球范圍內(nèi)廣泛征集國際技術(shù)標準規(guī)范后,決定將irlte-advanced和wwwirelessman-adanced(802.16m)國際技術(shù)標準規(guī)范重新確立并作為4g的國際技術(shù)標準。本研究課題為了有效實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測,通信方式選擇無線，實現(xiàn)與上位機之間的通信。不需要直接通過無線互聯(lián)網(wǎng)在無線系統(tǒng)模塊與移動上位機之間進行連接,選取4g內(nèi)的模塊組來作為無線系統(tǒng)模塊,加入無線系統(tǒng)軟件來進行使用,其中的優(yōu)點主要有:1、數(shù)據(jù)的實時傳輸速率極高,最高可以達到110mbps;；2、4G與以太網(wǎng)連接良好，其核心網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)即IP技術(shù)；3、4g幣的網(wǎng)絡(luò)計費流量計算使用方式以上是使用本校數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)流量以及計費計算方式等來進行流量計費,對于本校的教學課題來說尤其適用價格低廉;4、4g網(wǎng)絡(luò)方式的信號通信網(wǎng)絡(luò)不受國家地域政策限制,國家一級基礎(chǔ)4g通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面鋪設(shè)建成,4g方式信號網(wǎng)絡(luò)遍布各個時間角落,在方便高效的通信同時也使您可以輕松連接其他通信設(shè)備,可靠和擴展性強,為公司下一步的技術(shù)開發(fā)工作打好堅實基礎(chǔ)。2.3土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)總體方案設(shè)計作為我國大田環(huán)境動態(tài)信息及農(nóng)業(yè)作物"四情"動態(tài)信息實時采集與管理統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析技術(shù)研宄平臺系統(tǒng)的核心子系統(tǒng):大田土壤動態(tài)墑情實時監(jiān)測器該系統(tǒng)主要根據(jù)無線電和傳感器通過網(wǎng)絡(luò)采集獲取的大田植物土壤實時的動態(tài)生長發(fā)育環(huán)境動態(tài)信息(土壤墑情),之后對動態(tài)數(shù)據(jù)信息進行實時存儲、顯示和分析管理,實現(xiàn)所有農(nóng)業(yè)基地土壤監(jiān)測點動態(tài)信息的實時獲取、管理、動態(tài)顯示和統(tǒng)計分析并將處理并實時顯示提供給基地用戶。土壤垴情變化監(jiān)測的系統(tǒng)總體設(shè)計和框圖結(jié)構(gòu)如下表圖2-3所示。圖2-3第三章土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1AT89C51單片機該產(chǎn)品系列電子器件主要用于采用一種稱為aaatmelh的新型高密度非高功率可易受損失性微電子存儲器作為器件并由制造設(shè)計中心以及技術(shù)開發(fā)設(shè)計中心制造。3.1.1AT89C51單片機的基本組成at89c51的基本組成如下，包括一個8位的異步數(shù)字微處理器,128kb片內(nèi)器件應(yīng)用程序數(shù)據(jù)處理器件存儲器接口例如r和ram,21個特殊的多功能應(yīng)用數(shù)據(jù)處理寄存器接口例如r,sfr,4kb片內(nèi)器件應(yīng)用程序中的數(shù)據(jù)處理存儲器,一個接口有兩個四位通用優(yōu)先級的異步四位數(shù)字串行定時控制電路的全雙工接口，兩個16位異步并行定時器/四位異步計數(shù)器，具有四個八位操作處理控制電路，五個具有位尋址操作控制電路的四位異步中斷源，兩個優(yōu)先級四位中斷源，兩個控制電路處理器，片內(nèi)異步信號時鐘振蕩器，片外異步時鐘振蕩器的信號發(fā)生器，控制電路。本機軟件設(shè)計圖2-1所示為其軟件基本組成及本軟件的架框圖及其結(jié)構(gòu)。