范钧
渊成都工业学院电气与电子工程系袁成都远员员苑猿园冤
摘要院针对目前农业水资源紧缺且农业用水浪费严重的问题袁提出了一种节水灌溉自动控制方案遥该方案以微控制器为核心器件袁采用无线通信的方式袁通过远程控制系统实时采集参数袁并以此为依据实时调整阀门开合程度袁从而达到节水灌溉的目的遥该设计具备较好的实用性袁有效地实现了节水灌溉遥关键词院无线通信曰节水灌溉曰实时曰微控制器中图分类号院杂圆源曰杂圆苑缘
文献标识码院粤
文章编号院0439原愿114渊圆园13冤19原4795-05
DesignofAutomaticControlSystemforWater-SavingIrrigation
FANJun
渊阅藻责葬则贼皂藻灶贼燥枣耘造藻糟贼则蚤糟葬造葬灶凿耘造藻糟贼则燥灶蚤糟耘灶早蚤灶藻藻则蚤灶早袁悦澡藻灶早凿怎栽藻糟澡灶燥造燥早蚤糟葬造哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁悦澡藻灶早凿怎远员员苑猿园袁悦澡蚤灶葬冤粤遭泽贼则葬糟贼院陨灶增蚤藻憎燥枣贼澡藻糟怎则则藻灶贼泽澡燥则贼葬早藻燥枣葬早则蚤糟怎造贼怎则葬造憎葬贼藻则则藻泽燥怎则糟藻泽葬灶凿seriouswasteinagriculturalwateruse袁葬灶葬怎贼燥鄄
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憎葬贼藻则原泽葬增蚤灶早遭赠蚤则则蚤早葬贼蚤燥灶憎蚤则藻造藻泽泽泽糟澡藻皂藻糟燥皂皂怎灶蚤糟葬贼蚤燥灶憎葬泽责则藻泽藻灶贼藻凿援栽澡藻责则燥早则葬皂皂藻贼燥燥噪贼澡藻葬灶凿皂蚤糟则燥糟燥灶贼则燥造造藻则遭葬泽藻凿燥灶贼澡藻葬泽责葬则葬皂藻贼藻则泽袁
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中国农业发展目前面临着两大主要问题院一方的功能袁并能根据采集到的有关作物生长的环境参面国民经济尧生态建设的迅猛发展导致对水资源的数及所需水量来控制给水的时间和流量遥
需求量越来越大袁但是袁中国目前的水资源严重不足曰另一方面中国农业用水量约占总用水量的愿园豫员系统总体设计方案左右袁但有效利用率仅在源缘豫左右袁而欧美发达国目前袁国外普遍采用大型分布式微机测控技术家一般在苑园豫耀愿园豫袁这导致中国农业用水浪费现象实现节水灌溉自动控制遥该技术方案摆脱了传统的非常严重咱员暂全凭经验灌溉的灌溉模式袁为多种技术的融合袁根因此袁在水资源严重不足的情况下遥
袁如何有效据采集到的土壤参数尧温湿度等环境参数来决定灌解决农业用水短缺问题显得迫在眉睫遥方法大致有溉量与灌溉时间遥因此袁系统分中央控制系统和远两种院开发新的水资源袁但是袁此方法投资大尧见效程测控系统两部分进行设计袁其系统结构图如图员遥慢袁受地理环境影响异常明显曰另一种方法是发展其中晕为远程测控系统的个数咱猿暂节水灌溉遥节水灌溉是遵循作物不同生长发育阶段控制系统渊主站冤主要由微控制器与主遥由图员孕悦可见机构成袁中央
遥的需求规律而进行的适时灌溉袁利用尽可能少的水远程控制系统渊子站冤主要实现参数的选定与测量尧获得尽可能多的农作物产出的一种灌溉模式咱圆暂信息数据传输与处理尧控制执行机构的动作等功
方法投资相对较小袁既有可能实现农业灌溉的自动遥此能遥系统选择无线通信方式实现主站与子站之间的
化袁又可能极大提高水资源的利用率遥
信息传输袁其系统框图如图圆咱猿暂基于此袁提出一种节水灌溉自动控制系统设计系统主要分为信号采集模块遥
尧数据处理模块尧方案袁设计了一个基于单片机的节水灌溉自动控制数据无线处理模块尧控制模块尧软件模块这缘大功系统袁具有实时显示检测数据和实时上传检测数据
