劉 勇,楊 娟,王運(yùn)圣,徐識(shí)溥,鄭秀國(guó)

(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技信息研究所,上海數(shù)字農(nóng)業(yè)工程與技術(shù)研究中心,上海 201403)

根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟的定義,物聯(lián)網(wǎng)的完整結(jié)構(gòu)應(yīng)該包含3 個(gè)層次,由上往下依次為:應(yīng)用層、傳輸層和感知層[1]。 感知層是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ),其主要功能是通過(guò)各種傳感器獲取聯(lián)網(wǎng)對(duì)象的各種有用信息。 物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用稱為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng),目前比較普遍的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用形式為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),如空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照度、二氧化碳濃度等。 其中,土壤作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要的物質(zhì)基礎(chǔ),是灌溉水的主要作用對(duì)象,對(duì)其濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有重要意義。

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開(kāi)水,根據(jù)水利部發(fā)布的《2019 年中國(guó)水資源公報(bào)》顯示,2019年全國(guó)的用水總量是6 021.2 億m3,其中農(nóng)業(yè)用水量為3 682.3 億m3,占比61.2%,超過(guò)用水總量的一半[2]。 如此高的占比除了因?yàn)檗r(nóng)業(yè)規(guī)模大之外,還有一個(gè)重要因素就是農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)低,僅為0.559,即每1 m3農(nóng)業(yè)用水中僅有0.559 m3被農(nóng)作物吸收利用,遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家水平。 研究表明,適量的灌溉不僅可以節(jié)水,還能提高作物的品質(zhì)[3]。 因此,近年來(lái)農(nóng)業(yè)科技人員提出了精準(zhǔn)灌溉的概念,根據(jù)土壤濕度的變化情況做出有效評(píng)估,從而采取合理的應(yīng)對(duì)措施,做到適量灌溉和節(jié)水灌溉。 這就需要實(shí)時(shí)掌握土壤含水量信息,而土壤濕度傳感器正是準(zhǔn)確、快速獲取土壤濕度信息的有效工具。

目前,土壤濕度的測(cè)量方法有很多,如張力計(jì)法、電阻法、中子法、γ-射線法、駐波比法、光學(xué)測(cè)量法、時(shí)域反射法(TDR)、頻域反射法(FDR)等[4],各個(gè)傳感器廠家會(huì)選擇合適的方法研制自己的傳感器。 本研究選取傳感器的原則是該傳感器能夠作為一個(gè)感知終端直接接入農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的感知層,因此通信協(xié)議不開(kāi)放的、只能與廠家自己的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信的傳感器不在考慮之列。 基于此原則,最終選擇了目前市面上12 種國(guó)內(nèi)外土壤濕度傳感器作為研究對(duì)象,對(duì)其通信協(xié)議進(jìn)行對(duì)比研究,并編程實(shí)現(xiàn)各自接入農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的感知層。

1 不同接口傳感器對(duì)比研究

通信協(xié)議是指雙方為完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定,也是它們之間必須具有的共同語(yǔ)言。 狹義的通信協(xié)議一般包含語(yǔ)法、語(yǔ)義和時(shí)序3 個(gè)要素,本研究將通信雙方的接口類型、工作電平等硬件要素也歸為通信協(xié)議的范疇進(jìn)行研究。 因此,本研究將所選的12 種土壤濕度傳感器按照通信接口的類型分為3 類:RS485 接口、SDI-12 接口以及模擬接口。

圖1 485 接口傳感器實(shí)物Fig.1 485 interface sensor in kind

1.1 RS485 接口傳感器

RS485 是一種半雙工的總線式通信接口電氣特性標(biāo)準(zhǔn),它利用2 根信號(hào)線上電壓的差值進(jìn)行信息傳輸,使用一主多從的通信方式,可支持上百個(gè)設(shè)備接入同一個(gè)總線上進(jìn)行通信。 每個(gè)設(shè)備依靠自己獨(dú)有的地址進(jìn)行區(qū)分,具有通信距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)[5-6]。 本研究在進(jìn)行傳感器選型時(shí)發(fā)現(xiàn),RS485 接口是國(guó)內(nèi)土壤濕度傳感器的主流,國(guó)外很少提供這種接口,最終選定的4 款傳感器實(shí)物如圖1 所示。

