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1、河北工业大学城市学院2012届本科毕业设计说明书河北工业大学城市学院毕业设计说明书 作 者： 张圣鹏 学 号： 098178 系： 信息工程学院 专业： 电子信息工程 题 目： 基于SIM900A的农业远程控制系统设计 指导者： 宋涛 实验师 评阅者： 2013 年 06 月 06 日毕业设计（论文）中文摘要基于SIM900A的农业远程控制系统设计摘要：随着 GSM(Global System for Mobile communication)移动通信网络的迅速普及，新技术的开发和应用已经提到一个十分重要的位置。短消息业务（SMS）作为 GSM 网络的一种基本业务，基于这种业务的各种应用已得到
2、越来越多的关注。本文设计了一种基于 GSM 短消息的远程控制系统。在给出系统的总体设计的基础上，设计了系统的硬件和软件，采用模块化的设计。硬件部分以单片机C8051F340为核心，还包括单片机外围电路、输出控制模块、土壤湿度采集模块、SIM900A通信模块。软件部分通过KeilC软件进行编程，实现土壤湿度的采集与信息发送和接收。基于SIM900A的农业远程控制系统具有数据采集、控制、无线通信功能。通过GSM网络和用户手机进行双向的信息传输。将采集到的土壤数据信息以短信形式传送到用户手机，同时接收用户机的控制命令，对灌溉设备实施相应的控制。其原理简单、方便快捷、数据精度满足生产要求，与传统的控制
3、系统相比有着独特的优势。关键词：单片机 远程控制 SIM900A 河北工业大学城市学院2012届本科毕业设计说明书毕业设计（论文）外文摘要The Design of Agricultural Remote Control SystemBased on SIM900AAbstractWith the rapidly growing popularity of the GSM (Global System for Mobile communication) mobile communication network, the development and application of new te
4、chnology has already been mentioned a very important position. Short Message Service (SMS) as a basic service of the GSM network, a variety of applications based on this service has been more and more attention.The paper design of the remote control system based on GSM short message. On the basis of
5、 the given system design, the design of the hardware and software of the system, modular design. The hardware part of C8051F340 microcontroller as the core, but also single-chip peripheral circuit, output control module, soil moisture acquisition module SIM900 communication module. The software part
6、 by KeilC software programming, achieve soil moisture collection and send and receive information.Agriculture based on SIM900A of remote control systems, data acquisition, control, wireless communication function. Two-way transmission of information via the GSM network and the users mobile phone. Th
