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．31 72．C计。算mp机ut测er量M与eas控ur制em’ e2n01t：19Co“ ntr20’ l广蒌i豸手王稠中图分类号：S126文献标识码：A··＆l 取小1儿垃l文章编号：1671—4598( 2011 J 12—3172—03基于单片机的四通道数据采集器设计张丽楠，张淼，盛明娅，陈莉( 中国农业大学现代精细农业系统集成研究188宝金博页面版部重点实验室，北京100083)摘要：为提高基于离子选择性电极的土壤养分检测效率和降低检测仪器成本，研发了一款可用于离子选择性电极电势信号采集的四通道数据采集器；采集器以16位超低功耗M SP430F149单片机作为处理器，电极电势信号经信号调理模块和外扩的16位模数转换器送至中央处理器进行数据处理，并将检测结果在液晶显示器上显示；设计完成了与国外进口离子计M 555的对比实验，实验结果表明，数据采集器检测精度可达0．1m V，两者的检测结果具有较好的一致性，基本满足离子选择性电极信号采集的要求。可同时完成4个参数的检测。检测效率得到提高；该数据采集器还具有操作简单、使用方便的特点。在土壤养分检测中具有一定的使用价值。关键词：土壤养分检测；离子选择性电极；M SP430F149单片机；数据采集器N utri ent D ataLogger Based on M i crocontrol l erA4一ChannelSoi lZhang Li nan，Zhang M i ao，Sheng M i ngya，ChenLi( Key Laboratoryof M odern Preci si onAgri cul ture SystemIntegrati on Research，M i ni stryof Educati on，Chi naAgri cul tural U ni versi ty，Bei j i ngAbstract：Inorder toi m provesoi l nut ri enttesti ng effi ci encybased on i on—sel ecti ve el ectrode and reduce thecost ，afour—channel si gnal acqui si —to acqui re the i nform ati on of el ectrode potenti al ．A 16一hi tM SP430F149 m i croeontrol l er i s used as theprocessor．Theel ectrodepotenti al100083，Chi na)ti on datal oggeri s devel oped i n thi s paper．The l oggeri s usedul tra l owpow ersi gnal w i l l be fi rstl y processed by si gnal condi ti oni ngm odul es．and sec—ondl y by externalexpansi onof the 16一bi t AD C，and then be sentto the central processor．Test resul ts aredi spl ayedon the LCDdi spl ay．Perform —ancecom pari son tests aretakenam ongthel ogger andi m portedi on m eterM 555．Experi m entalresul ts showthat the detecti onaccuracy of dataacqui si —therequi rem ents i n el ectrodepotenti alti on i s 0．1m V，theconsi stencyacqui si ti on．M eanw hi l e，becausei t canbe used to detect fourparam eters si m ul taneousl y，thetests are m oreeffi ci ent．It i ssi m pl etooperateandcon-to useas w el l ．Insoi l nutri ent testi ng，thel oggerhas a certai nappl i cati onval ue．i s good betw een the t w otestresul ts．G eneral l y。the l ogger canbasi cal l ym eetveni entKeyw ards；soi l nutri ent testi ng；i on—sel ecti ve el ectrode}M SP430F149 m i crocom puter；datal oggerO引言长期以来，氮肥、磷肥和钾肥过施偏施的现象在我国农村( 特别是中东部地区) 较为严重，由此所带来的农业生产成本增加、环境污染、农产品质量降低、资源浪费等一系列问题日益突出。通过进行土壤养分检测以实现对土壤养分的有效管理被认为是解决上述问题的重要途径之一。常规实验室土壤养分检测分析方法以光学法为主，检测结果稳定可靠、精度高，但由于所用光学检测设备价格昂贵，每份土样的检测费用高，致使基层推广应用面临严峻挑战；此外，由于土肥实验室建设尚未在农村乡镇基层得到大规模发展，农民需将土样采集后送往比较远的测土实验室进行土壤测试，如此获得检测结果和指导施肥建议的时间周期较长，时效性差且易错过最佳施肥时闽。因此研发适用于乡镇一级土肥实验室的低成本，快速的、稳定可靠的土壤养分测试分析装置十分必要。离子选择性电极作为一种具有成本效益、响应速度快、操作简单的分析工具，受到了国内外学者的关注，相应的研究工收稿日期：201l —07一08；修回日期：2011—08—29。基金项目：国家高技术研究发展计划( 863计划) ( 2011AAl 00704) ；高等学校博士点基金课题( 20070019029) ；中央高校基本科研业务费专项资金项目( 20l O J Sl 06—15050110) 。作者简介：张丽楠( 1987一) ，女，山东鄄城人，硕士研究生。主要从事农业电气化与自动化方向的研究。作也已取得了较大的进展[ 2? 。通过市场调查发现，PH 电极、硝态氮、铵态氮以及钾离子电极的研制技术较为成熟，已有成型商品上市，且在环境监测、水质检测、食品和药物分析等方面有初步应用[ 6。91；进u离子计价格一般远高于国内自主研发的离子计价格，且市面上的离子计以单通道和双通道的为主。本文设计了一款四通道且通用的仪器( 每一通道的设计均相同) ，对土壤的硝态氮、氨态氮、钾离子和pH 4个主要参数可同时进行检测，有助于节省检测时间。此外，基于仪器设计的通用性特点，该仪器可用于其他离子选择性电极的检测工具。1采集器结构设计1．1系统总体结构设计离子选择性电极、参比电极以及待测溶液所组成的二电极体系可等效为一个直流恒压源串联由内阻和电容并联电路的形式。离子选择性电极的内阻一般较大，固态膜电极内阻大小在几千欧至一兆欧之间，液态膜电极内阻约为几兆欧，玻璃膜电极内阻最大，约为几十兆欧至几百兆欧[ 1? 。因此，数据采集器实际等效为一个高输入阻抗的毫伏计。根据其功能要求，采集器系统设计主要包括离子选择性电极信号调理模块、模数转换模块、温度传感器信号检测模块、单片机处理器、串口通信模块、电源模块、液晶显示模块、J TAG 模块。系统总体结构框图如图1所示。系统核心选用TI公司研发生产的M SP430F149单片机，它是一款16位超低功耗混合信号处理器，1．8～3．6V供电电万方数据