1.1.1 國(guó)外485 傳感器

圖1 中的1 號(hào)傳感器為德國(guó)UGT 公司的SMT-100,可測(cè)量土壤溫度、土壤體積含水量和工作電壓,目前市面的土壤濕度傳感器多基于TDR 或FDR 原理[7-9],SMT-100 結(jié)合了低成本FDR 傳感器系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和TDR 系統(tǒng)的精度,利用環(huán)形振蕩器將信號(hào)的傳播時(shí)間轉(zhuǎn)換成測(cè)量頻率獲得土壤介電常數(shù)繼而轉(zhuǎn)化為土壤含水量。 該傳感器不使用金屬探針,而是使用葉片形狀的PCB 板,便于安裝。

在本研究調(diào)研的眾多國(guó)外傳感器中,SMT-100 是為數(shù)不多的提供RS485 接口的一款傳感器。 其4 芯線纜中棕色和白色為電源和地線,支持4—24 V 供電,綠色和黃色線分別為RS485A 和RS485B,以固定的波特率9 600 Bd 進(jìn)行通信。 但其與國(guó)內(nèi)傳感器使用Modbus RTU 協(xié)議不同,而是使用了一種自定義的通信協(xié)議。 該協(xié)議的通信報(bào)文以ASCII 碼進(jìn)行傳輸,每條報(bào)文以0x0D(∕r)結(jié)束。 這種協(xié)議也是由主機(jī)發(fā)送讀取命令,從機(jī)根據(jù)地址進(jìn)行應(yīng)答,但從機(jī)地址不是一個(gè)傳感器一個(gè)地址,而是給一個(gè)傳感器中的每個(gè)測(cè)量參數(shù)都分配一個(gè)地址。 這就要求多個(gè)傳感器處于一個(gè)總線上時(shí)對(duì)每個(gè)測(cè)量參數(shù)進(jìn)行單獨(dú)編址并保證沒(méi)有重復(fù),需要占用較大的地址空間。 采集器每次讀取土壤濕度數(shù)據(jù)時(shí)先發(fā)送“OP1∕r”(土壤濕度參數(shù)的默認(rèn)地址為1),等傳感器返回正確應(yīng)答“OK∕r”之后,再發(fā)送獲取數(shù)據(jù)命令“GN∕r”,傳感器返回“036374∕r”,其中字符串“036374”為傳感器輸出值,即數(shù)字36 374,與土壤濕度具有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系:傳感器輸出值=土壤濕度值?100 +32 768。 將返回值36 374 帶入公式即可算出土壤體積含水量為36.06%,讀數(shù)程序的流程如圖2 所示。

圖2 SMT-100 讀數(shù)程序流程Fig.2 Flow of SMT-100 reading program

讀取溫度或電壓等其他參數(shù)的流程與此流程類似,其中溫度參數(shù)的默認(rèn)地址為2,即讀數(shù)時(shí)要先發(fā)送“OP2∕r”,電壓參數(shù)的默認(rèn)地址是3。 此外,當(dāng)總線上接入多個(gè)傳感器時(shí),需要對(duì)參數(shù)地址進(jìn)行修改,通信協(xié)議提供了“AD”命令用于修改地址,如將土壤濕度參數(shù)的地址由默認(rèn)的1 改為99,則發(fā)送命令“AD1 99∕r”,但實(shí)測(cè)直接發(fā)送該命令傳感器無(wú)響應(yīng),正確的操作是先按照原地址發(fā)送“OP1∕r”收到返回后再發(fā)送改地址命令,傳感器才會(huì)將地址改為新地址。

