基于單片機的土壤溫濕度采集系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 0度方向。在上部填上泥土來阻止水進入頂部。一個可選的方法是把事先用當地土壤所做的泥漿沿著傳感器注入孔中，然后插入傳感器。這些泥漿將填滿傳感器與土壤之間的間隙。水平傳感器將安裝在溝中，然后填土埋好。注意：不要把傳感器安裝在太陽直接照射的地方 傳感器使用時使用光耦控制啟動，輸出選擇4~20mA電流方式， MAX1301可以與其完美的結合。MAX1301引腳如圖210所示。MAX1301ADC介紹：MAX1301多量程、低功耗、16 位逐次逼近型 ADC 采用添+5V單電源供電，并具有獨立的數字電源，允許和 。此ADC帶有支持單端和全差分輸人的內部采樣保持（T/H）電路進行單端信號轉換時，有效模擬輸入電壓范圍從地電位以下的VREF到地電位以上的+VREF。允許的最大差分輸人電壓范圍為12V到+12V。表21MAX1301電源與電源旁路Table 21. MAX1301 Power Supplies and Bypassing供電輸入端電壓范圍 (V)典型電流值(mA)電路類型旁路DVDDO/DGNDO to Digital I/O to DGNDOAVDD2/AGND2 to Analog Circuitry to AGND2AVDD1/AGND1 to Analog Circuitry to AGND1DVDD/DGND to Digital Control Logic and Memory to DGND表22 MAX1301 模擬輸入配置字節Table 22. Analog Input Configuration Byte位名稱描述7STARTStart Bit. The first logic 1 after CS goes low defines the beginning of the analog input configuration byte.6C2ChannelSelect Bits. SEL[2:0] select the analog input channel to be configured5C14C03DIF/Differential or SingleEnded Configuration Bit. DIF/ = 0 configures the selected analog input channel for singleended operation. DIF/ = 1 configures the channel for differential operation. In singleended mode, input voltages are measured between the selected input channel and AGND1, as shown inTable 4. In differential mode, the input voltages are measured between two input channels, as shown in Table 5. Be aware that changing DIF/adjusts the FSR,2R2InputRangeSelect Bits. R[2:0] select the input voltage range, as shown in1R10R0圖211外部時鐘模式（模式0）Fig. 211 External ClockMode Conversion (Mode 0)數據轉換可通過軟件編程實現多種通道配置和數據采集應用。微處理器（μC）很容易通過SPITM/QSPITM/MICROWIRETM兼容的串行接口控制轉換器。MAX1301 具有4路單端模擬輸人通道或2路差分通道。每一個模擬輸人通道均可通過軟件獨立編程設置為7種單端輸人范圍（0至+6V、6V至0、0至+12V、12V至0、 177。3V、177。6V和177。12V）和3種差分輸人范圍177。6V, 177。12V, 177。24V。此外，所有模擬輸人通道均具有177。空閑通道的故障狀態不會影響其它通道的轉換結果[7]。圖213 內部時鐘模式（模式2）Fig. 213 Internal ClockMode Conversion (Mode 2)圖212 外部采樣模式（模式1）Fig. 212 External AcquisitionMode Conversion (Mode 1)電源：為使工作環境保持低噪聲， MAX1301為電路的每一部分提供獨立的電源。表21所示為4個獨立電源。采用獨立的 AVDD AVDD DVDD和 DVDD0電源供電，可獲得最佳性能。另一種做法是在盡可能靠近器件的位置將 AVDD AVDD2和DVDD連接到一起，以方便電源連接。同時在盡可能靠近器件的位置將AGND圖214 模擬輸入電流與電壓關系Fig. 214 Analog Input Current vs. Input Voltage圖215 簡化的模擬輸入電路Fig. 215 Simplified Analog Input CircuitAGNDAGXDDGND 和 （表21）。如果出現較大的低頻噪聲，則應增加一個 。轉換器工作：MAX1301采用全差分逐次逼近寄存器（SAR）轉換技術，并提供片上T/H模塊，可將電壓信號換成16位數字結果。器件支持單端和差分輸入結構，并可編程設置單極性和雙極性信號范圍。采樣保持電路：MAX1301具有開關電容T / H架構，允許模擬輸人信號以電荷的形式存儲在采樣電容上。各種工作模式下的T/H時序和采樣時間如圖21圖212和圖213所示。 MAX1301的模擬輸人電路對取樣電容的輸人信號進行了緩沖，使模擬輸人電流和輸入電壓保持線性關系（如圖214）模擬輸入電路：通過寫相應的模擬輸人配置字節（表22)，可將模擬輸人單獨配置成差分或單端轉換方式。模擬輸人信號源必須能夠驅動ADC的17k?輸人阻抗如圖215。 