本實用新型主要涉及生態(tài)保護(hù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水分是天然的一個重要組成部分，它不僅影響到土壤的物理性質(zhì)，制約著土壤中養(yǎng)分的溶解、轉(zhuǎn)移和微生物的活動，而且，是構(gòu)成土壤肥力的一個重要因素，更是一切植物賴以生存的基本條件。因此，測定土壤含水量，對實施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、節(jié)水灌溉、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)，通過土壤中水分對紅外光線和紅光吸收的不同，測定土壤中水分的含量，與溫濕度傳感器檢測環(huán)境空氣中的溫濕度值進(jìn)行比對，判斷環(huán)境溫濕度值對土壤水分含量的影響，檢測到的土壤水分含量通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳送出去。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)包括溫濕度傳感器、手動按鍵、壓力傳感器、電源供電模塊、單片機(jī)、數(shù)據(jù)顯示模塊、無線通信模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、紅光發(fā)射電路、探測器電路、紅外發(fā)射電路，通過土壤中水分對紅外光線和紅光吸收的不同，測定土壤中水分的含量，與溫濕度傳感器檢測環(huán)境空氣中的溫濕度值進(jìn)行比對，判斷環(huán)境溫濕度值對土壤水分含量的影響，檢測到的土壤水分含量通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳送出去。

其中，所述溫濕度傳感器的輸出端連接著單片機(jī)的輸入端；所述手動按鍵的輸出端連接著單片機(jī)的輸入端；所述壓力傳感器的輸出端連接著單片機(jī)的輸入端；所述電源供電模塊的輸出端連接著單片機(jī)的輸入端；所述單片機(jī)的輸出端連接著數(shù)據(jù)顯示模塊的輸入端；所述單片機(jī)的輸出端連接著數(shù)據(jù)存儲模塊的輸入端；所述單片機(jī)的輸出端連接著紅光發(fā)射電路的輸入端；所述單片機(jī)的輸出端連接著紅外發(fā)射電路的輸入端；所述單片機(jī)連接著無線通信模塊；所述探測器電路的輸出端連接著單片機(jī)的輸入端；所述紅光發(fā)射電路的輸出端連接著探測器電路的輸入端；所述紅外發(fā)射電路的輸出端連接著探測器電路的輸入端。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)化，本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)所述單片機(jī)采用AT89C51單片機(jī)。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)化，本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)所述探測器電路采用LM324放大器。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)化，本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)所述溫濕度傳感器采用SHT11溫濕度傳感器。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)化，本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)所述數(shù)據(jù)顯示模塊采用LCD1602液晶顯示屏。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)化，本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)所述無線通信模塊采用NRF2401模塊。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)化，本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)所述壓力傳感器采用BP800壓力傳感器芯片。

控制效果：本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)，通過土壤中水分對紅外光線和紅光吸收的不同，測定土壤中水分的含量，與溫濕度傳感器檢測環(huán)境空氣中的溫濕度值進(jìn)行比對，判斷環(huán)境溫濕度值對土壤水分含量的影響，檢測到的土壤水分含量通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳送出去。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方法對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)的單片機(jī)的電路圖。

圖3為本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)的紅光發(fā)射電路的電路圖。

圖4為本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)的紅外發(fā)射電路的電路圖。

圖5為本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)的探測器電路的電路圖。

圖6為本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)的電源供電模塊的電路圖。

圖7為本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示模塊的電路圖。

圖8為本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)的溫濕度傳感器的電路圖。

圖9為本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲模塊的電路圖。

圖10為本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)的無線通信模塊的電路圖。

圖11為本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)的手動按鍵的電路圖。

圖12為本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)的壓力傳感器的電路圖。

具體實施方式

具體實施方式一：

結(jié)合圖1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12說明本實施方式，本實施方式所述一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)包括溫濕度傳感器、手動按鍵、壓力傳感器、電源供電模塊、單片機(jī)、數(shù)據(jù)顯示模塊、無線通信模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、紅光發(fā)射電路、探測器電路、紅外發(fā)射電路，通過土壤中水分對紅外光線和紅光吸收的不同，測定土壤中水分的含量，與溫濕度傳感器檢測環(huán)境空氣中的溫濕度值進(jìn)行比對，判斷環(huán)境溫濕度值對土壤水分含量的影響，檢測到的土壤水分含量通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳送出去。