1.1.2 國(guó)內(nèi)485 傳感器

本研究選取的3 款國(guó)內(nèi)485 傳感器分別是圖1 中的2 號(hào)傳感器(星儀公司CSF11)、3 號(hào)傳感器(哲勤公司MS10)和4 號(hào)傳感器(哲勤公司MS20)。 3 款傳感器均在485 接口之上遵循Modbus RTU 通信協(xié)議,該協(xié)議的數(shù)據(jù)格式如表1 所示。 Modbus 作為一種工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn),目前已在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的諸多方面進(jìn)行了應(yīng)用[10-12]。 該協(xié)議是一種串行通信協(xié)議,目前存在著Modbus ASCII 和Modbus RTU 兩個(gè)變種,前者使用ASCII 碼表示數(shù)據(jù),后者使用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù),同樣的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度,后者可以表示更多的信息。

表1 Modbus RTU 協(xié)議格式說(shuō)明Table 1 Modbus RTU protocol format description

該協(xié)議通信數(shù)據(jù)幀包含設(shè)備地址、功能碼、數(shù)據(jù)地址、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、CRC 校驗(yàn)等組成部分。 與1.1 節(jié)所述的私有協(xié)議相比,其編址方法是對(duì)傳感器個(gè)體進(jìn)行編址,具體的傳感器測(cè)量參數(shù)是通過(guò)數(shù)據(jù)地址進(jìn)行區(qū)分的,并增加了功能碼的概念,用功能碼來(lái)區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)讀取和地址修改等命令,使得各種命令的格式能夠統(tǒng)一。 另外,還增加了CRC 校驗(yàn),以檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)是否發(fā)生錯(cuò)誤,讀數(shù)流程如圖3 所示。

由圖3 可見(jiàn),該流程明顯比圖2 的流程簡(jiǎn)單,讀一個(gè)參數(shù)只需和傳感器進(jìn)行一次交互,甚至讀多個(gè)參數(shù)也可以只進(jìn)行一次交互,可節(jié)省時(shí)間和減少通信出錯(cuò)的概率。 唯一的缺點(diǎn)是通信數(shù)據(jù)包稍長(zhǎng),但并無(wú)太大影響。

圖3 Modbus RTU 協(xié)議讀數(shù)程序流程Fig.3 Flow of Modbus RTU protocol reading program

1.2 SDI-12 接口傳感器

1.2.1 SDI-12 協(xié)議簡(jiǎn)介

SDI-12(Serial Digital Interface with 1200 baud)是一種傳感器與數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間的接口標(biāo)準(zhǔn),是以1 200 Bd 波特率進(jìn)行通信的串行數(shù)字接口。 這種標(biāo)準(zhǔn)既定義了接口的電氣特性,也規(guī)定了上層數(shù)據(jù)的通信協(xié)議,適用于電池供電的低成本設(shè)備,且在單根線纜上可接入多個(gè)傳感器[13],SDI-12 的總線結(jié)構(gòu)如圖4 所示。 SDI-12 接口誕生于國(guó)外,主要應(yīng)用在水文研究上,目前國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了一些應(yīng)用[14-15]。 本次選型發(fā)現(xiàn),國(guó)外常用的高端土壤濕度傳感器大多是SDI-12 接口的,國(guó)內(nèi)只有少數(shù)幾款提供了該接口且價(jià)錢偏高,最終選擇4 款SDI-12 接口傳感器(圖5)。

圖4 SDI-12 總線結(jié)構(gòu)Fig.4 SDI-12 Bus structure

圖5 SDI-12 接口傳感器實(shí)物Fig.5 SDI-12 interface sensor in kind

圖5 中的1 號(hào)傳感器為美國(guó)METER 公司(原Decagon 公司)的5TE,該傳感器接受3.6—15 V 直流供電,可測(cè)量出土壤介電常數(shù)(可換算為體積含水量)、土壤溫度和土壤EC 值;2 號(hào)傳感器為美國(guó)STEVENS公司的HydraProbe Lite,接受9—20 V 直流供電,可直接測(cè)量出土壤體積含水量,并且提供土壤介電常數(shù)和土壤溫度值;3 號(hào)傳感器是美國(guó)Campbell Scientific 公司的CS650,該傳感器為6—18 V 直流供電,可直接測(cè)量出土壤體積含水量、介電常數(shù)和溫度;4 號(hào)傳感器為國(guó)產(chǎn)的一款SDI-12 接口傳感器,型號(hào)為MT-10,3.6—16 V 直流供電,可測(cè)量出介電常數(shù)和溫度,土壤濕度值需根據(jù)公式換算。