7、e soil data will be collected in the form of text messages sent to mobile phone users, while receiving the user control commands, the implementation of appropriate control of the irrigation equipment. The principle is simple, convenient and quick data accuracy to meet production requirements, compar
8、ed with the traditional control system has a unique advantage. Keysword ：microcontroller remote monitoring SIM900A 河北工业大学城市学院2013届本科毕业设计说明书 第51页 目录目录11绪论31.1研究的背景31.2发展历史及发展状况41.3研究的内容及意义52 系统方案论证和选择62.1设计方案模块62.2单片机的选择82.3无线通信模块的选择82.4土壤湿度采集模块的选择93 硬件电路设计93.1单片机外围电路93.1.1晶振电路：103.1.2复位电路：103.1.3 电源
9、电路113.2 SIM900A模块电路设计133.2.1 SIM900A模块简介133.2.2 GSM模块接口设计163.2.3开关机驱动电路173.2.4 网络状态指示灯电路183.2.5 SIM卡电路193.2.6天线接口203.3存储电路设计213.4土壤湿度采集模块223.5流量统计装置233.6输出控制模块设计234 软件设计244.1简介KeilUvision4244.2 系统整体软件流程设计284.3 存储模块的软件设计294.4 数据采集模块的软件设计314.5 SIM900A模块的软件设计334.5.1 AT命令介绍334.5.2短消息模式364.5.3短消息发送程序设计37
10、4.5.4短信息接收程序设计425 系统调试45结 论48参 考 文 献50致 谢51附录一电路52附录二实物电路521绪论1.1研究的背景我国传统的灌溉方法是采用大水漫灌，它是一种是作物分布区域的土壤含水量达到饱和，然后逐步下渗补给下层土壤，确保作物根系对水分的需求，通常称为灌溉土壤。其水分利用率仅20%30%，使植物根系处于其理想的水、气组合条件的时间仅有40%50%。经济发展、人口增加、社会进步、工业和城市的快速发展,必将大大压缩农业用水。农业是用水大户,现阶段农业用水量占总用水量的70%左右,以后将会更低。提高水资源利用率，实现精细灌溉、适时灌溉，发展高效农业，其中重中之重是应用遥感、
11、遥测监测土壤墒情和作物生长等新技术，对灌区灌溉用水进行监测预报，实现水管理的自动遥控，对灌区实行动态管理，实施节水灌溉智能化管理。我国农业节水灌溉自动化研究正处于起步阶段，目前主要依靠人工测量和控制，局限于节水灌溉单项技术的推广和应用，技术集成和自动化水平较低，不利于用水的精细管理和合理化灌溉，尤其是福建省在这方面的研究还是空白。由于各地的实际情况（气象、土壤、作物）有差别，不能采取同一套决策软件对水资源进行优化调度和实时灌溉，有必要根据当地的实际情况进行研发。随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展，以及各种智能仪表的大量涌现，各种农业生产过程的自动化水平得到了很大的提高。特别是各种