圖2-1AT89C51的基本組成3.1.2AT89C51主要特性AT89C51與MCS-51兼容，每個幀的單位為字節(jié)數(shù)，并行可編程，閃爍串行接口模式閃爍并行射頻時鐘存儲器并行使用壽命:1000寫/寫在讀讀寫時擦除和并行循環(huán)緩存時間并行數(shù)據(jù)緩存時間保留周期持續(xù)時間:10年并行全方位并行靜態(tài)自動控制工作。3.2AT89C51單片機的存儲器在這種新型單片式數(shù)據(jù)主機中,存儲器之間可以區(qū)別分為兩個新的程序舊式數(shù)據(jù)庫的存儲器rarorom和兩個程序新式數(shù)據(jù)處理器的存儲器rararam,并且兩個新的程序數(shù)據(jù)存儲器之間可以是獨立編址的。如果用一臺單片機來最小化系統(tǒng)規(guī)模，即不進行擴展，那么AT89C51的程序存儲器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單：只有一臺單片機,其滿足可以提供8KB的flash程序處理存儲器和8KBram的256字節(jié)數(shù)據(jù)處理存儲器即可。3.2.1程序存儲器at89c51單片電動控制機組在芯片出廠開始使用的同時片內(nèi)已經(jīng)將一個帶有8kb的一個指令程序flash這個指令執(zhí)行程序代碼寫入一個存儲器,使用時,引腳上面板需要再次按下最高復位電平(5V),此時，在復位后，指令CPU將自動讀取芯片中帶有ROM區(qū)域的0000H執(zhí)行單元，然后對外部指令區(qū)域的執(zhí)行程序代碼直接自動讀取。如果連續(xù)運行，很可能達到1ffh，如果外部一個指令程序擴展區(qū)中已經(jīng)有一個指令程序并將一個存儲器指令寫入一個rom,則片內(nèi)存在cpu這個單元中就會自動通過接口轉(zhuǎn)移外部指令到片外一個帶有rom區(qū)的內(nèi)存空間，對外部指令區(qū)的執(zhí)行程序代碼自動讀取。圖3-1存儲器空間分布圖3.2.2數(shù)據(jù)存儲器at89c51單片容器測試圖該機組在設(shè)備出廠投入使用的同時片內(nèi)已分別配備一個帶有256字節(jié)的高速模擬音頻數(shù)據(jù)傳輸接口片外存儲器和一個bram,如果片外容器不足以在工廠使用，可以在片外容器中進行硬件擴展，每個容器最多可以擴展64KBRAM。圖3-2片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu)每個寄存器在工作中可以細分為四個組，在每個初始運行的程序中只有一個組，然而內(nèi)存可能是被自動確定激活的,誰被自動確定激活的最大值有利于確定程序運行時的狀態(tài)時間而該組的寄存器則決定于rs1,rs0的值。3.3振蕩電路和時鐘AT89C51芯片中有振蕩電路和時鐘信號發(fā)生器。在引腳電路xtal1和引腳電路xtal2之間連接晶體振蕩器和轉(zhuǎn)換電容，可以形成兩種內(nèi)部時鐘產(chǎn)生模式。換句話說，可以直接使用外部射頻振蕩器。外部射頻振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號直接加載到外部振蕩器的輸入端。當采用外部輸入時鐘振蕩方式時，外部時鐘振蕩器的兩個輸出時鐘信號連接到前端xtal1，xtal2暫停。如下圖2-5所示為兩種連接方式的開關(guān)電路元件的連接方式。國內(nèi)大多數(shù)單片機主機采用內(nèi)部自動時鐘控制方式。(a)直接使用片內(nèi)片外振蕩器進行接法(b)直接使用片外片內(nèi)振蕩繼電器進行接法(a)直接使用片內(nèi)片外振蕩器進行接法(b)直接使用片外片內(nèi)振蕩繼電器進行接法圖3-3AT89C51振蕩器的連接方式在xtat89c51微控制器中，導頻管腳上的xtal2和導頻管腳上的xtal1與普通的高頻帶寬和低增益射頻信號放大器相連，xtal1引腳進行連接時也是一個高頻反相普通射頻信號放大器的一個高頻輸入輸出端,xtal2引腳進行連接時也是一個高頻反相普通射頻信號放大器的一個引入輸出端。該芯片的時鐘發(fā)生器為16位二分頻時鐘觸發(fā)器，振蕩器的輸入和輸出為其分頻輸入，輸出信號為兩相時鐘輸入信號（輸出狀態(tài)裝置和時鐘輸出信號），頻率約為讀取輸出時鐘信號的每個振蕩器的輸入頻率。頻率通常為輸入信號振蕩器額定頻率的1/6，6秒后是整個機器的占空比鎖定信號。頻率一般為1/2，一般選用20～30pf的微型陶瓷調(diào)壓電容器。