其中，所述溫濕度傳感器的輸出端連接著單片機(jī)的輸入端，溫濕度傳感器采用SHT11溫濕度傳感器，溫濕度傳感器檢測環(huán)境的溫濕度值，查看環(huán)境溫濕度對生態(tài)土壤水分的影響。SHT11溫濕度傳感器的SCK引腳為串行時鐘輸入，用于使單片機(jī)與溫濕度傳感器的通訊同步，DATA引腳為串行數(shù)據(jù)，用于讀取傳感器數(shù)據(jù)，當(dāng)向傳感器發(fā)送命令時，DATA在SCK上升沿有效且在SCK高電平時必須保持穩(wěn)定。DATA在SCK下降沿之后改變。為了確保通訊安全，DATA的有效時間在SCK上升沿之前和下降沿之后應(yīng)該分別延長一段時間，當(dāng)從傳感器讀取數(shù)據(jù)時，DATA在SCK變低以后有效，且維持到下一個SCK的下降沿，為避免信號沖突，單片機(jī)驅(qū)動DATA在低電平，需要一個外部的上拉電阻將信號提拉至高電平，溫濕度傳感器的DATA引腳和SCK引腳分別連接到單片機(jī)的P0.6、P0.7引腳。

所述手動按鍵的輸出端連接著單片機(jī)的輸入端，手動按鍵采用獨立按鍵，手動按鍵共有兩個按鍵，按鍵S1控制檢測系統(tǒng)開始測量工作，按鍵S2控制檢測系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，按鍵S1、S2的一端連接分壓電阻接VCC電源，一端連接到單片機(jī)的P1.0、P1.1引腳，當(dāng)有按鍵按下，經(jīng)過電阻分壓，P1.0、P1.1引腳接收到低電平信號，單片機(jī)接收到信號后進(jìn)行相應(yīng)控制。

所述壓力傳感器的輸出端連接著單片機(jī)的輸入端，壓力傳感器采用BP800壓力傳感器芯片，壓力傳感器檢測生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)測量時插入土壤中的深度，探頭上設(shè)置多個壓力傳感器，每個固定距離設(shè)置一個壓力傳感器，根據(jù)檢測接收到壓力信號的個數(shù)，計算出探頭深入土壤中的深度。BP800壓力傳感器芯片利用單晶硅的壓阻效應(yīng)，以單晶硅為基體，按特定晶向，用先進(jìn)的微機(jī)械加工技術(shù)形成彈性元件，在其適當(dāng)位置用集成電路工藝形成四個等值應(yīng)變電阻，組成惠斯登電橋，對電橋施加一恒定電壓，當(dāng)有壓力作用到彈性元件時，使輸出與對應(yīng)于所加壓力成比例的電壓信號，輸出信號傳送到單片機(jī)進(jìn)行處理，壓力傳感器的Y1引腳與單片機(jī)的P1.7引腳相連接。

所述電源供電模塊的輸出端連接著單片機(jī)的輸入端，電源供電模塊采用AP5056芯片，該芯片可以對聚合物鋰電池進(jìn)行恒流/恒壓充電，外圍只需接極少的元器件，可以適應(yīng)USB電源和適配器電源工作，非常適用于便攜式應(yīng)用的領(lǐng)域舊。充電輸出電壓為4.2V充電電流可以通過一個外部電阻設(shè)置。在恒壓充電階段，當(dāng)充電電流降至設(shè)定值1/10時，AP5056將終止充電循環(huán)。其它功能包括輸入電壓掉電自動進(jìn)入睡眠模式、電壓輸入過低鎖存、芯片使能控制輸入、自動再充電、充放電狀態(tài)指示以及電池溫度監(jiān)控等功能。電源供電模塊與單片機(jī)通過VCC引腳相連接。

所述單片機(jī)的輸出端連接著數(shù)據(jù)顯示模塊的輸入端，數(shù)據(jù)顯示模塊采用LCD1602液晶顯示屏，數(shù)據(jù)顯示模塊顯示檢測到的土壤水分含量，數(shù)據(jù)顯示模塊的DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7端與單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7引腳相連接，用來顯示數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)顯示模塊的RS端與單片機(jī)的P3.0引腳相連接，用來控制數(shù)據(jù)命令；數(shù)據(jù)顯示模塊的R/W端與單片機(jī)的P3.1引腳相連接，用來控制讀寫操作；數(shù)據(jù)顯示模塊的使能端E與單片機(jī)的P3.2引腳相連接；單片機(jī)的P3.0、P3.1、P3.2引腳用于控制數(shù)據(jù)顯示模塊中的數(shù)碼管的選通狀態(tài)。

