土壤墒情监控系统设计毕业设计论文.doc

土壤墒情监控系统设计南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计（论文）学 院：电子与电气工程学院 专 业： 自 动 化 学 生： 指导教师： 完成日期 2014 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）土壤墒情监控系统设计Design of Soil Moisture Monitoring System总 计： 28 页表 格： 3 个插 图 ： 27 幅南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）土壤墒情监控系统设计Design of Soil moisture monitoring system学 院： 电子与电气工程学院 专 业： 自 动 化 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师（职称）： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 南阳理工学院Nanyang Institute of Technology土壤墒情监控系统设计自动化专业 摘要 本课题利用农业物联网技术的土壤湿度传感器，通过ZigBee模块和无线组网技术实现对土壤墒情的监控，从而开发了基于ZigBee的土壤墒情监控系统。主要设计思想是根据土壤湿度传感器发出的信号来判断土壤的湿度情况，然后通过WSN将采集的数据传输给中心节点，再由中心节点分析采集的数据，实现对系统状态和耕种区土地的“精细耕种”的监控。整个系统用vb做监控画面，通过监控画面可以清楚地看到土壤的墒情，并且当土壤干旱时,可以驱动灌溉系统进行动作，从而达到灌溉的自动化、智能化。关键词 土壤墒情；ZigBee技术；湿度传感；无线通讯Design of Soil moisture monitoring systemAutomation Specialty Abstract: This article uses the agricultural soil humidity sensor of Internet of things technology,ZigBee module and the technology of wireless network to develop the soil moisture monitoring system based on ZigBee. The main design thought is according to the soil moisture sensor signals to determine soil moisture conditions,and then through the WSN which can transfer the collected data to the center node,and then by the center node I can analyze the collected data,to realize the control of the system status and farming area land precision farming monitoring. The whole system uses Visual Basic as the monitor pictui. By the picture of the monitor we can clearly see that the soil moisture,and when the soil drought,which can drive the irrigation system for action,so as to achieve automatic and intelligent irrigation.Key words: Soil moisture;ZigBee technology;humidity sensor;wireless communicationI土壤墒情监控系统设计目 录1 引言11.1 课题背景11.2 研究目的及主要内容11.3 论文组织结构安排22 系统方案设计22.1 本课题的系统组成22.2 系统结构设计22.3 主要器件选型32.3.1 主控芯片选型32.3.2 传感器选型42.3.3 zigbee选型43 硬件电路设计63.1 STC12C5A60S2系列单片机最小应用系统设计63.2电源电路设计73.3 