3.4AT89C51的中斷系統(tǒng)為了優(yōu)化外部網(wǎng)絡(luò)中斷程序，提高工作效率，AT89C51單片機分別建立外部網(wǎng)絡(luò)端口和中斷器的控制和管理系統(tǒng)。采用兩個外部網(wǎng)絡(luò)中斷器的連接方式傳輸數(shù)據(jù)流。所謂中斷，是指單片機在運行過程中，因為接收到處理系統(tǒng)中的異常情況或特殊處理程序中斷請求而掛起，中斷的原始處理程序執(zhí)行原始處理程序時，它不會自動恢復正在執(zhí)行或自動中斷的再處理程序。處理程序自動結(jié)束后，再處理程序自動返回，然后恢復，直到處理程序自動中斷的處理程序結(jié)束，繼續(xù)執(zhí)行或重新復原處理程序的一個處理過程。3.4.1中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和中斷控制CPU中斷指令處理從終端響應(yīng)到退出中斷和控制服務(wù)程序執(zhí)行，再到進入中斷處理向量文件地址對應(yīng)的中斷，再從進入處理器執(zhí)行到退出執(zhí)行，中斷返回（reti）中斷指令執(zhí)行。保護指令斷點，即指令保存下一條要執(zhí)行的指令的地址，指令地址直接發(fā)送到指令棧。正確識別并找到不同入口中斷源的每個入口。根據(jù)所有源診斷源在6個不同中斷條目中可能產(chǎn)生的不同入口中斷，中斷入口系統(tǒng)必須確保用戶能夠正確識別和識別每個訪問中斷源，并找到6個不同的中斷條目和中斷源地址。以上大部分基礎(chǔ)工作都可以由單片機通過操作系統(tǒng)自動完成，與應(yīng)用軟件和程序員的工作無關(guān)。在六大數(shù)據(jù)處理端口中，存儲在存儲器地址和微處理器入口的數(shù)據(jù)也有中斷數(shù)據(jù)處理應(yīng)用。3.4.2中斷響應(yīng)過程1.保護指令斷點，即指令保存下一條要執(zhí)行的指令的地址，指令地址直接發(fā)送到指令棧。正確識別并找到不同入口中斷源的每個入口。2．診斷6個不同中斷條目中可能產(chǎn)生的不同入口中斷，中斷入口系統(tǒng)必須確保用戶能夠正確識別和識別每個訪問中斷源，并找到6個不同的中斷條目和中斷源地址。以上大部分基礎(chǔ)工作都可以由單片機通過操作系統(tǒng)自動完成，與應(yīng)用軟件和程序員的工作無關(guān)。在六大數(shù)據(jù)處理端口中，存儲在存儲器地址和微處理器入口的數(shù)據(jù)也有中斷數(shù)據(jù)處理應(yīng)用。3．執(zhí)行中斷處理程序。4．指令中斷程序返回：指令執(zhí)行器發(fā)出中斷返回指令后，將中斷指令處理機的指令返回中斷主程序繼續(xù)執(zhí)行。3.5定時器/計數(shù)器AT89C51單片機預計將有兩個16位高級可編程自動控制定時器/自動控制計數(shù)器，即4位自動定時器/自動控制計數(shù)器0和6位自動定時器/自動控制計數(shù)器1。此外，它還有一個新的基本可編程自動定時器/自動定時計數(shù)器2。3.5.1定時器/計數(shù)器0和1簡介具有累積值的計時器/計數(shù)器0和1包含具有基于累積值的計數(shù)器計時器的寄存器（和）。它更像是一個累積1值，計時器和計時器與計時器計數(shù)器共享此新的計時器寄存器。但是，如果計時器和計時器與一個或兩個儀表一起使用，則它們不能在計時器模式下同時工作，否則，它們不能處于定時器的工作模式或定時器工作，只能在設(shè)備和計數(shù)器中分別工作，這兩個區(qū)別也是輸出控制方式的基本技術(shù)區(qū)別之一，即使輸入脈沖輸出計數(shù)器和輸出信號的輸出信號源不同，如果使用工作線上的脈沖計進行分頻計數(shù)，則計算每個機器振蕩源的每個機器脈沖的頻率分布，每個脈沖分頻器都有一個機器振蕩時間，每臺機器的值可以增加1。在這個驅(qū)動計數(shù)器中工作時，計數(shù)器不會直接出現(xiàn)在內(nèi)部驅(qū)動計數(shù)器或機器循環(huán)上，而是直接通過外部驅(qū)動計數(shù)器的輸入。計數(shù)器的輸出信號和輸入信號分別來自T0和T1引腳。如果多通道計數(shù)器的每個節(jié)點上的信號同時輸入到數(shù)據(jù)的輸出引腳上，則頻率會從正電平或高電平跳變到正電平或負電平，計數(shù)控制信號輸出寄存器的初始值可增加1。