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基于FPGA的土壤数据采集系统

发布时间:2018-03-14 14:25

  本文选题:土壤温湿度 切入点:土壤酸碱度 出处:《西北师范大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:土壤承载着人类的生存发展、维持着地球生态系统的平衡。土壤数据的采集能使人们更直观、全面的理解分析土壤,有助于更合理的种植植物,让人们更关注土壤污染。本文就如何定量采集土壤数据设计了基于FPGA的土壤数据采集系统,采集参量为土壤温湿度和土壤酸碱度,论述了采集原理,搭建了硬件采集平台,编写了软件控制程序,分析了采集数据。论文的主要工作如下:(1)分析了常用土壤数据采集方法的优缺点,提出基于FPGA的土壤数据采集系统。本文创新点有:用FPGA控制SHT11传感器采集温湿度、用酸碱度电极在FPGA平台完成土壤酸碱度采集、用Verilog HDL语言编写模拟I~2C总线程序、完成后的土壤数据采集系统可以在一定程度上替代昂贵的专业仪器。(2)硬件部分采用Altera公司的飓风二代FPGA芯片EP2C8Q208C8、SHT11温湿度传感器、酸碱度电极、RS232通讯接口等,设计了土壤温湿度采集模块、土壤酸碱度采集模块、模数转换模块、信号放大电路、电源电路模块、晶振模块、按键模块、JTAG下载模块等外围电路。(3)软件部分用Verilog HDL语言编程并在Quartus II平台上进行综合仿真;编写了模拟I~2C总线协议程序、AD7705模数转换程序、RS232串口通讯程序等。用LabVIEW完成了上位机的编写工作,实现了系统数据的实时显示功能,从而完成了整个土壤数据采集过程。本系统数据与专业仪器的采集数据进行对比,结果表明,本系统能够精确的采集土壤温湿度和土壤酸碱度数值,数据精度相对较高,满足现代农业对土壤数据精度的要求,可以作为土壤综合分析系统的前置机,具有一定的商业使用价值。
[Abstract]:The soil carries the survival and development of mankind and maintains the balance of the earth's ecosystem. The collection of soil data enables people to have a more intuitive and comprehensive understanding and analysis of the soil, which is conducive to more rational planting of plants. In this paper, a soil data acquisition system based on FPGA is designed. The collection parameters are soil temperature, humidity and soil pH. The principle of collection is discussed, and a hardware acquisition platform is built. The software control program is written, and the data collection is analyzed. The main work of this paper is as follows: 1) the advantages and disadvantages of the common soil data acquisition methods are analyzed. A soil data acquisition system based on FPGA is proposed in this paper. The innovations of this paper are as follows: using FPGA to control the temperature and humidity of SHT11 sensor, using pH electrode to complete soil pH collection on FPGA platform, and compiling the simulated I2C-bus program with Verilog HDL language. The completed soil data acquisition system can replace the expensive professional instrument to some extent. The hardware part of the system uses Altera's second generation FPGA chip EP2C8Q208C8 / SHT11 temperature and humidity sensor, pH electrode and RS232 communication interface, etc. Soil temperature and humidity acquisition module, soil pH acquisition module, analog to digital conversion module, signal amplification circuit, power circuit module, crystal oscillator module, The software is programmed by Verilog HDL language and simulated on the platform of Quartus II. The analog IH2C bus protocol program, AD7705 A / D conversion program and RS232 serial port communication program are compiled. The upper computer is written with LabVIEW, and the real-time display function of the system data is realized. The results show that the system can accurately collect soil temperature and humidity and soil pH value, and the accuracy of the data is relatively high. To meet the demand of soil data precision in modern agriculture, it can be used as the preprocessor of soil comprehensive analysis system and has certain commercial value.
【学位授予单位】:西北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:S159.2;TP274.2

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本文编号:1611605

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