通讯电路设计83.4 zigbee电路设计103.5 传感器电路设计103.6 PCB设计114 软件设计124.1 软件开发平台124.1.1 keil软件的介绍124.1.2 配置zigbee模块134.1.3 TI Sensor Monitor144.2 应用程序设计144.2.1 主程序的设计154.2.2 串口通信程序154.2.3 A/D转换程序164.3 上位机监控设计164.3.1 VB介绍164.3.2 VB6.0串口通信164.3.3 上位机的搭建165 系统调试及结果分析175.1 无线通讯调试185.2 信号采集调试195.3 系统工作的展示20结束语22参考文献23附录24致谢28III1 引言水是工农业生产的重要原料，也是人类赖以生存的宝贵自然资源，没有水就没有生命，就没有良好的自然环境，也就无法实现社会经济的可持续发展。当今世界已经进入一个水资源紧张的年代，出现全球范围的水危机。而与世界各国相比，我国水资源和水环境状况更令人堪忧。其中，农业用水占我国总用水量的80，但农业用水中的浪费现象也最严重，灌溉用水占农业用水量的70，灌溉过程中半数以上在中途渗漏，采用漫灌又要浪费30351。我们应利用先进的自动化控制技术实施精确灌溉，以作物实际需水为依据，以信息技术为手段，提高灌溉精准度，实施合理的灌溉制度，提高水的利用率。1.1 课题背景 随着社会的发展，科学种田越来越重要。为了提高农牧业抗旱管理水平，快速掌握土地旱情动态，避免或减少旱灾造成的损失，建立起广泛覆盖的土壤墒情监测系统已经成为相应管理部门的重要任务之一, 土壤墒情监测，土壤水分监测系统能够实现对土壤墒情（土壤湿度）的长时间连续监测。用户可以根据监测需要，灵活布置土壤水分传感器；也可将传感器布置在不同的深度，测量剖面土壤水分情况。系统还提供了额外的扩展能力，可根据监测需求增加对应传感器，监测土壤温度、土壤电导率、土壤PH值、地下水水位、地下水水质以及空气温度、空气湿度、光照强度、风速风向、雨量等信息，从而满足系统功能升级的需要2。 土壤墒情监测，土壤水分监测系统能够全面、科学、真实地反映被监测区的土壤变化，可及时、准确地提供各监测点的土壤墒情状况，为减灾抗旱提供了重要的基础信息。1.2 研究目的及主要内容 本课题的主要目的就是希望能利用先进的自动化控制技术实施精确灌溉，从而能为这个可用资源愈来愈稀缺的地球节约用水，同时也能实现对作物的合理灌溉，间接提高作物的收成3。本文提出的土壤墒情监控系统是基于zigbee无线传输技术并结合土壤湿度传感器构建的，用来实现合理利用水资源进行精确灌溉的系统4。本系统通过湿度传感器将数字信号传到单片机，单片机进行A/D转换把信号送至zigbee从节点。然后通过zigbee之间的无线传输，将信号送到上位机，并可以通过上位机的监控画面监视到具体的土壤湿度情况。同时系统控制灌溉控制系统的状态，从而实现灌溉区的“精耕细作”。1.3 论文组织结构安排论文围绕基于zigbee的土壤墒情监控系统设计展开论证。第1节已经从土壤墒情监控系统的研究目的和主要内容进行了阐述，这部分是本设计的思路概括。第2节主要从课题的主要内容、系统的工作原理框图、主要器件的选型进行介绍。第3节从单片机的最小系统、电源电路、通讯电路、传感器电路等方面进行的设计。第4节从实现功能的程序及上位机监控画面等进行设计。3、4两节是整个设计的精髓。最后第5节从各个模块的调试及结果分析、上位机的展示进行总结。整个组织结构图如图1所示。图1 组织结构图2 系统方案设计2.1 本课题的系统组成 本课题研究的主要内容是设计能够实现土壤墒情监控的系统，在引言中已经介绍了本课题的主要内容，根据主要内容可以看出本系统需要用单片机控制，用zigbee及其配套器件进行无线传输信号，用湿度计采集信号，用上位机做监控等，以下列出了该土壤墒情监控系统组成。(1)STC12C5A60S2芯片:作为该系统的主控芯片；(2)zigbee DRF 1605H芯片（两个）:把土壤墒情的实时状况通过无线传输发送到上位机；(3)zigbee 配套 USB 底板:调试和配置模块；(4)土壤湿度计检测模块:负责土壤的湿度检测；(5)上位机软件：做上位机监控画面。2.2 系统结构设计 根据系统要实现的功能，系统应由电源模块，Zigbee模块，土壤湿度计检测模块，上位机软件组成。系统的工作原理是电源模块为单片机供电，湿度检测计采集到的信号传给单片机进行处理后传给zigbee从节点，再通过zigbee之间的无线传输送给主节点，再由主节点传入上位机，从而实现对土壤湿度的监控。由以上说明可得到系统原理框图如图2所示。 