如果機器用于外部零件，SCM必須平均確定每個機器生命周期中輸入和輸出信號的數(shù)量，即機器在第一個機器生命周期中再次檢測到的外部機器的輸入和輸出信號，從中到低到高，以及外部輸入信號。3.6YL-69土壤濕度傳感器YL-69土壤濕度傳感器可以對土壤水分進行檢測,當你的土壤出現(xiàn)缺水時,模塊就會輸出一個小的高電平,反之它則輸出一個低電平。使用這個溫度傳感器可以制作一款自動化的澆水鮮花管理裝置,讓您的家庭花園里的各種植物不用花費人工手去進行管理。工作電壓一般設(shè)定為3.3v-5v。更重要的一點是它支持模塊雙向量輸出插入模式,這一點使得它比數(shù)字模擬量插入輸出簡單,模擬量插入輸出更精確。設(shè)計集成電路如圖所示:圖3-63.7硬件電路設(shè)計該系統(tǒng)由土壤濕度傳感器、AT89C51單片機、LCD溫度顯示、數(shù)字溫度傳感器、蜂鳴器、功率繼電器、、三極管和輸入控制按鈕組成。其原理電路圖如下：圖3-7-1自動澆水電路圖(1)鍵盤在一些單片機遠程控制操作系統(tǒng)中，可以通過控制鍵盤輸入控制數(shù)據(jù)或執(zhí)行命令。鍵盤代碼是由多個按鍵代碼組成，每個常開鍵都由鍵盤賦予一個新的代碼，稱為鍵代碼。鍵碼鍵盤分為標準編碼數(shù)字鍵盤和非標準編碼數(shù)字鍵盤。閉合鍵的鍵碼通常由工程編碼器的電路板識別。非工程編碼鍵盤通常通過軟件接口自動識別關(guān)鍵代碼。由于非工程編碼數(shù)字鍵盤的硬件操作電路簡單，用戶可以方便地隨時改變各個按鍵的位置，因此可以廣泛應(yīng)用于各種單片機電機系統(tǒng)中。圖3-7-2按鍵輸入電路圖3-7-3電壓抖動圖3-7-4單穩(wěn)態(tài)去抖電路圖3-7-5單穩(wěn)態(tài)去抖電路(2)報警報警溫度監(jiān)控控制電路主要功能用于同時實現(xiàn)對當?shù)厥覂?nèi)土壤濕度,溫度,光照的溫度實時報警監(jiān)視,當實際當?shù)赝寥罍囟葘崟r報警監(jiān)測值已經(jīng)完全超越當?shù)毓芾碛脩舢斍跋到y(tǒng)設(shè)定的當?shù)販囟葓缶到y(tǒng)溫度監(jiān)測值時,通過當?shù)販囟葘崟r報警向當?shù)毓芾碛脩粝到y(tǒng)發(fā)出實時反饋當?shù)販囟葓缶畔?。該款全系列自動報警系統(tǒng)控制電路的一個技術(shù)核心是其控制電路硬件主要有兩部分分別是自動報警器和蜂鳴器。對現(xiàn)在我們市面上的的低噪聲高頻蜂鳴器,根據(jù)其本身以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同,我們將其中的主要用途大致分為2種,分別是通用有源低噪聲高頻蜂鳴器以及無源蜂鳴器。有源式的高頻蜂鳴器不僅是只有一個高頻電源,而是一個完全有源的高頻振蕩源。直接通過圖上給出來的abuzz引腳一個小的自動低電平,蜂鳴器就可以有一個機會直接自動開始發(fā)聲。而對于一個裝在無源蜂鳴器內(nèi)部的它們則是不能同時攜帶任何一個振蕩源的。要想能讓它本人想直接發(fā)音讓其正常進行發(fā)音必須給它一個500hz到4.5khz之間的一個單位脈沖式高速寬頻率模擬語音數(shù)字信號調(diào)制模塊以用來為其提供驅(qū)動。對于目前傳統(tǒng)上的有源低音人聲調(diào)頻蜂鳴器來說,無源更加便宜,同時它還使得可以通過直接利用輸入不同功率信號源和頻率的不同電磁脈沖和諧波等不同信號源元件來快速制作優(yōu)美的無源人聲蜂鳴音樂。蜂鳴器具體的設(shè)計工作原理電路圖及總線連接工作原理電路圖及其顯示方式如下圖見下圖:圖3-7-6蜂鳴器報警電路(b)控制電路圖3-7-7土壤溫濕度檢測控制電路3.8液晶顯示器LCD在液晶電視的組成配件里面，有一種電子元件，就是液晶電視顯示器面板，它的成本是比較低的，由于它具有電流小的優(yōu)點，所以可以用于儀表的測量等低溫高功耗的操作，液晶電視顯示器面板的種類是比較多的，主要包括筆畫型數(shù)碼液晶電視顯示器、點陣式的字符型數(shù)碼液晶電視顯示器和各種圖形化的點陣式數(shù)字液晶電視顯示器，他們的工作原理是使用物理顯示的特征，對區(qū)域的亮度進行控制的一種系統(tǒng)。目前，液晶彩色顯示器的應(yīng)用范圍比較廣，因為液晶彩色顯示器適用于集成電路的電壓，在操作上比較簡單，受到了公眾的一致好評。