圖215給出了簡化的模擬輸人電路。模擬輸人具有177。 ，并通過背向二極管提供保護。求和結點電壓VSJ是通道輸人共模電壓的函數見公式1[8]：（公式1）這樣一來，在整個輸人電壓范圍內，模擬輸人阻抗才相對恒定。單端轉換內部以AGND1作為參考點（表23和表24）。在差分模式下，IN+和IN根據表23和表25進行選擇。設置差分通道時，差分對兒按照正通道的模擬配置字節來設置。例如，要將CH2和CH3配置為量程為177。12V的差分轉換輸人時，應將CH2的模擬配置字節設置成量程為177。12V的差分轉換方式（10101100）。為啟動CH2和CH3差分對兒轉換，發送命令10101100[9]。表23 輸入數據字格式Table 23. Input Data Word Formats操作數據位D7D6D5D4D3D2D1D0轉換開始位1C2C1C00000模擬輸入配置位1C2C1C0DIF/R2R1R0模式控制位1M2M1M01000表24 單端模式(DIF/= 0)下的通道選擇通道選擇位通道C2C1C0CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7AGND1000+001+010+011+100+101+110+111+Table 24 Channel Selection in SingleEnded Mode (DIF/ = 0)表25 真差分模式(DIF/= 1)下的通道選擇Table 25 Channel Selection in TrueDifferential Mode (DIF/ = 1)通道選擇位通道C2C1C0CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7AGND10 0 0 +001RESERVED0 1 0 +011RESERVED1 0 0 +101RESERVED1 1 0 +111RESERVED模擬輸入帶寬：MAX1301輸人采樣電路具有2MHz小信號帶寬。2MHz輸人帶寬使該系列器件能夠數字化高速瞬變信號。當需要數字化的信號頻率超過15kHz時，諧波失真將會加劇。圖216 單端輸入電壓范圍Fig. 216 SingleEnded Input Voltage Ranges圖217 差分輸入電壓范圍Fig. 217 Differential Input Voltage Ranges模擬輸入范圍和故障容限：如圖216所示，可通過軟件選擇能夠產生有效數字輸出的單端模擬輸人電壓范圍。時，每一個模擬輸入通道均可通過設置R[2:0]控制位獨立編程為7種單端輸人范圍之一。圖217說明了可軟件選擇的差分模擬輸人電壓范圍，并能夠產生有效數字輸出．在 時，每一個模擬輸人差分對兒均能通過設置R[2:0]控制位獨立編程為3 種差分輸入范圍之一。無論所指定的輸人電壓范圍是多少，以及通道是否被選擇，每個模擬輸人都具有177。．而且無論器件是否上電，模擬輸人故障保護均有效。對于超出FSR的任何電壓，只要在177。，加到模擬輸人通道后都將產生滿量程輸出電壓結果。，可在ESD和其它瞬態沖擊情況下保護MAX1301的模擬輸人（圖215）。器件正常工作時，箝位二極管不會導通，也不會在瞬態沖擊下限制電流。當工作環境具有潛在的高能量電壓和／或電流瞬變時，需要從外部對MAX1301提供保護。差分共模范圍：MAX1301的差分共模范圍（VCMDR）必須保持在14V至＋10V以內，以得到有效的轉換結果．差分共模范圍定義見公式2：（公式2）除了共模輸人電壓范圍的限制外，每個獨立的模擬輸人相對于AGND1還必須限制在177。模擬輸人配置字節中的量程范圍選擇位R[2:0]決定了相應通道的滿量程范圍（表22和表26 )。數字接口：MAX1301具有SPITM/QSPITM/MICROWIRETM兼容的串行接口。MAX1301通過DIN、DOUT、SCLK、和SSTRB可方便地與主機進行通信。SCLK速率可高達10MHz（內部時鐘模式、模式2）、（外部時鐘模式、模式0） （外部時鐘模式，模式1）。主機（通常采用微控制器）應該采用 CPOL=0、CPHA=0的SPI傳輸格式，時序圖如圖21圖212和圖213所示。DIF/R2R1R0MODE0000No Range Change*0001SingleEndedBipolar 3V to +3VFullScale Range (FSR) = 6V0010SingleEndedUnipolar 6V to 0FSR = 6V0011SingleEndedUnipolar 0 to +6V FSR = 6V0100SingleEndedBipolar 6V to +6V FSR = 12V0101SingleEndedUnipolar 12V to 0FSR = 12V0　11　0　SingleEndedUnipolar 0 to +12V FSR = 12V0111DEFAULT SETTINGSingleEndedBipolar 12V to +12V FSR = 24V1000No Range Change**1001DifferentialBipolar 6V to +6V FSR = 12V1010Reserved1011Reserved1100DifferentialBipolar 12V to +12V FSR = 24V1101Reserved1110Reserved1111DifferentialBipolar 24V to +24V FSR = 48V表26 量程范圍選擇Table 26 RangeSelect Bits數字接口用于完成以下功能：選擇單端或真差分輸人通道配置 選擇單極性或雙極性輸人范圍 選擇工作模式：外部時鐘（模式0）外部采樣（模式1）內部時鐘（模式2）復位（模式4）局部關斷模式（模式6）完全關斷模式（模式7）啟動轉換和讀取結果片選（）：主機通過使能與MAX1301之間的通信，當為低時，數據在SCLK 的上升沿由DIN同步移人器件，并且數據在SCLK的下降沿從DOUT同步移出器件。當為高時，將忽