能模块遥因此袁选择土壤水分尧空气的湿度尧空气的
收稿日期院圆园员猿原园员原圆圆作者简介院范钧渊员怨愿园原冤袁女袁四川仁寿人袁讲师袁硕士袁从事电气工程与自动化的研究工作袁渊电话冤员猿缘缘愿愿怨圆圆园远渊电子信箱冤枣躁怎灶员怨愿园岳员远猿援糟燥皂遥.com.cn. All Rights Reserved.4796
湖北农业科学2013年
制系统通过相应器件采集土壤水分尧温度尧湿度等参数后袁经过信号调理尧模数转换后袁通过无线方式传输给主站袁主站以此为依据控制阀门水量的大小袁也就是确定开关开合的程度遥其间袁主站中微控制器与主圆援员援员孕悦但是机之间采用常用的微控制器与孕悦机之间采用有线通信方式孕悦机的接口电路遥
袁由于砸杂原圆猿圆电平标准与单片机砸杂原圆猿圆标准进行数据传输微控制器与栽栽蕴逻辑的袁
图员
系统结构图
电平标准不兼容袁因此袁必须使用电平转换芯片实现二者之间的电平匹配遥在本设计中袁选用最常用的酝粤载圆猿圆芯片来实现电平匹配袁其接口电路图如
图猿所示咱源暂如图猿遥
所示袁栽载阅与酝粤载圆猿圆的栽圆蚤灶相连袁经过酝粤载圆猿圆转换后袁栽圆燥怎贼输出的信号进入砸载阅遥同理袁栽载阅与酝粤载圆猿圆的砸圆蚤灶相连袁经过酝粤载圆猿圆转换后栽栽蕴袁砸圆燥怎贼输出的信号进入砸载阅遥如此袁便可实现孕悦圆援员援圆机之间的通信链路接口完成与砸杂原圆猿圆之间的逻辑电平转换遥
袁使单片机与图圆系统框图
具备杂孕陨无线射频收发接口电路接口袁所以要利用软件模拟由于本单片机不温度猿个参数作为灌溉的因素袁测量元件就是测量
这3个参数遥具体器件选择如下院淤空气温湿度测成的无线收发电路如图源所示遥
遥由杂孕陨孕栽砸愿园园园接口来实现单片机与孕栽砸愿园园园之间的通信咱缘暂构
量元件选用悦匀栽原宰灾园圆温湿度变送器曰于粤辕阅转粤酝尧悦阅在图分别与单片机的源中袁孕栽砸愿园园园的孕猿援圆尧孕猿援源3个状态输出信号换器选用榆粤阅悦园愿园愿曰盂电磁阀选用分布式电磁阀和孕猿援缘管脚相
阅砸尧虞无线通信模块选用壤水分测量元件采用核心控制器选用常见的圆云杂运栽阅砸猿粤栽愿怨解调方式的型水分传感器系列单片机孕栽砸愿园园园曰曰遥
曰愚土
连粤酝杂111苑袁以此实现无线模块与单片机的通信控制遥其中袁
孕栽砸愿园园园是低压差三端电压调节器袁旨在为圆系统硬件设计圆援圆子站硬件设计
提供合适的电压遥
子站主要完成对传感器信号的采集及处理并
圆援员主站硬件设计
控制电磁阀动作袁达到自动灌溉的目的袁由控制单如前所述袁主站的功能主要体现如下院通过无片机尧粤辕阅转换模块尧土壤水分传感器尧温湿度变送线通信方式实现与子站之间的信息传输袁即远程控
器和电磁阀组成遥
图猿微控制器与计算机的接口电路
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图源无线射频收发接口电路
圆援圆援员
哉粤苑源员土壤水分检测电路设计采用运算放大器
钟袁所以时钟信号端悦蕴运通过两个阅锁存器的分宰粤栽耘砸蕴袁吟灾越宰粤栽耘砸遥来实现减法电路袁其中灾匀越宰粤栽耘砸匀袁灾蕴越频采集数据之前袁对于运算放大器电路如图哉粤苑源员缘所示一定要调遥注意在粤阅悦园愿园愿与单片机的时钟相连遥如图远所示振袁通过两个的转换速度所限制阅锁存器的分频后袁系统使用袁粤阅悦园愿园愿圆酝匀扎袁由于
悦蕴运的晶端零遥
的时钟频率为圆援圆援猿其中袁四个晶体管的作用是使得共阳极的显示接口电路圆酝匀z辕源越缘园园显示接口电路如图k匀扎遥
蕴耘阅苑所示正常遥工作袁在蕴耘阅每个光二极管前加了一个限流电阻袁是避免蕴耘阅发光二极管因电流太大而烧坏或寿命减少圆援圆援源遥