12、智能测量，控制仪表和高可靠性可编程控制器PLC出现以后，设计者可以根据具体的控制要求，选择合适的仪表壳控制单元进行系统集成。这样，系统的设计开发才能周期短，可靠性高，成本低。采用先进的节水灌溉技术,可以大幅度降低农业用水量,提高灌溉水的利用率和水分生产率,可以方便管理,减少人工投入,既有社会效益,又有经济效益。12 发展历史及发展状况灌溉控制系统始于20世纪30年代，二次世界大战前法国研制了一系列用以实行渠系自动化运行的水力自动闸门，并提出了一套比较完整的自动化灌溉控制方法，开了自动化灌溉的先河。20世纪50年代以来，随着电子学和计算机技术的应用和发展，利用电子设备、计算机设备和程序控制的灌排
13、工程自动化技术也得到了同步发展，并在法国、美国、日本等发达国家乃至一些发展中国家得到了日益广泛的应用和发展，控制模式也由早期的当地控制发展到可以实现遥测、遥控的集中控制模式。我国的节水灌溉技术和设备自20世纪50年代从国外引进后，在很长一段时间内，主要是示范应用，在加上设计管理及设备上的一些问题，没有得到大面积应用，相配套自动控制系统系统就更少了。到20世纪80年代，随着经济的发展、水资源的紧张及国家的重视，节水灌溉得到了迅猛地发展，从国外引进许多先进节水灌溉设备，同时我国在节水灌溉技术上的研究也取得长足进步，适合我国气候土壤条件等因素的灌溉控制产品也相继出现，但仍有需要大力推广。20世纪90
14、年代以来，计算机、信息、电子、控制、通信等技术得到迅速发展，现代农业灌溉更加注重品质，节能、灵活、适时、便捷成为人们的迫切需要。智能灌溉控制系统为农业生产的一个重要组成部分，基于GSM远程监控控制方式为人们提供方便、智能化的农业生产提供解决方案。国内在开发灌溉自动控制系统方面还处于研制、试用阶段真正能投入实际应用且应用较广的灌溉控制器还是很少。中国农业机械化研究院联合多家单位研制的2000型温室自动灌溉施肥系统是国家“九五”科技攻关项目中自主研发的科技产品它结合我国温室的环境和实际使用特点以积木分布式系统结构原理解决了计算机适时闭环控制、动态监测、控制显示中文、施肥泵混合比可调、电磁阀开度可调
15、等关键技术问题。该系统具有手动控制、程序控制和自动控制等多种灌溉系统模式可按需要灵活应用在大连、北京等地已经投入了应用从系统运行情况来看该系统有很好控制效果取的了一定的经济效益和社会效益。国外一些先进国家如美国、以色列和加拿大等运用先进的电子技术、计算机和控制技术在节水灌溉技术方面起步较早并已经日趋成熟。这些国家从最早的水力控制、机械控制到后来的机械电子混合协调式控制到现今应用广泛的计算机控制、模糊控制和神经网络控制等控制精度和智能化程度越来越高可靠性越来越好操作也越来越简便。随着控制技术、传感器技术的发展以色列开发出了现代诊断式控制器，这种控制器把以前不可能采集到的信息通过不同的传感器来获得
16、通过因特网、远程控制、GSM等来实现数据传输然后通过计算机中的一些模型来处理信息作出灌溉计划。13研究的内容及意义计算机控制技术在我国众多领域获得的广泛应用，采用了以计算机控制技术为手段的自动化监控与调度的管理模式。但在农业灌溉领域，我国现行管理水平与发达国家相比差距较大，虽然随着节水灌溉技术的逐步推广和农业灌溉技术的不断进步，灌溉自动控制技术逐渐得到应用，但目前应用的灌溉控制系统主要来自国外，但价格昂贵，只是小规模的局部控制，没有实际推广价值。因此研制一种适合农民经济承受能力的灌溉自动控制器，就成为一项重要的任务。基于GSM短消息的灌溉自动控制系统是通过置于农田的有关传感器对农田的水分等信息
17、进行实时采集与获取，在数据采集终端采集完数据后，经单片机处理后利用其串行口通过GSM模块以短消息的方式将数据发送到智能决策中心，并将数据整理存储。其次，智能决策中心对数据信息进行分析与决策，并通过GSM模块以短消息的方式将决策结果发送到用户手机上。最后，用户根据反馈信息通过手机设定特定命令，以短消息方式指挥控制系统开启或关闭电磁阀。农田灌溉自动控制系统的设计与开发，不仅为各级用户掌握实时农田水分状况，通过灌溉控制器适时适量灌水，指导生产提供了可靠的依据，提高操作的准确性，还为节水灌溉技术的推广及灌溉知识的传播提供了行之有效的方法和手段，有利于我国广大农村劳动力转移和农村经济结构调整。2 系统方