1.2.2 SDI-12 協(xié)議數(shù)據(jù)采集流程

由于SDI-12 規(guī)定了通信接口的底層電氣特性和上層數(shù)據(jù)格式,所以這4 款傳感器可以接在一個(gè)串口上使用同一套程序讀取數(shù)據(jù),區(qū)別在于不同傳感器有不同的地址,且返回測(cè)量值的轉(zhuǎn)換和解析方式不同,讀數(shù)流程如圖6 所示。 由讀數(shù)流程可見(jiàn),每次數(shù)據(jù)采集都需要和傳感器進(jìn)行2 次交互,第一次交互為發(fā)送“aM!”命令,告訴傳感器開(kāi)始測(cè)量,命令中的字符a 為傳感器地址,應(yīng)保證總線上每個(gè)傳感器的地址都是唯一的;傳感器收到之后返回“a0023”告訴主機(jī)等待2 s 之后傳感器可測(cè)量出3 個(gè)數(shù)值,主機(jī)等待2 s 之后再發(fā)送獲取測(cè)量值命令“aD0!”,傳感器收到后返回測(cè)量值,以5TE 為例,其返回?cái)?shù)據(jù)為“a+1.12 +0.00 +27.0”,地址a 之后的數(shù)據(jù)依次為介電常數(shù)、電導(dǎo)率和溫度,至此一次數(shù)據(jù)采集過(guò)程完成。 測(cè)量時(shí)使用的所有通信命令均為ASCII 碼,且所有命令都以回車換行符( )結(jié)束。

圖6 SDI-12 協(xié)議讀數(shù)程序流程Fig.6 Flow of SDI-12 protocol reading program

數(shù)據(jù)采集到之后,HydraProbe Lite 和CS650 兩款傳感器可直接獲取土壤的濕度數(shù)據(jù),只需從返回的數(shù)據(jù)包中提取即可。 而5TE 和MT-10 的返回?cái)?shù)據(jù)中并沒(méi)有直接的土壤濕度數(shù)據(jù),需要先提取出土壤介電常數(shù)數(shù)據(jù),再根據(jù)廠家提供的公式進(jìn)行換算才能得到相應(yīng)的體積含水量。 需要指出的是,4 款SDI-12 接口的傳感器均能測(cè)量出土壤的介電常數(shù),并且都提供了針對(duì)不同土壤類型的換算公式,因此可以得到較為準(zhǔn)確的土壤濕度值。 SDI-12 協(xié)議使用單線總線和ASCII 碼進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,并且每次數(shù)據(jù)采集都要和傳感器進(jìn)行兩次數(shù)據(jù)交互,這和Modbus RTU 協(xié)議相比是沒(méi)有優(yōu)勢(shì)的。

1.3 模擬接口傳感器

模擬信號(hào)是指用連續(xù)變化的物理量所表達(dá)的信息,如溫度、濕度、壓力、長(zhǎng)度、電流、電壓等物理量。計(jì)算機(jī)要對(duì)其進(jìn)行處理首先必須進(jìn)行數(shù)字化,也就是進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,模數(shù)轉(zhuǎn)換有很多種方式[16-18],本研究使用的是控制器STM32ZET6 自帶的ADC 模塊實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。 本研究選擇的4 款模擬接口的傳感器輸出的均為電壓信號(hào),這個(gè)電壓信號(hào)隨土壤含水量的變化而變化,可以根據(jù)相應(yīng)的公式轉(zhuǎn)換為土壤濕度值。