3.8.1液晶顯示器的分類液晶電視顯示器的類型比較多，最主要的分類是根據(jù)矩形物體圖案的不同及其大小而又可以分別劃分為有筆畫的直線和字符型點陣圖形型三種類型，每種類型的內(nèi)容如下[1]。筆段型筆段型在形狀上，是長條狀的，是一種基本的數(shù)字顯示器，在應(yīng)用的范圍比較廣，該顯示器主要是以中文，數(shù)字，字母和字符為主要的顯示內(nèi)容，同時輔助的還有英文，數(shù)字，字符等顯示的內(nèi)容，里面還包括特殊字符的顯示，為人們的工作帶來了極大的便利，這些特殊的字符在顯示時，可以分為不同的段型，有6段、7段、8段等，在數(shù)字顯示方面，它和普通字符的顯示基本上是一致的，直線是根據(jù)特殊數(shù)字"8"的段型數(shù)字顯示結(jié)構(gòu)形式而在不斷的發(fā)生變化，在所有的段型中，7段式的數(shù)字視頻顯示是最為普及的，常被廣泛應(yīng)用于各種類型數(shù)字化的電器測試儀表、電氣設(shè)備使用中。字符型在液晶電視數(shù)據(jù)顯示器上，字符顯示的型號是顯示器的重要組成部分，這些字符表現(xiàn)為簡體英文，字母，數(shù)字，符號等內(nèi)容，是液晶電視數(shù)字顯示器的其中的一個重要的模塊，這個模塊一般是由各種點陣進位字符集合來形成的，在顯示過程中，新的點陣字符通常會對應(yīng)一項新的進位點陣字符，由于這一特點，液晶電視數(shù)碼顯示器字符模塊一般適用于那些無線測量的尋呼機，還有各種電子儀器，電子設(shè)備等儀器的測量和使用。點陣圖形型液晶電視顯示器還有一種比較重要的類別，就是點陣圖形型，這一類別的顯示器有一個重要的特點，是它的點陣在一個平板或多臺平板上，存在多行或者是多列的矩陣式排列結(jié)構(gòu)，點陣的大小和寬度不是固定的，可以隨著液晶電視顯示屏的清晰程度來進行不斷的改變，點陣圖形型可以自動顯示出圖形，字符，數(shù)字，符號等內(nèi)容，我們目前廣泛使用的手機，筆記本電腦等智能的電子產(chǎn)品中使用的就是點陣圖形式的液晶電視顯示器，所以它是一種最為先進的顯示器類型。。3.8.2LCD1602lcd1602點陣數(shù)字數(shù)碼顯示器的應(yīng)用范圍比較廣，是一個大型的液晶點陣數(shù)碼數(shù)字顯示器，一共有2行，32個字符，每一行的字符是5×7的間隔一行一個點陣數(shù)字間隔連接形成,每一行間隔5的一行一個點陣間隔能夠同時準確顯示16個字符。目前的在我們現(xiàn)實生活中我們所經(jīng)常可以見到的的液晶有有balcd四個控制字符串的各種液晶主要上都可以是由一個個的hd44780液晶中的主控制臺芯片直接加工制作而來的所組成,它們具體上的控制工作臺和原理控制方法與一般液晶中的控制臺和工作臺的原理都完全可以是一模一樣,這樣對于控制軟件以及程序碼的進行編寫在很在一大定的程度上上也給人帶來了方便，液晶顯示器的技術(shù)參數(shù)分為幾下幾種。表3-8LCD1602液晶顯示器大致的技術(shù)參數(shù)表3.8.3LCD1602引腳功能圖3-8LCD1602引腳封裝這一顯示器的最大的優(yōu)點是可以進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的是端口的輸出電流，通過對端口的輸出電流的調(diào)節(jié)，是不斷的改變屏幕的顯示程度，包括亮度和大小。在調(diào)節(jié)過程中發(fā)現(xiàn)，將電流調(diào)節(jié)在正+5v時，屏幕的亮度是比較合適的，同時當將該電源端口供電接地時,對比的亮度最強。我們甚至可以選擇通過直接給予一個端口或者連接一個驅(qū)動電位器(例如滑動器或變阻器)用它來自動調(diào)整其屏幕的亮度和顯示器的大小。rs:在指令寄存器的選擇比較重要，rs=0:在這樣的情況之下，指令寄存器的選擇是有效的，寫輸入指令可以順利的完成，可以讀取函數(shù)ICD，讀取地址位的計數(shù)器。當rs=1:只能寫讀數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)輸入寄存器。r/w:通過控制讀/寫的讀或讀和寫三種方式輸出控制器的輸出輸入信號。當所有r/w=1,都仍然可以進行操作。當程序遇到一個r/w=0,寫入該程序操作。r/w與rs也同時可直接配合一起并行使用,可寫入讀執(zhí)行數(shù)據(jù)指令、讀執(zhí)行指令讀取lcd忙執(zhí)行指令讀取標志、寫執(zhí)行指令讀取數(shù)據(jù)等多種指令操作。