基于8051F410的蒸渗仪测控系统的研制
发布时间：2020-10-20 09:54
针对农田土壤蒸发量监测对重量测试精度和稳定性要求高的问题，研制了一种基于C8051F410单片机的新型蒸渗仪水分蒸发量计量与测控系统，通过对土壤重量变化量的采集、转换和存储，实现了对农田土壤水分蒸发量、温度及湿度的远距离实时监控，提高了现有蒸渗仪系统的测试精度和稳定性。该系统由硬件电路设计和系统软件开发两部分构成。 系统硬件部分主要包括主控芯片电路、电源模块、数据采集模块、存储模块、通信模块，主要功能是接收上位机的命令，根据指令要求，完成对土壤水分蒸发量的采集、存储和传输等操作。其中，为减小外界干扰对蒸渗仪测控系统影响，在电源模块中对传感器、单片机和A/D转换器采用了独立供电方式；为提高土壤水分蒸发量的测试精度，采集模块选用高精度压力传感器和高转换精度的FS511转换器；为实现对蒸发量的快速准确保存，选用1M字节的串行SPI接口闪存PM25LV080；为方便远程监控，通讯模块采用CAN总线和GPRS无线传输技术。 系统软件采用Keil-uVision3开发环境，完成对土壤水分蒸发量的采集和存储。为消除外界随机干扰对水分变化测量结果的影响，通过比较多种滤波方式，采用改进型递推平均滤波法对测量结果进行处理；为方便工作人员随时查看和分析历史数据，充分利用单片机内部集成的实时时钟smaRTClock模块对系统进行计时，避免了软件计时程序失控和跑飞现象，解决了计时失误的问题，smaRTClock模块可长时间连续计时，实现了对蒸发量进行长期、不间断监测。 根据上述方案研制的蒸渗仪测控系统试验样机进行了调试，在实验室和模拟现场环境下进行了多次测试，实验结果表明测试精度可达0.01%以内，达到了设计要求，并且测试数据比较稳定。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：S237
【部分图文】：
本组成包括四部分，分别是前端测量、数据传输称重传感器完成对水分变化量的测试；数据处理等。作原理蒸渗仪系统的示意图，系统的基本原理是力传感器，利用压力传感器将土壤重量信存，并转换为蒸腾量，前后两次的测量值感器长期受压而疲劳，根据三角形的稳定
西安科技大学硕士学位论文度、低功耗模数转换器，其内核是一个 18 位的△-∑ADC，能对输入信号现高精度 A／D 转换。在 5V 工作电压下，系统工作主频为 4MHz，FS5129]。FS511 采用 SPI 总线与外部设备接口，内部有多种控制寄存器，可根（A/D 转换速率、转换精度等）进行不同的配置。根据本系统的精度要求到系统所要求的转换精度，因此本系统选择该模块进行模数转换。/D 模块的内部结构和工作原理1）内部结构511 是一种高分辨率的 ADC，内部结构如图 3.8 所示，主要由运算放DC调制器和数字滤波器等组成。在图中，外部信号输入到传感器，传感器差分方式从运算放大器的正负两端输入到 FS511，首先通过运算放大器对其接近 A/D 的参考电压，经 A/D 转换器模拟信号转换成数字信号，由数字滤波，从输出口输出转换结果。
图 3.9A/D 转换原理图A/D 的转换图如图 3.9 所示。 ADC实现模拟信号与数字信号的转换，由图可知，主要由一个模拟减法器、积分器、比较器、1 位的模数转换器和低通滤波器组成。连续采样的模拟信号与期望电压进行相减，不同的信号被送入积分器，然后与参考电压进行比较找到一个数字输出。数字输出通过 1 位的数模转换器变为一个模拟信号（Vref 或是Vref ），然后反馈回积分器。由于积分器无穷的直流增益，如果输入信号的转换率低于采样率，通过 Σ 转换器所得到的平均电压将与输入信号电压非常接近，在一些分辨率情况下，它们被看成一样的，因此，来自比较器的 1 位输出数字与模拟信号的参考电压值相等。然后通过数字滤波器抽取十分之一的数字来获得一个很高的分辨率码。ENAD(ADG<7>)位为 ADC 的使能控制位，为 1，打开 ADC；为 0，关掉 ADC 功能，可以省电。它集成了信号滤波等调理功能，可以直接测量传感器，对信号进行转换、滤波等处理，可以高分辨率测量，提高系统的测量精度。3.6.3 A/D 模块在本系统中的电路应用FS511 在本系统中的应用电路如图 3.10 所示。
【共引文献】
本文编号：2848535
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：S237
【部分图文】：
本组成包括四部分，分别是前端测量、数据传输称重传感器完成对水分变化量的测试；数据处理等。作原理蒸渗仪系统的示意图，系统的基本原理是力传感器，利用压力传感器将土壤重量信存，并转换为蒸腾量，前后两次的测量值感器长期受压而疲劳，根据三角形的稳定
西安科技大学硕士学位论文度、低功耗模数转换器，其内核是一个 18 位的△-∑ADC，能对输入信号现高精度 A／D 转换。在 5V 工作电压下，系统工作主频为 4MHz，FS5129]。FS511 采用 SPI 总线与外部设备接口，内部有多种控制寄存器，可根（A/D 转换速率、转换精度等）进行不同的配置。根据本系统的精度要求到系统所要求的转换精度，因此本系统选择该模块进行模数转换。/D 模块的内部结构和工作原理1）内部结构511 是一种高分辨率的 ADC，内部结构如图 3.8 所示，主要由运算放DC调制器和数字滤波器等组成。在图中，外部信号输入到传感器，传感器差分方式从运算放大器的正负两端输入到 FS511，首先通过运算放大器对其接近 A/D 的参考电压，经 A/D 转换器模拟信号转换成数字信号，由数字滤波，从输出口输出转换结果。
图 3.9A/D 转换原理图A/D 的转换图如图 3.9 所示。 ADC实现模拟信号与数字信号的转换，由图可知，主要由一个模拟减法器、积分器、比较器、1 位的模数转换器和低通滤波器组成。连续采样的模拟信号与期望电压进行相减，不同的信号被送入积分器，然后与参考电压进行比较找到一个数字输出。数字输出通过 1 位的数模转换器变为一个模拟信号（Vref 或是Vref ），然后反馈回积分器。由于积分器无穷的直流增益，如果输入信号的转换率低于采样率，通过 Σ 转换器所得到的平均电压将与输入信号电压非常接近，在一些分辨率情况下，它们被看成一样的，因此，来自比较器的 1 位输出数字与模拟信号的参考电压值相等。然后通过数字滤波器抽取十分之一的数字来获得一个很高的分辨率码。ENAD(ADG<7>)位为 ADC 的使能控制位，为 1，打开 ADC；为 0，关掉 ADC 功能，可以省电。它集成了信号滤波等调理功能，可以直接测量传感器，对信号进行转换、滤波等处理，可以高分辨率测量，提高系统的测量精度。3.6.3 A/D 模块在本系统中的电路应用FS511 在本系统中的应用电路如图 3.10 所示。
【共引文献】
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本文编号：2848535
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