18、案论证和选择21设计方案模块本设计是用单片机控制GSM模块采集和控制远程设备信息的无线通信控制系统。该系统主要是以C8051F340单片机为核心部件，通过对数据采集、数据处理、GSM、输出控制等模块的设计，实现土壤水分、灌溉流量信息的自动采集、无线传输、灌溉控制等功能。本设计采用模块化设计，整个系统由单片机模块、外扩存储模块、土壤信息采集模块、GSM通信模块和输出控制模块组成，系统的整体方案框图如下图2.1：图2.1 系统框图系统中各个模块的功能如下：(1) 单片机模块：完成参数设置及储存、数据比较与处理、控制与管理外部设备等功能。(2) 土壤湿度传感器模块：实现土壤湿度数据的采集。(3) 流
19、量传感器模块：实现给水流量数据的采集。(4) GSM通信模块：以短信的方式向用户发送土壤湿度信息，收取用户的手机短息进行译码，并通过串口实现与单片机的通信 (5) 外扩存储模块：实现湿度流量时间系统配置等信息分类存储(6) 输出控制模块：实现对外部设备的控制，通过控制继电器来控制灌溉装置电磁阀来实现灌溉。系统的总体工作过程如下：土壤湿度传感器采集温湿度数据输入单片机，单片机对湿度信息存储及处理，单片机通过数据比较通过GSM通信模块向用户发送报警信息，通过用户的反馈命令通过输出控制装置实现灌溉阀开闭，从而实现远程灌溉控制。22单片机的选择方案一：采用C8051F340单片机。C8051F340器
20、件是完全集成的混合信号片上系统型MCU。是增强型51单片机。C8051F340器件使用Silicon Labs的专利CIP-51微控制器内核。具有标准8052的所有外设部件，包括4个16位计数器/定时器、两个具有扩展波特率配置的全双工UART、一个增强型SPI端口、多达4352字节的内部RAM、128字节特殊功能寄存器（SFR）地址空间及多达40个I/O引脚。高速、流水线结构的8051兼容的微控制器内核（可达48MIPS），并含有电源稳压器，多达64KB的片内FLASH存储器， 多达4352字节片内RAM（256+4KB）。真正10位200 ksps的单端/差分ADC，带模拟多路器。具有片内上
21、电复位、VDD监视器、电压调整器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F340器件是真正能独立工作的片上系统。对本系统而言是一个高性价比的单片机。方案二：采用AT89C51单片机。AT89C51单片机是8位的微处理器芯片，它是高性能的微处理器，带有4KB的闪存空间，可以通过电擦除，便于程序的修改调试。AT89C51微控制器在使用上有很高的效率，是由于该芯片组合了8位CPU和闪存，以及中断控制和定时器等部件。它的兼容性很好，与8051等其他型号单片机兼容，结构简单且价格便宜。由于单片机控制系统的核心，通过外围电路和GSM模块要实现能够控制GSM模块短消息的接收和发送、接收频率、功耗大小、工作模式
22、等各项参数设置及各项控制输出的功能。因此必须需要一个功能强大的微控制器才能达到要求，而C8051F340单片机不仅满足设计要求，而且内部有A/D转换器，在短时间内和有限的条件下使设计更加轻松和方便。因此本设计采用C8051F340单片机为系统的控制核心。23 无线通信模块的选择方案一：采用SIM340SIM340GSMGPRS模块应用于WLL，M2M和手持设备的GSMGPRS模块。SIM340是小体积即插即用模块中完善的四频GSMGPRS解决方案使用工业标准界面，使得具备GSMGPRS85090018001900MHz功能的SIM340以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输
23、。SIM340的优良性能让它应用于许多方面，例如WLL、M2M、手持设备等等。四频GSMGPRS模块，外形尺寸40mmx33mmx2.85mm。支持用户定制的MMI和键盘LCD内嵌强大的TCPIP协议栈方案二:采用SIM900A。SIM900A是一款尺寸紧凑型、高可靠性的无线模块，采用SMT封装的双频GSM/GPRS模块解决方案，采用功能强大的处理器ARM9216EJ-S内核，能满足低成本、紧凑尺寸的开发要求。可以内置客户应用程序。SIM900A GSM/GPRS使用工业标准界面，使得具备GSM/GPRS 900/1800MHz功能的SIM900A以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信