圖7 為本研究選取的4 款模擬信號(hào)傳感器的實(shí)物圖,其中1 號(hào)傳感器為美國(guó)METER 公司的EC-5;2號(hào)傳感器為英國(guó)delta-t 公司的SM150T;3 號(hào)傳感器為澳大利亞ICT 公司的MP406;4 號(hào)傳感器為濟(jì)南海庫(kù)物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司的HKSHC03S。 如表2 所示,4 款傳感器的輸出信號(hào)均為電壓,所以數(shù)據(jù)采集程序比較簡(jiǎn)單。 首先進(jìn)行AD 轉(zhuǎn)換,將傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值,再根據(jù)數(shù)字電壓值和傳感器提供的換算方法得到最終的土壤濕度值。 具體的轉(zhuǎn)換方法各個(gè)傳感器廠家都有提供,圖8 為MP406 輸出電壓與相應(yīng)濕度的對(duì)照,每次測(cè)量一個(gè)電壓值后通過(guò)查表法即可得到濕度值。 圖7 中的3 號(hào)和4 號(hào)傳感器支持查表法,查表法是一種簡(jiǎn)單的數(shù)值映射方法,很多中間值需要估算,所以測(cè)量不精確。 更精確的轉(zhuǎn)換方法是公式換算,三款國(guó)外模擬接口傳感器均提供有換算公式,且根據(jù)不同土壤類型提供了不同的換算方法。

圖7 模擬接口傳感器實(shí)物Fig.7 Analog interface sensor in kind

圖8 MP406 輸出電壓與土壤濕度的對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.8 Relationship between MP406 output voltage and soil moisture

表2 模擬接口傳感器參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Analog interface sensor parameter statistics

2 硬件平臺(tái)搭建

硬件平臺(tái)是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳輸層與感知層的接口,負(fù)責(zé)從感知層獲取信息并將其發(fā)送給傳輸層。 本研究搭建的硬件平臺(tái)以意法半導(dǎo)體公司的一款微控制器STM32ZET6 為核心,該微控制器采用LQFP144 封裝,有512k flash、64k RAM、5 個(gè)串口、21 個(gè)ADC 通道、112 個(gè)IO 口,具有足夠快的運(yùn)行速度、足夠大的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間、足夠多的硬件接口來(lái)滿足多個(gè)傳感器的接入要求。 硬件平臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖9 所示,SDI-12 接口和RS485 接口都屬于數(shù)字接口,二者和主控通信都是雙向的,且均需相關(guān)的電平轉(zhuǎn)換模塊;模擬接口傳感器通信是單向的,信號(hào)只從傳感器到主控,主控將傳感器模擬信號(hào)數(shù)字化后轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的土壤濕度值;另外,硬件平臺(tái)還實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的本地存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程傳輸功能,并配置了UPS 電源和電壓監(jiān)測(cè)模塊,以保證供電的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

圖9 硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)Fig.9 Hardware platform structure

硬件平臺(tái)搭建完成后將設(shè)備布設(shè)在位于上海市閔行區(qū)的某蔬菜種植基地,以30 min 一次的頻率進(jìn)行土壤濕度數(shù)據(jù)的持續(xù)采集,采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存至云服務(wù)器中,圖10 為保存的部分?jǐn)?shù)據(jù)。 圖10 中數(shù)據(jù)包含采集器編號(hào)(C0088)、采集時(shí)間、采集器電壓值以及各個(gè)傳感器的具體數(shù)據(jù)。 采集器下共接入了12 個(gè)傳感器,編號(hào)為WS1—WS12,其中WS1—WS4 為485 接口傳感器、WS5—WS8 為SDI-12 接口傳感器、WS9—WS12 為模擬接口傳感器。 每個(gè)編號(hào)后面的數(shù)據(jù)依次為土壤溫度值和土壤濕度值,圖中的“------”表示該傳感器僅能測(cè)量濕度,不支持溫度測(cè)量。