所述單片機(jī)的輸出端連接著數(shù)據(jù)存儲模塊的輸入端，數(shù)據(jù)存儲模塊采用FEM25256芯片，數(shù)據(jù)存儲模塊的CS(片選端)、MISO(SPI總線主機(jī)輸入/從機(jī)輸出)、MOSI(SPI總線主輸出/從輸入)、SCLK(時鐘引腳)端分別與單片機(jī)的P0.4、P0.5、P1.3、P1.4引腳相連接。

所述單片機(jī)的輸出端連接著紅光發(fā)射電路的輸入端，紅光發(fā)射電路采用LED發(fā)光二極管，紅光發(fā)射電路由單片機(jī)的P0.1口控制，單片機(jī)的P0.1口與P0.2口交替出現(xiàn)高、低電平，紅光發(fā)射電路DS1和紅外發(fā)射電路DS2循環(huán)點亮，發(fā)出的光由探測器電路接收。

所述單片機(jī)的輸出端連接著紅外發(fā)射電路的輸入端，紅外發(fā)射電路采用LED發(fā)光二極管，紅外發(fā)射電路由單片機(jī)的P0.2口控制，單片機(jī)的P0.2口與P0.1口交替出現(xiàn)高、低電平，紅外發(fā)射電路DS2和紅光發(fā)射電路DS1循環(huán)點亮，發(fā)出的光由探測器電路接收。

所述單片機(jī)連接著無線通信模塊，無線通信模塊采用NRF2401模塊，nRF2401有工作模式有四種：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式和關(guān)機(jī)模式。nRF2401的工作模式由PWR_UP、CE、TX_EN和CS四個引腳決定，當(dāng)單片機(jī)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，把CE引腳置高，使NRF2401工作；把接收端的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)按時序送入nRF2401中，單片機(jī)把CE引腳置低，激發(fā)nRF2401進(jìn)行ShockBurstTM發(fā)射；nRF2401的ShockBurstTM發(fā)射數(shù)據(jù)，單片機(jī)的CE、CLK1、DATA引腳分別與單片機(jī)的P1.2、P1.5、P1.6引腳相連接。

所述探測器電路的輸出端連接著單片機(jī)的輸入端，探測器電路采用LM324放大器，探測器電路采用兩極放大電路，第一級完成I/V的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換電阻越大，轉(zhuǎn)換效率越高；但是過大會使放大器自激，一般R6不大于1M。第二級是對電壓信號進(jìn)一步放大，以滿足采集的需要，探測器電路的輸出端OUT1端與單片機(jī)的P0.3引腳相連接。

所述紅光發(fā)射電路的輸出端連接著探測器電路的輸入端，紅光發(fā)射電路采用LED發(fā)光二極管，紅光發(fā)射電路由單片機(jī)的P0.1口控制，單片機(jī)的P0.1口與P0.2口交替出現(xiàn)高、低電平，紅光發(fā)射電路DS1和紅外發(fā)射電路DS2循環(huán)點亮，發(fā)出的光由探測器電路接收。

所述紅外發(fā)射電路的輸出端連接著探測器電路的輸入端，紅外發(fā)射電路采用LED發(fā)光二極管，紅外發(fā)射電路由單片機(jī)的P0.2口控制，單片機(jī)的P0.2口與P0.1口交替出現(xiàn)高、低電平，紅外發(fā)射電路DS2和紅光發(fā)射電路DS1循環(huán)點亮，發(fā)出的光由探測器電路接收。

具體實施方式二：

結(jié)合圖1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12說明本實施方式，所述單片機(jī)采用AT89C51單片機(jī)。所述AT89C51單片機(jī)從它內(nèi)部的硬件到軟件都有一套完整的按位操作系統(tǒng)，片內(nèi)RAM區(qū)間還特別開辟了一個雙重功能的地址區(qū)間，十六個字節(jié)，單元地址20H～2FH，它既可作字節(jié)處理，也可作位處理。51單片機(jī)的I/O腳的設(shè)置和使用非常簡單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設(shè)置為高電平(復(fù)位時，各I/O口均置高電)。當(dāng)該腳作輸出腳使用時，則為高電平或低電平均可。