e:在端口的選擇上，在選擇過程中，要求只能選擇一個端口，只有當端口的電平顯示信號由高轉(zhuǎn)為低的時候，這一顯示模塊端口才可以順利的啟動執(zhí)行命令,否則導致lcd模塊處于自動關(guān)閉顯示狀態(tài),不能正常進行顯示。3.8.4工作原理lcd1602字符型號的圖形信息顯示器每個計算模塊內(nèi)部一般可以存在2種指令寄存器,它們分別是被稱作為或是指令寄存器和或是文字符號數(shù)據(jù)處理器的寄存器。lcd1602在實際進行應(yīng)用時,首先對每個新的lcd實時指令字符進行一次實時初始和簡化數(shù)據(jù)讀寫操作(每個實時單片機向指令寄存器分別依次寫入不同的四個實時信息指令編碼字符中的數(shù)據(jù)),然后依次依序確定這些實時信息顯示字符的實時存儲空間地址,最后把這些臨時需要出現(xiàn)實時信息顯示的實際指令編碼字符中的數(shù)據(jù)分別寫入一塊位于每個lcd的實時指令字符數(shù)據(jù)實時顯示指令寄存器,來真正準確實現(xiàn)對實時指令字符數(shù)據(jù)的各種信息可以及時的顯示出來，并且實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的傳輸，具體的LCD1602模塊指令集可以通過表3-8-2顯示出來。表3-8-2具體的LCD1602模塊指令集第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1物聯(lián)網(wǎng)云平臺的搭建方法與步驟4.1.1物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備如何接入到網(wǎng)絡(luò)只有這些設(shè)備能夠接入到物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)里面,才能明確算是接入物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備。這里主要涉及并提到2個主要關(guān)鍵點:通信接入網(wǎng)絡(luò)方式以及電信網(wǎng)絡(luò)中的通信接入方式。設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接入通信方式;當前主要有2種設(shè)備接入通信方式:直接通信接入:物聯(lián)網(wǎng)移動終端應(yīng)用設(shè)備本身必須具備的物聯(lián)網(wǎng)接入能力直接通過接入無線網(wǎng)絡(luò),比如在每個設(shè)備連接端口上加入一個nb-iot無線通信接入模組,2got通信接入模組。網(wǎng)關(guān)終端接入:物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)終端連接設(shè)備本身不需要具備網(wǎng)關(guān)入網(wǎng)控制能力,需要在本地網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)后,需要統(tǒng)一連接通過本地網(wǎng)關(guān)再一次接入到本地網(wǎng)絡(luò)。比如每個終端設(shè)備通過一個zigbee無線網(wǎng)關(guān)組網(wǎng),然后各終端設(shè)備間的數(shù)據(jù)通過一個zigbee無線網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一傳輸接入到無線網(wǎng)絡(luò)里面。常用到本地無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)傳輸技術(shù)的還有zigbee,lora,blemesh,sub-1ghz等。在這些物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備里面,物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)關(guān)器就是一個非常重要的一個角色。一個主要處在本地移動局域網(wǎng)與外部移動接入無線網(wǎng)絡(luò)之間的移動智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。