图2 系统原理框图2.3 主要器件选型本课题主要任务是设计一个监控系统，需要制作必要的硬件来实现，所以构建硬件的器件的型号选择也是本课题的一项重要工作。器件选型主要是从器件的性能、功效、规格、价格等各方面进行综合考虑。以下将对在本课题中用到的一些主要器件的选型进行说明。 2.3.1 主控芯片选型本课题使用的主控芯片为STC12C5A60S2，STC12C5A60S2系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12 倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换。STC12C5A60S2系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统。在本次设计中需要用到A/D转换，复位电路等，该芯片能达到这些功能，且价格合理，因此，本课题决定采用这种芯片。它的芯片封装图如图3所示。 图3 STC12C5A60S2芯片封装图2.3.2 传感器选型本设计采用土壤湿度传感器来检测土壤的墒情，该土壤传感器表面采用镀镍处理，有加宽的感应面积，可以提高导电性能，防止接触土壤容易生锈的问题，延长使用寿命。该土壤传感器可以较宽范围检测土壤的湿度，其中比较器采用LM393芯片，性能稳定，工作电压在3.3V-5V之间5。传感器如图4所示。 图4 土壤湿度传感器实物图 2.3.3 zigbee选型首先是关于ZIGBEE技术的简介。ZIGBEE技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。分别具有传输速率最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用6。该技术始于2002年，近十年发展迅速，在工业、物联网上有着广泛的应用前景。CC2530 ZIGBEE模块：ZIGBEE模块选用鼎泰克电子的CC2530模块。该模块基于ZIGBEE2007协议栈，是CC2430的升级，具有更高的可靠性和更多的兼容性，可工作在-4585的条件下7。而且串口控制发射与接收，接收范围将近1000米，操作简单，十分稳定，适宜于工厂、小区等多种场合。本次设计采用的zigbee芯片型号为DRF1605H，它是基于TI 公司CC2530F256芯片，运行ZigBee2007/PRO协议的ZigBee模块，它具有ZigBee协议的全部特点8。Zigbee模块如图5所示。Zigbee模块带有USB底板，可为zigbee模块供电和做串口通信用，如图6所示。这种ZIGBEE模块的主要功能是无线数据传输，即每个节点随时能够收发数据，所以节点的配置只有Coordinator、Router,出厂默认为Router，用户可通过配置软件或指令自己设置想要的节点类型，连接的网络如图7所示。这样的网络通常也称为MESH网，每个节点可以收发数据，同时也能担任其它节点的路由器9，而且，所有的数据传输路由都是自动计算的，无需用户干预。 图5 zigbee模块 图6 USB底板 图7 MESH网zigbee的引脚定义如表1所示。表1 zigbee的引脚定义J1J2管脚序号 管脚定义管脚序号 管脚定义1 Debug-D1 Reset-N2 Debug-C2 P0.03P1.73SW14P2.04RX5P1.55TX6P1.66CTS7P1.37RTS8P1.48P0.69 LED-29P0.7 10P1.2 10 LDE-1 11NC 11GND 12NC 12 3.3Vin3 硬件电路设计本设计中的硬件电路包括STC12C5A60S2系列单片机最小应用系统电路，电源电路，通讯电路，zigbee电路，传感器电路等。本设计采用的控制芯片为STC12C5A60S2，另外，还用到了ASM1117电源芯片、zigbee芯片、MAX232芯片、土壤湿度传感器等等。由于电路较为复杂，下面将将根据功能不同将电路分成若干模块，然后逐个模块地分析电路及其功能。在下面的电路分析中，会贴出各个电路的原理图。以下是对该设计的各个功能模块的电路进行的分析。3.1 STC12C5A60S2系列单片机最小应用系统设计对于该设计来说，单独一块STC12C5A60S2芯片通电后并不能工作，而要进行工作，STC12C5A60S2芯片要与其他元件构成的外围电路组成STC12C5A60S2最小系统，所谓最小系统，就是系统能进行工作的最简单电路。STC12C5A60S2最小系统包括晶振电路，复位电路。晶振电路是8M无源晶振，晶振两端分别通过22pF的电容接地，能很容易的就能使晶振起振。STC12C5A60S2最小系统电路图如图8所示。