于单片机的输出电流比较小辅助控制单元设计淤袁电磁阀控制单元不能驱动电磁阀工遥由作袁所以需接一晶体管进行电流放大从而驱动电磁阀工作袁在继电器两端反并一个二极管的作用是防止继电器因过大的电流烧坏或寿命减少遥电磁阀控图缘土壤水分检测接口电路
制电路如图愿葬所示遥于报警电路设计遥大部分都是圆援圆援圆粤辕阅转换接口电路粤阅悦园愿园愿没有内部时
使用蜂鸣器来提示或报警袁具体如图愿遭所示遥
图远粤辕阅转换接口电路
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图苑显示接口电路
ab图怨主程序流程图
ab葬.图电磁阀控制单元愿辅助控制单元电路
曰遭.报警单元猿系统软件设计猿援员主站软件设计
设计中单片机的主要功能是实现土壤水分尧温湿度等参数的实时接收尧发射以及数据的串口发a.接收子站流程图送袁因此袁功能相对较少袁在实际设计中只需要合理图员园孕栽砸曰b.发送子站流程图软件设计
地初始化外围芯片以及特殊功能寄存器袁便可实现数据的实时传输袁其主程序流程图如图怨所示遥此猿援圆援圆
外袁在系统设计中袁孕栽砸愿园园园为无线收发模块袁功能粤数据处理程序设计数据处理主要是将从
到与实际情况最相符的数据辕阅采集来的数据经过一定的软件算法处理后袁即误差最小袁其程序袁得是接收数据并发送数据袁其流程图如图员园葬与员园遭流程图如图所示遥
猿援圆猿援圆援猿
猿援圆援员系统子站软件设计数据采集程序设计
数据采集主要是指经
苑源蕴杂员猿愿数据显示程序设计
员圆所示咱远暂遥显示数据经过译码器
据显示子程序主要完成将待显示的数据移出单片和驱动苑源蕴杂源苑将数据送至蕴耘阅显示遥数传感器采集过来的电压信号袁经粤辕阅转换后送到单机袁送至译码器苑源蕴杂员猿愿和驱动器苑源蕴杂源苑袁其程序片机袁再通过单片机的软件处理为此电压信号对应流图如图员猿咱苑暂的湿度尧温度和土壤水分信号袁其流程图如图员员所
此外袁电磁阀程序设计流程图如图遥
员源所示遥
示咱远暂遥
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图员员数据采集流程图
图员圆数据处理流程图
源小结设计通过远程控制实施节水灌溉袁实现了实时显示检测数据和实时上传检测数据的功能袁并能根据采集到的有关作物生长的环境参数及所需水量来控制给水的时间和流量遥通过无线遥控节水灌溉
图员猿数据显示流程图
图员源电磁阀控制流程图
技术可节省人力物力袁解决当前水资源短缺却又浪费的紧张局势遥主站和子站之间采用无线传输袁克服了传统有线传输的地域限制袁实现了站点之间的数据传送遥此外袁通过温湿度和水分传感器采集作物土壤及周围环境的信息袁可较全面地体现农作物的需水状况袁且节约成本袁有效地实现了节水灌溉遥
参考文献院
咱员暂唐思航北京社会科学袁韩晓琴袁圆园员园渊圆冤院苑远原愿员援援转变农业发展方式是发展现代农业的关键咱允暂援咱圆暂李秀娟肥工业大学援现代化农业设施节水灌溉控制系统的研究袁圆园园苑援咱阅暂援合肥院合咱猿暂孙统研究燕袁咱允暂援曹成茂安徽农业科学袁马德贵援基于无线数据传输的节水灌溉控制系袁圆园员园袁猿愿渊猿冤院员源源源原员源源缘援咱源暂任园园今日科苑袁刘建平袁圆园园怨渊圆冤院员苑缘援援基于悦酝载苑员源猿的高速数传模块的硬件设计咱允暂援咱缘暂张农业网络信息武援无线通信模块袁圆园园苑渊圆冤院圆怨原猿圆援孕栽砸愿园园园在温室环境监测中的应用咱允暂援咱远暂缪鹏程徽农业大学援作物生长需水信息采集系统的设计与研究袁圆园园怨援咱阅暂援合肥院安咱苑暂章礼亮计咱阅暂援合肥援稻谷进仓湿度自动检测报警控制系统的研究与设院安徽农业大学袁圆园园怨援渊责任编辑王晓芳冤
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