【摘要】：當(dāng)前,在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,大田多選用機(jī)井灌溉方式,使用人工操作水泵的形式來(lái)實(shí)現(xiàn),灌溉人員需要到井房現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作,自動(dòng)化程度低。該方式依賴(lài)于操作員的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用手動(dòng)操作,土壤墑情監(jiān)測(cè)不及時(shí)。人工計(jì)量計(jì)費(fèi),操作員通常需要步行于多個(gè)井房間進(jìn)行啟停水泵的操作,這造成了水資源和人力資源的大量浪費(fèi)。因此,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種針對(duì)于大田機(jī)井井群的灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于解決水資源日益短缺的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本有著非常重要的意義。 本設(shè)計(jì)針對(duì)不同距離的信號(hào)傳輸分別采用了ZigBee和GPRS作為無(wú)線(xiàn)通訊媒介,采用了無(wú)線(xiàn)模塊加控制器的模式,雙CPU工作。應(yīng)用多種傳感器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,組成無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò),結(jié)合了單片機(jī)、組態(tài)和通訊協(xié)議等形成了一套完整的監(jiān)控系統(tǒng)。 基于ZigBee技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)了帶有自定義地址的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò),確定了整體的方案。其次,對(duì)系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行選型設(shè)計(jì),硬件部分包括：無(wú)線(xiàn)模塊、單片機(jī)、GPRS模塊、土壤水分傳感器、土壤溫度傳感器、空氣溫濕度傳感器、交流接觸器、中間繼電器、三相保護(hù)器等器件的選擇,以及硬件電路設(shè)計(jì)、機(jī)井處電氣接線(xiàn)設(shè)計(jì)、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型等。軟件部分包括,采用IAR7.51A環(huán)境,ZigBee2007/PRO協(xié)議棧的CC2530程序設(shè)計(jì),并進(jìn)行了自定義地址的識(shí)別與低功耗設(shè)計(jì)；單片機(jī)程序設(shè)計(jì),采用Keil UV4開(kāi)發(fā)環(huán)境,包括通訊協(xié)議、ModbusRTU協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)、采集節(jié)點(diǎn)與機(jī)井節(jié)點(diǎn)的主控程序設(shè)計(jì)：組態(tài)王上位機(jī)開(kāi)發(fā),包括界面設(shè)計(jì)、GPRS通訊參數(shù)設(shè)定,采集數(shù)據(jù)處理儲(chǔ)存等。上位機(jī)監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)了信息采集處理與機(jī)井水泵控制以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、趨勢(shì)曲線(xiàn)、報(bào)表等功能,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)端的監(jiān)控。最后對(duì)系統(tǒng)部分及整體進(jìn)行了測(cè)試與分析。 設(shè)計(jì)了自定義的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的通訊數(shù)據(jù)格式,并在數(shù)據(jù)幀中預(yù)留了多個(gè)字節(jié),便于系統(tǒng)的擴(kuò)展與移植；自定義地址通過(guò)主控板上的8位跳線(xiàn)進(jìn)行設(shè)置,使用地塊號(hào)加設(shè)備號(hào)的識(shí)別方式,地址的識(shí)別功能在CC2530中進(jìn)行,在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸層面過(guò)濾掉無(wú)用信息,大幅度減少主控制單片機(jī)中斷次數(shù)；將采集的電壓值對(duì)應(yīng)的ADC寄存器數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)缴衔粰C(jī),數(shù)據(jù)的換算校準(zhǔn)在上位機(jī)進(jìn)行；采用多種手段降低功耗,包括休眠喚醒機(jī)制以及傳感器電源開(kāi)關(guān)控制的方法;采集節(jié)點(diǎn)采用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)供電,太陽(yáng)能板參數(shù)為9V/3W,蓄電池參數(shù)為6V/4.5AH,系統(tǒng)可采集蓄電池電壓并上傳；機(jī)井節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)采用AC220V供電,井房?jī)?nèi)安裝手動(dòng)啟停按鈕和三相保護(hù)器。 實(shí)驗(yàn)表明,本設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)灌溉井群遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的,無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)工作穩(wěn)定,太陽(yáng)能供電系統(tǒng)可靠持續(xù)運(yùn)行,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多個(gè)井灌區(qū)數(shù)據(jù)采集和傳輸,機(jī)井水泵的遠(yuǎn)程控制。實(shí)用性強(qiáng),還具有很強(qiáng)的可操作性和擴(kuò)展性,對(duì)灌溉過(guò)程中節(jié)水、節(jié)省人力效果明顯。
【圖文】：

STC12C5A60S2外圍電路圖

圖3-7GPRS配置第一步Fig.3-7 First step of GPRS configuration3-8所示，配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，，選擇永遠(yuǎn)在線(xiàn)模式，網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)3-9所示，配置服務(wù)器參數(shù)。選擇固定IP,本設(shè)計(jì)中上位機(jī)
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：S274.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2609790