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基于单片机的吊秤式盆栽作物蒸渗仪开发

张超  
【摘要】:作物需水量是农业用水的最主要组成部分。全面了解作物需水耗水规律,对于灌溉决策的实施、水资源的集约管理、节水农业的发展和农业用水效率的提高,都具有重要意义。作物需水量主要包括植株蒸腾、棵间蒸发以及构成植株体的水量。为了研究盆栽作物的需水耗水规律,本文借助单片机技术、传感器技术、通信技术、Keil软件和VisualStudio2008软件编程技术以及数据库技术,采用上位机和下位机集成、测试、优化相结合的方法,开发了一种适用于盆栽作物的吊秤式蒸渗仪。具体研究内容如下: (1)在吊秤式盆栽作物蒸渗仪技术需求和使用条件分析的基础上,对蒸渗仪进行了整体设计,明确了蒸渗仪称重范围为0~100kg,计算了称重传感器的量程及测量精度,进行了称重传感器的选型; (2)分别对吊秤式蒸渗仪的主控制器、数据采集模块、显示模块、实时时钟和数据存储模块、通信模块以及电源模块进行了硬件的选型和电路设计,制作了PCB板。选择STC89C52单片机作为系统的主控制器;采用INA129和OP07CP芯片设计放大滤波电路;以TLC2543为基础设计A/D转换电路;液晶显示电路采用LCD12864设计完成;实时时钟电路和数据存储电路分别采用PCF8563和AT24C256设计实现;最后以ICL7662、LM2575和REF5050为基础完成系统电源电路的设计; (3)采用C语言开发了蒸渗仪的下位机软件,软件主要包括初始化模块、数据采集模块、显示模块、实时时钟模块、数据存储模块以及串口通信模块;蒸渗仪的上位机软件利用VisualStudio2008,采用C#语言编写,实现与下位机的通信功能以及显示和存储下位机所上传的数据; (4)制作了吊秤式蒸渗仪的支架、连接件等辅助部件,完成了蒸渗仪的整体开发,并进行了蒸渗仪软硬件的联合调试和应用试验。试验结果表明,吊秤式蒸渗仪在无人监管的工作环境下,下位机能够自动采集、显示和存储数据,并通过串口将采集数据上传至上位机,上位机完成数据的显示、分析和存储。蒸渗仪性能稳定、重复性好,最大绝对误差为150g,最大相对误差为0.75%,试验测定结果也较好地反映了盆栽作物蒸腾蒸发的实际变化趋势,达到了系统设计技术要求,能够满足盆栽作物蒸腾蒸发量方便、准确和实时测量的需要。


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