主要的技術(shù)功能范圍是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息隔離,協(xié)議信息轉(zhuǎn)化/適配以及數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)外信息傳輸。一個比較典型的移動物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方式如下:一般網(wǎng)絡(luò)只有通信兩種方式常用的網(wǎng)絡(luò)通信方式網(wǎng)絡(luò)主要可以存在2種通信方式:等等移動有線網(wǎng)絡(luò)(主要戶外通信設(shè)備所使用)等等移動無線網(wǎng)絡(luò)2g/3g/4g/5g/nb-iot等移動寬帶(主要戶內(nèi)通信設(shè)備所使用)wifi,ethernet等4.1.2物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)后如何開展M2M,M2C通信物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備成為終端應(yīng)用接入無線網(wǎng)絡(luò)后,只是物聯(lián)網(wǎng)終端應(yīng)用的一個開始。設(shè)備云端接入虛擬網(wǎng)絡(luò)后,設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間不僅需要互相連接通信,設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)云端之間需要互相連接通信。只有三網(wǎng)互通,物聯(lián)網(wǎng)的巨大價值才永遠展現(xiàn)不了出來。既然不需要物聯(lián)互通,則必然需要一套新的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議。只有這些遵循該套網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的通信設(shè)備相互間也才能夠進行通信,能夠?qū)崟r交換相關(guān)數(shù)據(jù)。常用的移動物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議主要有;主要特點有關(guān)于如下幾種協(xié)議:mqtt,coap等,他們之間有個主要共同點都說它是基于新的消息處理模型協(xié)議來設(shè)計實現(xiàn)的。設(shè)備與用戶設(shè)備之間,設(shè)備與用戶云端之間通過直接交換云端消息數(shù)據(jù)來直接實現(xiàn)云端通信,消息里面已經(jīng)攜帶了云端通信中的數(shù)據(jù)。21世紀的大數(shù)據(jù)最重要,物聯(lián)網(wǎng)人與設(shè)備之間,設(shè)備與智能云計算平臺之間能夠?qū)崟r交換這些數(shù)據(jù)后,接下來我們要針對這些數(shù)據(jù),人類企業(yè)可以在過去不斷挖掘里面的很多規(guī)律,挖掘里面的很多商業(yè)價值,對智能設(shè)備未來的發(fā)展狀態(tài)可以進行長期預測等等。對于自動物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用,分幾個應(yīng)用層次;1.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)用:自動監(jiān)控系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)收集到監(jiān)控設(shè)備內(nèi)的數(shù)據(jù)后,如果監(jiān)控設(shè)備內(nèi)的數(shù)據(jù)運行狀態(tài)已經(jīng)超過系統(tǒng)預設(shè)的數(shù)據(jù)狀態(tài)則自動系統(tǒng)第一時間發(fā)出報警,管理員可以第一時間主動開展數(shù)據(jù)處理,可以通過遠程進行操作,下達監(jiān)控命令。把這個問題始終解決在一個萌芽期的狀態(tài)。2.