图8 最小系统电路复位电路利用RC电路的延时特性，设计了简单的复位电路，有此可简单计算出延时时间，这里用一个10 k电阻和0.1F的电容，时间延时大约为3.6ms，符合STC12C5A60S2系统芯片的复位要求。 图9 复位电路3.2电源电路设计电源电路是为单片机和zigbee的从节点提供电压的。经过USB口系统得到外部直流电源输入，接一个发光二极管和限流电阻构成电源指示，构成了给单片机系统板供电的5V电源输入电路，如图10所示。图10 直流5V电源输入电路本次选用的是AMS1117电源稳压芯片。AMS1117是一个正向低压稳压器，有5V，3.3V多种固定输出。最大输出电流1A。即可在5V的基础上得到3.3V电压。内部集成过热保护和限流保护电路，具有高精度和低漏失电压的特点。在它的输入和输出端对地接0.1F滤波电容，这样即可将可以满足单片机的5V电压供电和无线模块的3.3V电压供电。如图11所示。图11 通过稳压芯片得到3.3V电源电路3.3 通讯电路设计本设计采用USB转串口的方式来进行电脑与硬件电路的通信，通信分为电脑与单片机之间的通信，还有单片机与zigbee之间的通信。由于单片机只有一个串口，并且这两种通讯不是同时进行的,所以采取跳线的方式来转换它们之间的通信。在本次设计中用到的是MAX232芯片,它是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电8。通过该芯片可以方便的向单片机下载程序以及进行上位机与下位机进行串口通信。其电路如图12所示。图12 USB转串口通信电路单片机与zigbee之间的通信比较简单，就是将单片机的串口接收端与zigbee的串口发送端相连，zigbee的串口接收端与单片机的串口发送端相连,这样就能实现电路如图13所示。图13 单片机与zigbee通信电路3.4 zigbee电路设计本设计主要功能是单片机将采集到土壤墒情信号发送给zigbee，然后zigbee在通过无线输出的方式发送给另一个zigbee，该zigbee做上位机接受信息，然后通过上位机组态软件即可在观察到墒情情况。同时也可以通过上位机发送命令无线传输给下位机zigbee，下位机zigbee再把命令传送到单片机，即可实现灌溉控制10。在本课题中用到了zigbee的两种节点类型，因此需要用指示灯来区分不同节点，并且指示灯也能方便地显示出模块是否在正常工作。有时zigbee工作过程出现异常时需要复位开关进行复位，故在设计中利用了按钮设计复位模块，从而达到能手动复位zigbee10。根据设计思路设计zigbee电路如图14所示。另外，作为主节点的模块是要与上位机相连的。该模块可配合USB底板使用，无需外部供电，USB口供电及数据传输，数据传输是利用了USB转串口的方式进行的。其原理在zigbee选型中已做介绍，在此不再赘述。图14 zigbee电路3.5 传感器电路设计本次设计采用的是土壤湿度计检测模块作为传感器，模块中蓝色的电位器是用于土壤湿度的阀值调节，顺时针调节，检测的湿度会变大，逆时针变小。若模块检测到的土壤湿度达不到设定阈值时，DO口输出高电平，当检测的土壤湿度超过设定阈值时，模块D0输出低电平11。小板的数字量输出可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，进而来检测土壤湿度。小板模拟量输出AO可以和AD模块相连，通过AD转换，可以获得土壤湿度更精确的数值。小板接口说明如表2所示。表2 引脚定义 引脚序号 引脚定义 说明4VCC 外接3.3V-5V3GND 外接GND2DO小板数字量输出接口（0和1）1AO小板模拟量输出接口传感器原理图如图15所示。 图15 传感器原理图3.6 PCB设计 本设计的电路较复杂，导线比较多，本设计在焊接时按照由复杂到简单的顺序，也就是说先焊接较复杂的器件，再焊接不太复杂的器件，最后再焊接简单的器件。具体的步骤如下。第一个需要焊接的是本次设计的主控器件STC12C5A60S2芯片。由于芯片的管脚比较多，直接焊接在板上，容易在焊接过程中就毁坏，并且一旦出错，去掉也比较麻烦，所以，本设计并没有直接焊接该芯片，而是采用将STC12C5A60S2插到系统板的插槽上，这样降低了损伤概率，方便系统的维护。然后焊接系统的电源电路，然后通上电检测一下指示灯是否能正常工作，若能正常工作，则继续焊接下一个器件，否则就要仔细检查电路，直到指示灯能正常工作为止。接下来焊接的是zigbee芯片，同样为了方便检查，该芯片也没有直接焊接板上，而是根据其引脚的规格焊接插槽,然后将zigbee插在插槽上。传感器电路的器件引脚较少，焊接比较简单，同样每焊接完一个器件都要测试一下该器件上是否能正常工作，这样做，即使有焊接错误的地方，也能将错误限定在较小的范围之内，便于查找和修改13。