具體實施方式三：

結(jié)合圖1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12說明本實施方式，所述探測器電路采用LM324放大器。LM324是單電源四路運算放大器。LM324系列是低成本的四路運算放大器，具有真正的差分輸入。在單電源應(yīng)用中，它們與標(biāo)準(zhǔn)運算放大器類型相比具有幾個明顯的優(yōu)勢。該四路放大器可以工作于低至3.0V或高達(dá)32V的電源電壓，靜態(tài)電流是MC1741的五分之一左右(每個放大器)。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因此在眾多應(yīng)用中無需外部偏置元器件。輸出電壓范圍也包括負(fù)電源電壓。

具體實施方式四：

結(jié)合圖1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12說明本實施方式，所述溫濕度傳感器采用SHT11溫濕度傳感器。SHT11溫濕度傳感器將傳感元件和信號處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出完全標(biāo)定的數(shù)字信號。傳感器采用專利的CMOSens技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容性聚合體測濕敏感元件、一個用能隙材料制成的測溫元件，并在同一芯片，與14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實現(xiàn)無縫連接。

具體實施方式五：

結(jié)合圖1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12說明本實施方式，所述數(shù)據(jù)顯示模塊采用LCD1602液晶顯示屏。LCD1602液晶顯示屏也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形(用自定義CGRAM，顯示效果也不好)。

具體實施方式六：

結(jié)合圖1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12說明本實施方式，所述無線通信模塊采用NRF2401模塊。NRF2401是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率發(fā)射時，工作電流只有10.5mA，接收時工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計更方便。其DuoCeiverTM技術(shù)使NRF2401可以使用同一天線，同時接收兩個不同頻道的數(shù)據(jù)。nRF2401適用于多種無線通信的場合，如無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、無線鼠標(biāo)、遙控開鎖、遙控玩具等。

具體實施方式七：

結(jié)合圖1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12說明本實施方式，所述壓力傳感器采用BP800壓力傳感器芯片。BP800壓力傳感器利用單晶硅的壓阻效應(yīng)，以單晶硅為基礎(chǔ)，按特定品向，用先進(jìn)的微機(jī)械加工技術(shù)形成彈性元件，在其適當(dāng)位置用集成電路工藝形成四個等值應(yīng)變電阻，組成惠斯登電橋，對電橋施加一恒定電壓(流)，當(dāng)有壓力(壓差)作用到彈性元件時，使輸出與對應(yīng)于所加壓力成比例的電壓信號，經(jīng)電子線路把電壓信號放大轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的4mA～20mADC輸出。

本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)的工作原理為：本實用新型一種基于無線NRF2401通信的生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)通過光電探測器分別對兩路光(近紅外光作為測量光，紅光作為參考光)進(jìn)行采集，并將光信號轉(zhuǎn)變成電流信號，經(jīng)濾波去除干擾后，通過前置放大器對信號進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換和放大，再通過單片機(jī)內(nèi)部自帶的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成脈沖信號。單片機(jī)根據(jù)所設(shè)定的初值進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)運算和處理，同時把運算結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)存儲模塊中。根據(jù)土壤中水分與土壤中其他微生物對近紅外光和紅光吸收程度的不同，測量土壤中水分含量。在探頭測量土壤水分含量的同時，溫濕度傳感器檢測環(huán)境空氣中的溫濕度值，將環(huán)境溫濕度值與土壤水分含量進(jìn)行不對，掌握環(huán)境溫濕度值對土壤水分含量的影響。在測量探頭上每個固定距離設(shè)置一個壓力傳感器，當(dāng)測量探頭插入土壤中進(jìn)行測量時，根據(jù)檢測到的壓力信號，判斷探頭插入的深度，并將檢測到的溫濕度值、土壤水分含量、探頭壓力值通過顯示模塊顯示出來，并將信號通過無線通信模塊采用無線通信的方式傳送到接收端。電源供電模塊為生態(tài)土壤水分檢測系統(tǒng)提供電源。

雖然本實用新型已以較佳的實施例公開如上，但其并非用以限定本實用新型，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以做各種改動和修飾，因此本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。