24、息的高速传输。SIM900A能满足M2M 几乎所有应用要求，尤其是小巧、紧凑型的设计。其物理尺寸为：24mm x 24mm x 3mm。可广泛应用于车载跟踪、车队管理、无线POS、手持PDA、智能抄表与电力监控等众多方向。设计此系统的是基于短消息方式，简单、方便使用、价格低廉的实用性系统，因此我们选择SIM900A。两者功能相似，SIM340在相同技术领域相对SIM900A更胜一筹，但对本系统而言SIM900A性价比更高。24 土壤湿度采集模块的选择方案一：FDR型土壤湿度传感器 即频域型FDR(Frequency Domain Reflectometry)频域反射仪是一种用于测量土壤水分的仪
25、器，它利用电磁脉冲原理、根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数()，从而得到土壤容积含水量(v)，FDR具有简便安全、快速准确、定点连续、自动化、宽量程、少标定等优点。是一种值得推荐的土壤水分测定仪器。方案二：TDR型土壤湿度传感器 时域型利用土壤中的水和其他介质介电常数之间的差异及时域反射测试技术（）研制出来的仪器。具有快速、连续、准确的测量，精度较高等优点，适用于长时定点观测。一般不需标定，测量范围广（0-100%），操作简便，野外和室内都可以使用，可做成手持式的进行田间及时测量，也可以通过导线远距离多点自动监控。本系统采用基于频域反射（FDR）技术的MP-508B型土壤湿度传
26、感器作为土壤湿度信息采集的应用设备。3 硬件电路设计3.1单片机外围电路单片机外围电路包括C8051F340单片机、复位电路、晶振电路、电源电路。3.1.1晶振电路：单片机的晶振电路有两种形式，一种是采用外部时钟信号，外部时钟信号需从XTAL1引脚输入，XTAL2引脚悬空，原因是CPU片内时钟信号取自作为反馈放大元件的二输入与非门的一个输入端。另一种是使用片内的震荡电路，XTAL1、XTAL2作为系统时钟信号的输入、输出端，此时，晶振、电容以及片内与非门（起反馈、放大作用的元件，类似于电容三点式震荡电路中的三极管）构成电容三点式振荡器。由于石英晶体振荡器中的静态电容、外接震荡电容均远大于晶体弹
27、性等效串联电容，因此震荡频率主要由晶体振荡器并联谐振频率决定。本系统的晶振采用方法二，Y1为11.0592MHz晶振，以产生准确的9600bps的串口通信波特率，使单片机和SIM900A模块通信出错率降低。C1和C2为30pF瓷片电容。X1 X2引脚分别与单片机I/O口P0.6 和P0.7连接。图3.1晶振电路3.1.2复位电路干扰以脉冲的形式出现，而最终造成微机系统故障的多数现象为“死机”。究其原因是CPU在执行某条指令时，受干扰的冲击，使它的操作码或地址码发生改变，致使该条指令出错。这时，CPU执行随机拼写的指令，甚至将操作数作为操作码执行，导致程序“跑飞”或进入“死循环”。为使这种“跑飞
28、”或进入“死循环”的程序自动恢复，重新正常工作，一种有效的办法是采用硬件“看门狗”技术。用看门狗*程序的运行。若程序发生“死机”，则看门狗产生复位信号，引导单片机程序重新进入正常运行。此外，当电源电压降低或掉电时，会造成重要的数据丢失，系统不能正常运行。若设法在电源电压降至一定的限值之前，单片机快速地保存重要数据，将会最大限度地减少损失。单片机的掉电工作方式电路原理图如下图所示：当PD设置为1时，激活掉电方式，此时0，与非门输出为低电平，时钟发生器停止工作，单片机内所有运行状态均被停止，只有片内RAM和SFR中的数据被保存起来。在单片机系统中可借助于一定的外部附加电路监测电源电压，并在电源发生
29、故障时及时通知单片机（如通过引发中断来实现）快速保存重要数据，且断开外围设备用电电源，使整个应用系统的功耗降到最少。当电源恢复正常时，取消掉电工作方式，通过复位单片机，使系统重新正常工作。图3.2复位电路3.1.3 电源电路（1）C8051F340电源模块设计LM2596 开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A 的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有3.3V、5V、12V， 可调版本可以输出小于 37V 的各种电压。这里固定输出VCC为5VA1117是一款正电压输出的低压降三端线性稳压电路,在1A输出电流下的压降为1.2V.。X1117分为两个版本,固定