根据设计思想设计出PCB板如图16所示。图16 印刷PCB板图4 软件设计4.1 软件开发平台4.1.1 keil软件的介绍Keil是德国Keil公司（现已并入ARM 公司）开发的微控制器软件开发平台，是目前ARM内核单片机开发的主流工具。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些功能组合在一起13。uVision当前最高版本是uVision4,它的界面和常用的微软VC+的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。4.1.2 配置zigbee模块要使用zigbee模块，首先要对该模块进行配置，配置模块参数有两种方法，第一种方法就是通过zigbee模块配置软件，第二种就是通过串口调试助手直接向zigbee中烧写程序改变参数设置。（1）首先把zigbee模块插入USB板中，在电脑上装USB驱动程序，然后通过串口线连接到电脑上。（2）打开zigbee模块配置软件。（3）将第一个zigbee模块设置成Coordinator ，另一个zigbee模块设置成Router ，波特率：38400， PAN ID：1234 波特率：38400， PAN ID：1234 ，频道：20 频道：20 图17 zigbee配置界面第一个模块作为主节点，配置如图17左图；第二个模块作为路由节点，配置如图17右图。设置路由的PAN ID后，如果该路由还没有加入网络，则PAN ID，短地址读出来是 FF FE。 设置完成后，使Coordinator先上电，其它路由模块依次上电，全部模块可自动组网。当模块设置好,上电后,各指示灯的状态如表3所示，表示已经加入网络。表3 zigbee的模块设置后灯指示 节点类型 指示灯的状态Coordinator1长亮，1闪烁 Router2闪烁 到 2长亮（或1长亮，1闪烁）4.1.3 TI Sensor Monitor为了可视化ZigBee模块的组网过程，Zigbee模块设定兼容TI的Sensor Monitor软件，可以通过TI的Sensor Monitor软件来监控及测试模块的网络连接。（1）打开TI Sensor Monitor软件，将Coordinator模块通过串口连接至PC，选取Coordinator连接的串口号，并点击RUN图标，运行，此时可以看到表示Coordinator的图标变成红色，表示Coordinator与PC连接成功。另注意TI Sensor Monitor软件只支持串口的波特率为38400。（2）将一个路由r模块上电，并按一下TEST按钮，此时，路由模块会发送一个模拟数据到Coordinator，Coordinator会把这个数据通过串口发送到PC，并在TI Sensor Monitor软件里显示出网络结构，如图18。DRF1605/ DRF1605H 的TEST按键是J2的第3脚（SW1），与地短接一下即可。 图18 zigbee组网4.2 应用程序设计本系统要想实现土壤墒情监控的目的，只有那些硬件设备是远远不够的，需要有相应的程序驱动才能实现。4.2.1 主程序的设计首先，上电后先对主程序初始化。接着逐步对定时器，串口，ADC外设都进行初始化，然后进入循环程序。先从湿度传感器得到湿度信号，该信号是模拟信号，所以对信号进行A/D转换，经过处理后的信号传至上位机。100ms之后再次从传感器得到信号，进入下一个循环，如此循环运行，即可得到实时的土壤墒情。根据系统工作步骤可得程序流程图如图19所示。图19 主程序流程图4.2.2 串口通信程序在本系统中需要将采集到的信号通过串行口传送，故要求有串口通信程序来控制。为了方便主程序的编写，先编写一个串口通信程序。串口通信程序主要包括串口初始化，发送一个字节，发送一组数据，发送一组字符和中断服务等子程序。4.2.3 A/D转换程序由于湿度检测计采集到的是模拟信号，需要先转换成数字信号，再将信号传给上位机进行显示。同串口通信程序，先编写一个AD转换程序，方便主程序调用。该程序主要包括ADC初始化函数和读ADC程序。4.3 上位机监控设计4.3.1 VB介绍 VB6.0是微软开发的一种编程开发工具，使原本复杂困难的编程和软件开发变得简单。VB6.0采用的是可视化的编程方式，将经常使用的功能以控件的形式展示出来，供软件开发者使用。开发者只需要输入少量的代码，就能开发出界面美观，功能强大的应用软件。VB6.0可以调用Windows系统的底层函数，可以使代码大大简化，所以，将编写的VB工程编译生成的EXE应用程序只占很小的内存空间，大大提高了应用程序的执行效率14。