水在农业生产中作用和重要性不言而喻，土壤墒情是政府决策部门实现节水的重要依据，是农牧业抗旱和合理配置水资源的重要依据。农业是我国用水大户，用水量约占整个水资源利用总量的80%。将信息技术应用于农业，开展基于信息技术的土壤墒情监测控制可以有效解决农业节水问题，实现适时适量灌溉，从而达到节水、增产的目的[1]。因此，开展土壤墒情的自动监测对于我国农业和经济发展具有重要意义。
1 监测系统总体结构
    土壤墒情指土壤的含水量及土壤湿度，即土壤的干湿程度，可用土壤中水的质量占烘干土重的百分数表示：土壤含水量=土壤中水质量/烘干土重×100％。也可以是土壤含水量相当于田间持水量的百分比，或相对于饱和水量的百分比等相对含水量表示。根据土壤的相对湿度、土壤含水程度对于灌溉具有重要参考价值[2]。
    基于S3C2410的土壤墒情采集监测系统可以实现对墒情信息的自动、连续采集与监测。监测系统由前端数据采集和后端灌溉控制两个主要部分组成，如图1所示。

    前端采集部分主要包括传感器、采集器、控制器和电磁控制阀门等。传感器用于采集土壤的水分、温度以及空气湿度等数据；采集器用于接收土壤传感器或其他传感器收集到的各项信息，并将数据通过无线模块发送到后台服务器；控制器通过无线方式接收中央控制系统发布的灌溉控制命令，对水泵进行控制；电磁控制阀门收到控制命令后，直接进行灌溉控制。
    后端数据处理与控制部分主要是由计算机和软件系统组成，对接收的土壤信息进行数据处理和分析，并作出灌溉决策。灌溉时间和灌溉量以土壤墒情数据和水量平衡方程为依据。为保证测量的准确性，本系统选用AQUA-TEL-TDR土壤水分传感器对土壤墒情进行测量，该传感器采用环氧树脂材料设计，适用于测量各种类型土壤的含水量，采用杆式设计，感应部分48 cm，可长期埋于土壤中，功耗低、重量轻、便于携带、测量结果准确，可以直接输出电信号。
2 嵌入式核心板设计
    本系统采用基于ARM处理器的嵌入式系统，主要由核心板与底层接口电路扩张板两部分构成。系统硬件结构如图2所示,系统以S3C2410嵌入式处理器为核心，外扩SDRAM/Flash模块用于数据存储，总线模块负责对传感器的信号采集和传送，显示部分由可触摸LCD实现,土壤墒情数据由GPRS模块无线传输至后端服务器。

    2.1 S3C2410处理器
   S3C2410是三星基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器，主要面向手持设备等高性价比、低功耗的应用。ARM920T核由ARM9TDMI、存储管理单元(MMU)和高速缓存三部分组成。其中MMU可以管理虚拟内存，高速缓存由独立的16 KB地址和16 KB数据高速Cache组成。
    S3C2410 集成了一个具有日历功能的RTC和具有PLL（MPLL和UPLL）的芯片时钟发生器。MPLL 产生主时钟,能够使处理器工作频率最高达到203 MHz[3]。S3C2410 将系统的存储空间分为8 组(Bank)，每组的大小是128 MB，共1 GB。Bank0到Bank5 的起始地址是固定的，用于ROM 或SRAM。Bank6和Bank7 用于ROM、SRAM或SDRAM,这两个组可编程且大小相同。Bank7的起始地址是Bank6 的结束地址，S3C2410 采用nGCS[7:0] 8个通用片选信号选择这些组。S3C2410支持从Nand Flash 启动，系统采用Nand Flash与SDRAM 组合，性价比高。S3C2410有三种启动方式，可以通过OM[1：0]管脚进行选择。
2.2 Nand Flash
    Nand Flash内存是Flash内存的一种,系统采用K9F1208U0C型64 M×8 bit的Nand Flash Memory。该芯片以每片16 MB的容量能存储512 Mbit总量,额定电压3.3 V，其内部采用非线性宏单元模式，为固态大容量内存的实现提供了高性价比解决方案。
2.3 SDRAM
    SDRAM即同步动态随机存取存储器，它将CPU和RAM通过一个相同的时钟锁在一起，使得RAM和CPU能够共享时钟周期，从而解决了CPU和RAM之间的速度匹配问题，避免了在系统总线对异步DRAM进行操作时同步所需的额外等待时间，可加快数据的传输速度。本系统所采用的HY57V561620FTP-H由4组4 M×16 bit存储单元组成。
    当处理器以Nand Flash模式启动时,内置的Nand Flash控制器将访问控制接口,将代码自动加载到内部SRAM中运行[4]。SRAM中的引导程序将操作系统镜像加载到SDRAM中，操作系统可在SDRAM运行。SDRAM放在系统存储空间的Bank6，片选信号需与处理器的nGCS6相连,处理器的DATA0～DATA15管脚连接第一片的数据线，DATA16～DATA31管脚连接第二片,地址线ADDR24、ADDR25和ADDR26组成SDRAM的Bank选择信号，实现存储容量扩充。时钟、片选、数据输入/输出掩码控制等与S3C2410相应的接口相连。
2.4 CS8900A网卡
    本系统采用CS8900A网卡集成芯片，该芯片具有片内4 KB RAM,适用于I/O操作模式、存储器操作模式和DMA操作模式，最大电流消耗为55 mA(5 V电源)，全双工操作。CS8900A支持的传输模式有I/O、Memory和DMA三种模式，其中I/O模式是访问CS8900A存储区的默认模式，简单易用。要实现CS8900A与主机之间的数据通信，在电路设计时可根据具体情况灵活选择数据传输模式。
3 扩展板设计
    底层板主要包括电源转换电路、串口通信电路、GPRS接口电路、液晶屏接口电路、复位电路等，为核心板提供良好的扩展功能。
3.1电源电路
    设计在嵌入式系统中的电源系统具有重要作用[5]。S3C2410处理器、存储器、触摸屏和RS232的电平转换模块采用3.3 V供电，本系统选用具有优越性能的AMS1117-3.3转换外部电源产生3.3 V电压，如图3所示。为提高抗干扰能力，可在电路中增加滤波电容，并在输出端加入发光二极管显示工作状态，输入端前置总开关S1，控制整个系统关闭。

    无线通信模块MC39i正常工作电流变化较大，其工作电压要求在3.3 V时的波动不超过0.4 V。因此，电源电路采用R1224N102E高性能芯片,如图4所示。R1224N102E是RICOH提供的一个PWM/WFM转换器，它的晶振频率为500 kHz，效率高达90%，待机电流低至0 μA，CEM9435A是一个PMOS晶体管，它有多个S级和D级，可提供较大的电流输出能力。

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