30、电压输出版本和可调电压输出版本.固定输出电压1.5V、1.8V、2.5V、3.3V、5.0V和可调版本的电压精度为1%；。A1117内部集成过热保护和限流电路，适用于各类电子产品。这里采用固定电压输出版本且固定电压输出VDD为3.3v本系统的电源电路采用的电源模块如图图3.3源电路（2）SIM900A电源模块下图是SIM900A采用+1V供电的设计电路。因为设计的输出为4V，所以可以采用线性稳压器来实现。如果输入和输出（VBAT）的压差很大，应该采用开关稳压电路。因为开关稳压器好的效率，尤其是当模块在猝发时电流达到2A的情况下。这里VBAT为4.0v.下图是在VBAT等于4V、最大发射功率时，
31、VBAT的跌落。测试条件：VBAT的最大输出电流等于2A，CA 是100F的钽电容，ESR等于0.7欧姆，CB 等于1F图3.4 SIM900A电源电路3.2 SIM900A模块电路设计3.2.1 SIM900A模块简介GSM通信模块是数据传输的通信核心。SIM900A可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。SIM900A是一个2频的GSM/GPRS模块，工作的频段为： EGSM 900MHz和DCS 1800MHz。SIM900A支持GPRS multi-slot class 10/ class 8（可选）和 GPRS
32、 编码格式 CS-1, CS-2, CS-3 and CS-4。模块和用户移动应用的物理接口为68个贴片焊盘，提供了模块和客户电路板的所有硬件接口。其主串口和调试串口可以帮助用户轻松地进行开发应用。 SIM900A内嵌TCP/IP协议，扩展的TCP/IP AT命令让用户能够很容易使用TCP/IP协议，这些在用户做数据传输方面的应用时非常有用。模块的工作电压为3.44.5V。该模块有AT指令集接口，支持文本和PDU模式的短消息等。常用工作模式有正常工作、掉电模式、最小功能模式等模式。全功能UART接口，天线连接器和天线焊盘。SIM900A是紧凑型、高可靠性的无线模块，采用SMT封装的双频GSM/
33、GPRS模块解决方案，采用功能强大的处理器ARM9216EJ-S内核，能满足低成本、紧凑尺寸的开发要求。通过AT命令控制（GSM07.07，07.05和增强AT命令）图3.5 SIM900A实物图SIM900A 功能图下图展示了SIM900A的功能框图，并说明了主要的功能部分： GSM基带、 存储器、 GSM射频 、天线接口 、其他接口 图3.6 SIM900A功能图SIM900A主要特性 特性说明供电单电压：3.4V 4.5V频段SIM900A两频： EGSM 900和DCS 1800，M900A可以自动的搜寻两个频段。也可以通过AT命令来设置频段。 符合GSM Phase 2/2+ GSM
34、 类型 小型移动台 发射功率 Class 4 (2W)：EGSM 900 Class 1 (1W)：DCS 1800 GPRS 连接特性 GPRS multi-slot class 10 （默认） GPRS multi-slot class 8 (可选) GPRS mobile station class B GPRS数据特性 GPRS 数据下行传输：最大 85.6 kbps 电路交换（CSD） GPRS 数据上行传输：最大 42.8 kbps 编码格式：CS-1，CS-2，CS-3 和 CS-4 支持通常用于PPP连接的PAP（密码验证协议）协议 内嵌TCP/IP 协议 支持分组广播控制信道