VB6.0功能强大，操作简单，执行效率高，非常适合上位机软件的开发。4.3.2 VB6.0串口通信 使用MSComm控件，即串口控件可以实现上位机到下位机的通信。VB6.0的串口控件既可以发送数据，也可以接收数据，即可可以实现上位机与下位机的双向通信。串口通信控件“MSComm”有很多属性参数，通过对这些属性参数的设置，就能就能按着自己设置的方式进行串口通信15，简单介绍几个MSComm的属性参数。“CommPort” ：表示串口的序号，当吧USB转串口的电缆插到电脑上之后，电脑就会提示发现硬件，可以查看到当前硬件所在的端口号，只有上位机与下位机的端口号机一致时，上位机与下位机才能通信。CommPort是可以直接赋值的，为方便使用，在上位机中增加了端口选择功能，也就是说可以在上位机上自由地设置CommPort的值。“InBufferCount”：表示串口接收缓存区，下位机将数据通过串口发送给上位机，上位机将每次串口接收到的数据先放到InBufferCount中暂存存起来，然后我们就可以读取InBufferCount中的内容，读完之后，清空串口接收缓存区并等待继续接收数据。 “OutBufferCount”：与InBufferCount类似，为发送缓冲区，上位机向下位机发送数据时，现将数据放进发送缓冲区，发送完毕后，清空发送缓冲区，以免干扰下一次的发送。4.3.3 上位机的搭建(1) 建立新工程：运行VB程序，出现“新建工程”对话框，选择“标准EXE”，单击“打开”命令按钮，进入VB工程集成开发环境，窗体设计器中自动出现一个名为Form1的空白窗体。添加串口通信控件MSComm。由于VB的串行通信组件并不在工具箱里中，要用到MSComm控件时，首先要把它加入到工具箱中。让MSComm控件出现在工具箱中的步骤如下。选择“工程”菜单下的“部件”子菜单，在弹出的“部件”对话框中，在“控件”选项卡属性中选中“Microsoft Comm Control 6.0”复选框，单击“确定”按钮后，在工具箱中就出现了一个形似“电话”的图标，它就是MSComm控件。(2) 工具箱中有了MSComm控件，就可以选择MSComm控件的图标后将其添加到程序窗体上，添加后需要对其属性进行设计Inputlen改为1，RThreshold也改为1，利用该控件编程，PC就可以通过VB实现与串口设备的串口通信了。(3) 为了实现连续的自动接收，将工具箱中的Timer控件添加到程序窗体上。将周期设置为100ms，即Interval = 100。(4) 添加两个文本框控件：Text1 和Text2，用于输入要发送的字符和显示要接收的字符。(5) 添加一个标签控件：Label1，作为接收字符区的标签。(6) 添加两个个按钮控件：Command1执行停用并退出命令，Command2执行是否灌溉命令。程序设计界面如图20所示。图20 VB上位机界面设计5 系统调试及结果分析经过软硬件的设计和制作，完成了基本的构架，但是还需经一步的调试和分析才能更加完善系统。本部分将从系统的无线通讯的调试，信号采集的调试及系统工作的展示进行阐述。5.1 无线通讯调试无线通讯调试主要是通过串口调试助手对两个已经设置过的zigbee模块进行通讯测试。首先，连接好设备，给这两个zigbee上电如图21。 图21 zigbee主从机通信调试然后打开串口调试助手，选择正确的串口号，设置波特率等。同时再打开一个串口调试助手的窗口，然后进行同样的设置；最后在其中一个窗口的字符串输入框输入字符，点击发送，观察另一个的接受框的变化。同样对另一个窗口也作同样的动作。图22 zigbee通信调试如图22通过串口调试助手检测到两个zigbee之间能相互发送接受数据，说明两个zigbee之间可以进行正常的通讯。5.2 信号采集调试通过串口直接将上位机与单片机相连，同时连接单片机与湿度检测计。运行vb工程，在界面的串行口窗口选择COM3，在波特率窗口选择恰当的波特率，然后将湿度检测计的探头端口分别处于干燥和全湿状态，观察湿度的变化。当湿度检测计在干燥和全湿润时，观察湿度上位机画面分别如图23和图24。 图23 上位机监控干旱时图24 上位机监控湿润时根据上述所论，本系统的湿度信号采集系统功能能实现。5.3 系统工作的展示按照原理图连接装置。连接上位机与zigbee主节点，单片机系统板与湿度检测计，并给系统板上电。连接装置如图25。图25 系统工作图将湿度检测计处于不同的湿度状态，观察上位机界面变化。 图26 土壤稍湿时 图27 土壤稍干时综上所述，本系统能实现土壤监控的功能。根据测试数据可以看出，当探头处于干燥状态时，湿度应该是最小，显示的数值却是最大，而当探头处于全湿润状态时，湿度最大，显示的数值最小。