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    种无线节水滴灌自动控制系统的设计方案

      发布时间:2018-03-23 01:44

      随着人口的增长和农业的发展,随着全球变暖造成的干旱问题日益严重,世界水资源的需求量越来越大,水资源紧缺已成为全世界人民共同关注的问题。滴灌技术是通过干管、支管和毛管上的滴头,在低压下向土壤经常缓慢滴水,可直接向土壤供应已过滤的水分、肥料或其他化学剂等的一种实用技术。大田自动滴灌技术具有大幅度提高水的利用率、减少土壤结构破坏、改善生态环境、提高经济效益的作用,是一种高效节水的新型灌溉技术,目前已经成为实施高效、精准灌溉的重要水资源管理技术措施。近年来,随着无线信息传输技术的发展,ZigBee 无线网络以其低成本、低功耗、低速率、近距离、短延时、高安全等特点,在现代农业发展中得到高度关注[1].本设计将传感器技术、F103VET6单片机、ZigBee无线通信技术相结合,提出了一种的设计方法,并开发了基于的田间控制器。系统针对不同农作物在不同生长时期对水分的需求情况,依据土壤湿度与环境温度,能够与基于开发平台的网关通过ZigBee无线网络进行通信,由田间控制器精准科学地控制灌水位置、灌水时间、灌水量、灌水质量,实现了农作物的适时自动滴灌,为作物生长提供良好的条件。系统为实现大面积农田的统一调度管理提供了基础,是一种理想

      系统采用无线传感网自组网的星型网络拓扑结构,总体组成如图1所示,由上位机、S3C6410网关(网络协调器节点)、CC2530 无线收发模块(ZigBee 通信模块)、终端控制节点以及执行机构组成.

      S3C6410网关是整个网络的协调器,负责自动搜寻网络中的终端节点,组织无线网络,并从终端节点取得上位机需要的数据,实现终端节点与上位机之间的通信。网关与终端控制节点通过基于ZigBee的CC2530无线收发模块进行组网通信,由一个网络协调器用的主机模块和若干个从机终端模块组成。终端控制节点是基于STM32的田间控制器,田间控制器(1)放在主管道上,配有液位传感器、压力传感器及流量传感器,执行机构是调节水压大小的变频器。田间控制器(2)~田间控制器(n)完全相同,放在每块田地里,配有SHT11 土壤温湿度传感器,一个终端节点模块可以根据需要连接多个测温湿度的探头,执行机构是控制滴灌开闭的电磁阀。

      上位机发送采集指令,经由S3C6410 网关,利用CC2530 无线收发模块将指令发送给基于STM32 的田间控制器;各传感器节点将检测到的数据上传到STM32 田间控制器,然后由它通过CC2530无线收发模块同样经由网关将数据发送到上位机中;上位机对接收到的数据进行智能处理和决策,例如对湿度值进行排序、得到湿度值较小的几块田地,并据此对STM32田间控制器发送开启这几块田地电磁阀的命令,从而实现自动滴灌。

      在田块面积大,需要控制上百个电磁阀门的大规模灌溉区域,可将图1部分连接传感器的终端节点替换为路由节点,路由节点及终端节点均装备传感器。ZigBee无线传感网络将由一个网关协调器节点、适当数目的路由器节点和多个终端节点组成,路由器和终端通过内部程序进行设置,且在一定距离内均可与网关直接通信。统采用休眠唤醒机制,实现了低功耗运行。

      rupt模式,按ZigBee协议实现无线传输功能和自组网功能。当网关系统上电时,作为协调器的ZigBee主节点启动和建立无线网络,当网络建立后,负责接收终端控制节点(STM32田间控制器)返回的信息,发送相应的控制信息到各个田间控制器中。

      ZigBee是基于IEEE 802.15.4协议的一个开放式的标准,具有低成本、低功耗、低速率的特点,可同时无线连接大量不同的电子设备。设计选用TI公司最新推出的CC2530芯片作为控制器的微处理器,它集成了一个高性能2.4 GHz直接序列扩频射频收发器、一个增强型单周期的8051 CPU 和一个DMA 控制器,具有8 KB 的SRAM、32/64/128 KB的片内FLASH存储器、2个支持多种串行通信协议的USART、8通道8?14位ADC、定时器和21个可编程的I/O引脚,具有宽电压范围(2~3.6 V)、低功耗和电源电量可监控等特点[3].在ZigBee协议栈中UART 具有中断、DMA 两种模式,本文设计中均采用UART的中断模式。