35、(PBCCH) CSD 传输速率：2.4，4.8，9.6，14.4 kbps 支持非结构化补充数据业务(USSD) 短消息（SMS） MT，MO，CB，Text 和 PDU 模式 短消息（SMS）存储设备：SIM 卡 SIM卡接口 支持SIM卡：1.8V，3V 天线接口 天线焊盘 串口和调试口 支持标准的8线制串行接口 传输速率支持从1.2kbps 到 115.2kbps 可以通过串口发送AT命令和数据 支持RTS/CTS硬件流控，并且可以通过软件打开或者关闭流控功能 支持符合GSM 07.10协议的串口复用功能 支持从1200bps 到 115200bps 的自动波特率检查功能 调试口： 2
36、线制串行接口 用于调试和软件升级 实时时钟（RTC） 支持 3.2.2 GSM模块接口设计SIM900A模块主要通过串口与单片机进行连接，从而单片机实现对SIM900A模块的控制。SIM900A的串口提供了多条控制线,包含数据信号线TXD和RXD，状态信号线RTS和CTS，控制信号线DTR，DCD，DSR和RI。RXD数据接收信号线用于接收来自单片机的数据。 接22欧电阻后与单片机数据发送端口TXD1即P0.1相接。TXD数据发送信号线用于向单片机发送数据。接22欧电阻后与单片机RXD1即P0.0相接。RTS发送请求信号线 ，接22欧姆电阻后与单片机P1.5口相连。CTS发送清除信号线 ，接2
37、2欧姆电阻后与单片机P1.4口相连。RI振铃指示信号线 ，接22欧姆电阻后与单片机P1.7口相连。DSR数据设备准备信号线 ， 接22欧姆电阻后与单片机P1.2口相连。DCD数据载波检测信号线 ，接22欧姆电阻后与单片机P1.3口相连。DTR数据终端准备信号线 ，接P1.6接22欧姆和15K电阻后与单片机P1.6口相连。对SIM900A模块通信的控制可以通过软件来实现，采用软件实现控制具有使用灵活等特点，也很好地避免了过多硬件信号的检测。在设计时SIM900A模块的电源管脚并连在一起，由于SIM900A是一个功能完全的模块，因此不需要做任何的信号处理与射频处理。另外SIM900A模块还需要连接
38、SIM卡座，这样才能够实现一个完整独立的GSM终端。在进行串口设计时，虽然SIM900A模块串口管脚的工作电平是CMOS电平，单片机串口管脚的工作电平是TTL电平，但由于单片机的高电平和低电平的逻辑判断电平可以实现SIM900A的管脚进行连接，因此TC35模块的串口线直接与单片机的串口线进行连接。SIM900A模块的NETLIGHT管脚用来指示GSM模块的工作状态，连接一个指示灯来指示工作状态。以下为SIM900A模块的接口设计。图3.7 SIM900A模块接口3.2.3开关机驱动电路用户可以通过把PWRKEY 信号拉低一段时间然后释放来开机。此引脚已在模块内部上拉到3V。用户可以通过把PWR
39、KEY 信号拉低一段时间然后释放来关机。电路如下图：图3.8 SIM900A开机驱动电路3.2.4 网络状态指示灯电路SIM900A 有一个同步信号脚NETLIGHT（52脚) ，该脚是一个同步信号输出端，该脚输出的信号，反应了模块的工作情况。本系统在该端通过一个三级管接入 LED 灯，接法如图3.2所示。NETLIGHT信号用来驱动指示网络状态的LED 灯，可以显示 SIM900A模块运行的状态。1)、 LED 灯熄灭时：表示 SIM900A 处于关闭、休眠、没有工作状态2)、 LED灯64ms 亮/ 800ms 熄灭：表示 SIM 卡没有插入，或者正在搜索网络，或者正在认证用户，或者正在注
40、册网络；3)、 LED 灯64ms 亮/ 3000ms 熄灭： 表示已经注册到网络，处于待机状态； 4)、 LED灯64ms 亮/ 300ms 熄灭：表示GPRS 通讯图 3.9网络状态指示灯电路3.2.5 SIM卡电路SIM卡座的接口电路如下图 电路中SMF05C来作静电保护。串在IO口线中的22电阻用于匹配模块和SIM卡之间的阻抗，数据信号线SIM_DATA已在模块内部上拉。注意SIM 卡的外围电路的器件应该靠近SIM座。 SIM_PRESENCE脚主要用于SIM卡的插取动作的检测。可以使用AT命令“AT+CSDT” 来配置SIM卡的该引脚。如果不使用SIM卡的检测功能，可以让SIM_PR