由此可知，当数值偏大时，说明土壤偏湿润，不需要灌溉，相反，数值偏小时，土壤偏干旱，需要灌溉。结束语本系统实现的是基于zigbee的土壤墒情监控系统的设计。土壤墒情监控系统可以实现灌溉的自动化，智能化，并可以根据实际情况调节土壤的湿度。本系统选用了性价比较高的土壤湿度计作为采集信号的湿度传感器，选用可以进行A/D转换的STC12C5A60S2芯片作为该系统的主控芯片，选用功能强大的zigbee DRF 1605H 芯片（两个）把土壤墒情的实时状况通过无线传输发送到上位机。在熟悉了软硬件开发环境后，采用模块化设计，把整个系统化分为多个小模块并逐步去实现。目前，许多地方都开始重视节约用水、合理灌溉,本系统未来的前景将会很宽广。本设计主要完成的工作如下：（1） 进行zigbee模块配置，搭建硬件实现两个zigbee之间的通讯。（2） 用STC12C5A60S2芯片作为该系统的控制核心，同时围绕核心的外部器件进行程序的编写调试，以达到处理采集数据和传送数据的目的。（3） 运用vb6.0编写上位机软件，设计上位机界面和功能，以实现能清楚的看到土壤墒情，并能控制灌溉系统的目的。（4） 进行验证，基本实现了对土壤墒情的控制。本系统还有需要改进完善的地方。本系统只是对一个点进行了湿度采集，具有很大的局限性，可以在灌溉区多安置检测点，这样的湿度信号才有代表性。另外系统的监控画面有些简洁,可以做一个示波器来观察土壤墒情的变化趋势。 参考文献1 迟天阳，杨方，果莉.节水灌溉中土壤湿度传感器的应用J.东北农业大学学报，2006，(02)：135-1372 张金波，胡刚，张学武.自动化控制系统在节水灌溉中的应用J.微计算机信息，2003，19(1)：9-103 姜仲秋.基于zigbee的农田土壤墒情监控系统设计J.安徽农业科学，2012，17405-17407.4 孙利民，李建中，陈渝等.无线传感器网络M.清华大学出版社，005，(2)35-375 刘迎春，叶汀滨.传感器原理设计与应用M.国防科技大学出版社，1988，(5)：186-1826 马永强，李静强，冯立营.基于ZigBee技术的射频芯片CC2430J.单片机与嵌入式系统应用，2006，(03)：26-297 李文仲，段朝玉.ZigBee007/PRO协议栈实验与实践M.北京：北京航空航天大学出版社，2009，(7)：21-34.8 李文仲，段朝玉.ZigBee无线网络技术入门与实战M.北京：北京航空航天大学出版社2007，(4)：1-68.9 Texas Instrument. CC2530-Software ExamplesM.Dallas：Texas Instrument Corporation，2009，(2)：2-1210 王秀梅，刘乃安.利用2.4GHz射频芯片CC2420实现ZigBee无线通信设计J.国外电子元器件，2005，(03)：36-3811 王卫兵，张宏，金飞虎.传感器技术及其应用实例M.北京：机械工业出版社，2013：92-9812 Aurelio Cano，Jose Luis AnonAutomated. Soil Moisture Monitoring Wireless Sensor Network for Long-Term Cal/Val ApplicationsJ.Wireless Sensor Network，2012，(8)：23-26.13 高有堂电子电路设计制板与仿真PROTEL DXPM郑州：郑州大学出版社，2005：43-18914 刘新民.Visual Basic6.0 程序设计M.北京：清华大学出版社,2004：46-5815 沈炜，杨世锡.Visual Basic编程从基础到实践M.北京:电子工业出版社，2005：52-85.附录主程序#include12C5A60S2.h#includecommon.h#includeUART.h#includeAD.hU8 i=0,temp16=0 x00,0 x11,0 x22,0 x33,0 x44,0 x55,0 x66,0 x77,0 x88,0 x99,0 xaa,0 xbb,0 xcc,0 xdd,0 xee,0 xff;U16 Dat=0;main()UART_init(uart1,38400);ADC_init(AD0);while(1)Dat=get_AD(AD0);send_char(uart1,Dat2);delay1ms(100);串口通信程序：#include#include#includecommon.h#includeAD.hvoid UART_init(U8 UARTn,U32 BAUD)PCON &= 0 x7F; AUXR |= 0 x04;BRT =