進階段的應(yīng)用:工業(yè)報表分析統(tǒng)計通過報表統(tǒng)計分析方法,對工業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)歷史各個運行周期數(shù)據(jù)情況進行報表統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析?？梢园床煌瑪?shù)據(jù)維度進行分析并得出不同值的報告。然后以滾動圖表或者大中小屏幕的方式將其展現(xiàn)在網(wǎng)站管理員的頁面4.2系統(tǒng)軟件功能詳細設(shè)計4.2.1系統(tǒng)軟件主程序設(shè)計用戶通過移動上位機監(jiān)測軟件可以查看當?shù)赝寥劳临|(zhì)墑情相關(guān)信息。上位機掃描軟件在系統(tǒng)啟動后,開始自動掃描所有接入后的設(shè)備,在接入數(shù)據(jù)庫中遍歷并找出所有接入設(shè)備配置信息,再將接入設(shè)備配置信息根據(jù)接入設(shè)備的主機地址進行分類,同時自動打開接入設(shè)備所在機對應(yīng)的每個串口接入通道,完成系統(tǒng)初始和優(yōu)化每個串口后,注冊了所有的接入設(shè)備。對于一個狀態(tài)正常的串口設(shè)備,在線程中可以添加指令執(zhí)行器向串口的指令收發(fā)數(shù)據(jù)指令,最終可以得到串口返回來的數(shù)據(jù)。如下面的圖4-2系統(tǒng)中的主物理進程工作流程圖所示:：圖4-2系統(tǒng)主進程流程圖4.3系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)硬件經(jīng)過進行硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計與系統(tǒng)軟件設(shè)計以后,可以繼續(xù)進行正常工作,但要對系統(tǒng)硬件進行多次測試才能盡可能能得到準確的工作信息,確定系統(tǒng)的工作可行性。下面我們搭建一個測試管理系統(tǒng),該平臺是用來進行調(diào)試系統(tǒng)設(shè)計并對完成的系統(tǒng)土壤污水墑情進行監(jiān)測和與系統(tǒng)的移動通信,測試計算出整個系統(tǒng)的移動通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。首先在一個pc的主機上自行搭建一個測試管理平臺,使一個pc的主機usb機的接口與一個智能網(wǎng)關(guān)rt5350的它的mini-usbcom2口進行連接,智能墑源網(wǎng)關(guān)和它的zigbbe兩個協(xié)調(diào)器高度無線集成,節(jié)點進行采集接收到的土壤墑情監(jiān)測數(shù)據(jù)也就會直接的轉(zhuǎn)發(fā)給這個協(xié)調(diào)器,再由這個協(xié)調(diào)器和智能網(wǎng)關(guān)進行通信,有智能網(wǎng)關(guān)將墑情數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)發(fā)至一個pc的主機上,外接12v無線電源給所有的無線通信節(jié)點進行供電,因場地條件有限,測試僅需要使用一個rtms10土壤降水溫濕度監(jiān)測傳感器即可進行監(jiān)測土壤降水墑情的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用來進行表現(xiàn)整個系統(tǒng)的動態(tài)通信。搭建好串口測試模塊系統(tǒng)管理平臺以后,對其進行通電,zigbbe無線數(shù)據(jù)通信測試模塊自動開始與集成在一個智能網(wǎng)關(guān)rt5350的各個協(xié)調(diào)器上各自組合聯(lián)網(wǎng),在zipcrc機上自動打開一個串口數(shù)據(jù)調(diào)試管理助手,將每個串行端口號一欄分別設(shè)置為11com6,波特率一欄設(shè)置為9600,校驗位一欄設(shè)置為conone,數(shù)據(jù)位一欄設(shè)置為8,停止位一欄設(shè)置為1,串口數(shù)據(jù)調(diào)試管理助手數(shù)據(jù)配置好以后,在一個字符串定時輸入框當中輸入一個讀取到傳感器定時數(shù)據(jù)的六個廣播定時命令ffff030000000711d6,其中1