圖10 采集數(shù)據(jù)截圖Fig.10 Screenshot of collected data

3 結(jié)論

本研究以土壤濕度傳感器接入農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知層為目的,選取了國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的12 種土壤濕度傳感器,對(duì)其通信接口和通信協(xié)議進(jìn)行研究,并編程實(shí)現(xiàn)對(duì)了對(duì)所選全部傳感器數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程采集。 本研究將所選取的12 種國(guó)內(nèi)外土壤濕度傳感器按接口類型分為RS485 接口、SDI-12 接口和模擬接口三大類,分別對(duì)這3 類接口進(jìn)行了信號(hào)采集和通信協(xié)議研究,并以STM32 微控制器為硬件平臺(tái)按照各自的通信協(xié)議編程實(shí)現(xiàn)了對(duì)這3 類接口傳感器的數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)化,獲取到了相應(yīng)的土壤濕度數(shù)據(jù)。

3.1 目前土壤濕度傳感器中數(shù)字接口與模擬接口并存,模擬接口的傳感器以電壓輸出和電流輸出為主流,最終要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換才能獲取濕度值;數(shù)字接口中RS485 與SDI-12 接口占主流;對(duì)比研究發(fā)現(xiàn),國(guó)內(nèi)傳感器以Modbus 協(xié)議為主流,國(guó)外傳感器多使用SDI-12 協(xié)議,而模擬接口是一種國(guó)內(nèi)外廠商都保留的接口類型。

3.2 數(shù)字接口的通信協(xié)議中有的既定義了物理層的電氣特性又定義了傳輸層的數(shù)據(jù)格式,如SDI-12;而有的只定義了物理層的電氣特性,傳輸層的數(shù)據(jù)格式可選用其他通信協(xié)議,如RS485 接口,既可以使用Modbus RTU 協(xié)議也可以使用Modbus ASCII 協(xié)議,甚至也可以自定義一套私有協(xié)議。 但從協(xié)議通用性角度來(lái)看,私有協(xié)議沒(méi)有優(yōu)勢(shì)且使用不便,如本研究1.1 節(jié)介紹的SMT-100 傳感器。 通用協(xié)議中主流的是SDI-12 和RS485 +Modbus RTU,前者在硬件連接上只需3 根線纜,比后者少一根略有優(yōu)勢(shì),但在數(shù)據(jù)傳輸格式上,前者使用ASCII 碼,同樣長(zhǎng)度數(shù)據(jù)包所攜帶的信息量遠(yuǎn)不如后者所使用的二進(jìn)制方式。 因?yàn)锳SCII 碼的主要優(yōu)勢(shì)是便于計(jì)算機(jī)顯示,但在物聯(lián)網(wǎng)感知層數(shù)據(jù)的處理過(guò)程不需要顯示給用戶,所以傳輸效率應(yīng)該是首要考慮的因素;其次,SDI-12 協(xié)議每一次讀數(shù)都需要與傳感器進(jìn)行2 次交互,且交互過(guò)程中需要主機(jī)根據(jù)從機(jī)返回狀態(tài)進(jìn)行不定時(shí)長(zhǎng)的等待,這無(wú)疑會(huì)增加讀數(shù)失敗的概率。 而RS485 +Modbus RTU 協(xié)議只需執(zhí)行一次交互即可讀出一個(gè)或多個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù);最后,SDI-12 在通信時(shí)沒(méi)有進(jìn)行校驗(yàn),數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)時(shí)無(wú)法被發(fā)現(xiàn)。 所以,對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)感知層的多傳感器大規(guī)模應(yīng)用而言,RS485 +Modbus RTU 無(wú)疑是目前最好的選擇。

3.3 模擬接口作為一種最原始的接口,在土壤濕度傳感器上仍被諸多廠家所保留。 這種接口獲取土壤濕度值需要先進(jìn)行AD 轉(zhuǎn)換,之后再根據(jù)查表法或復(fù)雜的換算公式才能得到具體的土壤濕度值,其測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性取決于廠商提供的校準(zhǔn)公式,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程通常較為復(fù)雜,所以這類傳感器只適用于PLC 或者其他現(xiàn)場(chǎng)灌溉控制器,不適用于作為物聯(lián)網(wǎng)的感知層設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。