土壤温湿度是树木生长的重要生态因素，土壤温湿度记录仪对森林土壤温湿度进行采集和掌握其变化规律具有重要意义。随着计算机和智能化检测技术的不断发展，嵌入式系统已成为各类数据采集的首选方案。同时，基于CDMA 1X的无线传输技术大大提高了嵌入式数据采集系统的可靠性和智能化程度。中国联通CDMA1X网络是在原有CDMA IS- 95基础上发展起来的，它支持TCP/IP、X. 25协议，可长期在线，非常适合于森林土壤监测数据的无线传输。本文主要介绍了基于CDMA 1X的土壤温湿度数据采集的子系统方案。
1 土壤温湿度记录仪系统组成及工作原理整个土壤温湿度记录仪系统由土壤温湿度数据采集子系统和远程监测接收子系统两部分组成，如图1所示。系统具有对土壤温湿度查询、存储、定时上报和预警（火灾或水灾）等功能。现场数据采集子系统由数据采集模块、CDMA模块和电源模块构成；监测接收子系统由服务器、显示控制计算机及监测服务器组成。系统的工作流程为：土壤温湿度传感器将检测到的数据通过CPU处理，以串行通信模式输出到CDMA DTU（Data TerminalUnit数据终端），DTU由CDMA 1X无线网络经Internet公网连接到数据接收系统。只要有CDMA网络的地方，就可进行无线的数据采集和传输，应用地域非常广泛。由于数据采集系统设置在森林里，采用了/太阳能电池板 蓄电池0的形式为采集系统供电。
2 数据采集子系统硬件电路设计数据采集子系统的结构如图2所示。
2. 1 采集子系统控制模块CPU控制器是整个采集土壤温湿度记录仪子系统的核心。考虑到成本和高处理性能的需要，嵌入式CPU选用SAMSUNG公司的低功耗32位RISC微处理器S3C44B0X。该芯片在ARM7TDMI基础上增加了8kB的Cache,内部集成了SDRAM控制器、2个串行接口控制器、5个PWM定时器及1个内部定时器、1个多主的I2C控制器和具有日历功能的实时时钟、看门狗、8路10位ADC等外围控制模块，具有功耗低、功能多及价格便宜等优点。S3C44B0X通过COM0转换成RS-232接口后直接与DTU模块相连接，完成对DTU模块的初始化和基于CDMA的数据收发功能。系统中的GPS模块则通过S3C44B0X的COM1与CPU进行通信。S3C44B0X自身不具有ROM,需外接ROM来存储掉电后仍需要保存的代码和数据。本系统采用SST39VF160闪速存储器（Flash Memory）作为系统的ROM,可轻易擦写。器件容量为1MB@16,与S3C44B0X接口如图3所示。SST39VF160为程序存储器（内含处理器的启动代码），映射在处理器的Bank0区域内，其片选端与处理器的nGCS0相连。为提高程序运行的速度和效率，系统扩展了SDRAM作为程序数据暂存空间，其型号为IS42S16400,存储空间为1MB16#4Bank,共64MB,数据总线宽度为16,其接口电路如图4所示。土壤温湿度传感器为昆仑工控公司的JWSL-5保护型温湿度变送器，输出模拟信号电压为0-5V,输入到S3C44B0X的AIN引脚，由S3C44B0X内部ADC进行模数转换； S3C44B0X具有一个8通道的ADC,每通道的分辨率为10bi,t最高转换速率为100KSPS,输入带宽为0~100Hz,输入电压��围为0~2. 5V,可以满足系统数据巡回采集的需要。
2. 2 CDMA 1X传输模块远程数据传输CDMA DTU对上建立CDMA 1X无线通信链路，对下提供RS-232用户数据接口。DTU选用中兴公司的移动Modem MG801A,该模块内嵌TCP/IP协议栈，最高支持153. 6kbit/s的数据传输速率，直接提供RS232/422/485接口，为用户的数据设备提供透明、全双工和对等的数据传输通道。采集子系统开机就能自动附着到CDMA 1X网络上，与数据接收子系统建立通信链路，随时收发数据。DTU使用前，需对其进行初始化配置，选择适宜的工作模式。其主要配置为：每一个DTU设定唯一的SIM卡号，该卡号可以作为下位机的ID被数据中心识别和管理。设定通信波特率，可根据森林土壤温湿度检测实际需要。本设计方案选用1200bit/s,同时设定上位机数据中心的IP地址，给予数据流指向。
2. 3 GPS经纬度采集模块本土壤温湿度记录仪设计选用Motorola公司出品的M12模块进行现场的经纬度数据采集。该模块具有12个并行通道，可同时接收12颗卫星信号。无SA时，单点定位模式的精度优于25m,采用串行通信输出口，具有丰富的输出信息（纬度、经度、高程、速度、航向和时间），用软件可选输出速率（连续式或询问式），采用TTL电平接口（0~3 v）和RTCM数据接口。M12模块支持Motorola二进制和NMEA0183两种数据格式输出模式。在二进制模式下，M12以9600bps速率输出数据和接收指令；在NMEA0183格式下，以4800bps速率输出数据和接收指令，M12默认Motorola二进制工作模式。S3C44B0X提供了两个独立的异步串行I/O口，本方案选择COM1口接收M12的数据，并对其发送相应的控制指令。
3 数据采集子系统软件设计土壤温湿度记录仪数据采集子系统软件主要包括操作系统移植模块、主体程序设计模块和A/D转换程序设计模块等。因为土壤监测要求实时性，本设计将具有较好实时性的嵌入式操作系统LC/OS-II移植到S3C44B0X上，要求系统在主函数中完成S3C44B0X的硬件初始化，然后进行操作系统各功能模块的初始化。操作系统共有3个任务模块，分别为主任务（传感器数据采集）、CDMA通信、GPS定位及数据采集。其中，主任务的优先级别最高，每隔4h进行一次数据采集、处理和发送。在接收PC机端，利用Matlab语言环境，采用其自带的TCP/IP控件，编制远程监测服务器（PC机）数据采集、储存、监测控制及操作界面等相关程序[7]。
4 结束本土壤温湿度记录仪设计采用嵌入式处理器为数据采集子系统的核心，以LC/OS-II为平台来开发采集子系统的监控程序。利用CDMA 1X网络和Internet为载体将数据发送至远程监测中心，实现了森林土壤参数的远程监测。根据实际需要，对系统中的相关模块进行裁减或改变采集子系统的传感器，也可用于其它的环境监测领域，具有广范的应用前景。