41、ESENCE悬空。SIM卡的接口电平由模块内部的电压稳压器提供，正常电压值为2.8V或者1.8V。 复位后，所有引脚输出低电平。6 引脚的SIM卡座的接口电路如下图图3.10 SIM卡座接口电路SIM卡接口引脚定义引脚名称引脚序号功能SIM_VDD30SIM供电根据SIM卡的类型自动选择输出电压，可以为 3.0V10%或者为1.8V10% ，输出电流约为10mA。SIM_DATA31SIM卡数据I/OSIM_CLK32SIM卡时钟SIM_RST33SIM卡复位SIM_PRESENCE34SIM卡检测 表3.1 SIM卡接口引脚定义3.2.6天线接口SIM900A提供天线接口引脚，主板上的天线应
42、该使用微带线或者其他类型的可以控制阻抗为50欧姆的射频走线和模块的天线引脚连接。SIM900A材料特性： SIM900A PCB 材料：FR4 天线引脚：镀金焊盘图3.11天线接口电路3.3存储电路设计FM24C64是一种串行非易失存储器，它的结构容量为8，192*8位，接口方式为工业标准二线制造串行接口，与串行EEPROM的功能操作相似，与EEPROM具有相同的引脚排列，不同之处在于，FM24C64具有非常出色的写操作性能。图3.12存储电路A0-A2 地址2-0: 地址管脚设置芯片选择地址， 用于选择总线上8个器件中的一个在两线协议中从器件地址值应与这两脚的设置相匹配，此引脚已经内部下拉S
43、DA 串行地址数据管脚：这个双向引脚用来传送地址和输入输出数据。这是一个开漏输出，以便与其它器件通过”线或”并接在双线总线上。输入缓冲区集成施密特触发器用以提高抗干扰性能，输出驱动器具有下降沿斜率控制。此端口必须外加上拉电阻。SCL 串行时钟：两线制总线的串行时钟输入。数据在时钟的下降沿移出器件，在时钟的上升沿移入器件，时钟端口同样具有施密特触发器用以提高抗干扰性能。WP 写保护：当 WP 为高时，存储器的上四分之一处于写保护。此时，数据在下方四分之三部分都能写入。当WP 为底时，所有地址均能被写入。此时脚不能悬空。VDD 电源电压:3.3VVSS 电源地3.4 土壤湿度采集模块MP-508B
44、 FDR土壤湿度传感器是针对智能农业测量土壤水分含量，体积百分比的湿度探头，采用FDR原理设计，测量精确、性能可靠、耐用。 操作简便，直接连接到手持仪表或数据采集器。环保材料，全密封，可长期埋设在地下任意深度，连续测量。FDR(Frequency Domain Reflectometry)频域反射仪是一种用于测量土壤水分的仪器，它利用电磁脉冲原理、根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数()，从而得到土壤容积含水量(v)，FDR具有简便安全、快速准确、定点连续、自动化、宽量程、少标定等优点。 特殊性质土壤及其它被测介质，易于标定。表层土壤湿度，即插即读，配备专用延长工具可测量至80厘
45、米深度。 温室大棚，花卉蔬菜，草地牧场，节水农业，自动控制，最佳湿度探测器。技术参数：测量参数：土壤容积含水量测量精度：2%量 程：0100%（m3/m3）测量区域：90%的影响在围绕中央探针的直径2.5cm、长为6cm的圆柱体内稳定时间：通电后约10秒响应时间：0.5秒内对99%的变化有响应工作电压：DC 7-15V工作电流：常规19mA 最大21mA 输出信号：01V密封材料：PVC探针材料：不锈钢电缆长度：标准长度5m 最大长度100m原 理：FDR图3.13土壤湿度传感器3.5流量统计装置水流量传感器是利用霍尔元件的霍尔效应来测量磁性物理量的传感器。水流量传感器主要由铜阀体、水流转子组
46、件、稳流组件和霍尔传感器组成，装在热水器的进水端用于检测进水流量的大小及通断。在霍尔元件的正极串入负载电阻，同时通上5V的直流电压并使电流方向与磁场方向正交。当水通过涡轮开关壳推动磁性转子转动时，产生不同磁极的旋转磁场，切割磁感应线，产生高低脉冲电平。由于霍尔元件的输出脉冲信号频率与磁性转子的转速成正比，转子的转速又与水流量成正比，根据水流量的大小启动燃气热水器。其脉冲信号频率的经验公式见式(1)。f=81q-3 (1)式中：f-脉冲信号频率，H2q-水流量，Lmin由水的反馈信号通过控制器判断水流量的值。水流量传感器主要由铜阀体、水流转子组件、稳流组件和霍尔元件组成。它装在热水器的进水端用于测量进水流量。当水流过转子组件时，磁性