發(fā)布時(shí)間：2020-10-30 17:42

　　 為了加快農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化和信息化的發(fā)展,提高農(nóng)田灌溉中的生產(chǎn)效率,采用單片機(jī)技術(shù)、ZigBee以及組態(tài)等技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種遠(yuǎn)程灌溉監(jiān)控控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、主控制器、分控制器等組成。分控制器由傳感器、電源模塊、太陽(yáng)能電池板、電磁閥組成,通過(guò)傳感器把現(xiàn)場(chǎng)的池塊溫度、土壤含水率、池塊水位采集回來(lái),將數(shù)據(jù)打包后通過(guò)GPRS發(fā)送到監(jiān)控終端的上位機(jī);上位機(jī)軟件接收并處理數(shù)據(jù),根據(jù)相應(yīng)的預(yù)設(shè)參數(shù)和采集回來(lái)的參數(shù),發(fā)送相應(yīng)的命令給現(xiàn)場(chǎng)。該系統(tǒng)能夠控制電磁閥的動(dòng)作,連續(xù)運(yùn)行未發(fā)生故障,可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的遠(yuǎn)程灌溉監(jiān)控。
【部分圖文】：

?現(xiàn)在的農(nóng)業(yè)灌溉都是采用噴灌、滴灌、微灌等技術(shù)方法，需要手動(dòng)對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行控制，而且需要另外的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與布線，成本較高。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，需要一種自動(dòng)、科學(xué)的灌溉系統(tǒng)來(lái)控制灌溉。為此，設(shè)計(jì)一種基于ZigBee和STC12C5A60S2［1］的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，在監(jiān)控中心通過(guò)上位機(jī)可以看到現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，同時(shí)會(huì)根據(jù)水稻各個(gè)生長(zhǎng)期的需水情況，自動(dòng)發(fā)送命令控制電磁閥的動(dòng)作。綜合來(lái)看，該系統(tǒng)成本低，與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比更加智能［2］。1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成，總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。其中，上位機(jī)安裝了組態(tài)軟件服務(wù)器，負(fù)責(zé)接收發(fā)回來(lái)的數(shù)據(jù)和發(fā)送相應(yīng)的命令［3］;下位機(jī)由網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)組成。其中，節(jié)點(diǎn)是由電源模塊、ZigBee模塊、傳感器、太陽(yáng)能板、電磁閥等部分組成。在稻田池塊處放置節(jié)點(diǎn)，根據(jù)水稻生長(zhǎng)時(shí)期和土壤狀況確定傳感器埋設(shè)深度，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)池塊變化。設(shè)計(jì)時(shí)，在池塊中布置8個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)中采用ZigBee樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)通訊，網(wǎng)關(guān)與上位機(jī)采用GPＲS通訊，系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)都通過(guò)太陽(yáng)能板供電。收稿日期:2014－02－19基金項(xiàng)目:哈爾濱市科技局攻關(guān)項(xiàng)目(2013AA6BN010)作者簡(jiǎn)介:李野(1991－)，男，黑龍江齊齊哈爾人，碩士研究生，(E－mail)liyeneau@126．com。通訊作者:董守田(1968－)，男，哈爾濱人，副教授，碩士生導(dǎo)師，(E－mail)stdongneau@163．com。節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集傳感器的數(shù)值，經(jīng)ZigBee傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在組態(tài)屏上，網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)融合后由GPＲS傳送到上位機(jī)。上位機(jī)軟件接收并處理數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)的預(yù)設(shè)參數(shù)和采集回來(lái)的參數(shù)，會(huì)自動(dòng)控制電磁閥啟停功能。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)還可以監(jiān)測(cè)電池電量的參數(shù)，并傳送至上位機(jī)。圖1總體結(jié)構(gòu)示意圖Fig．1Schematicdrawingofthegenera

D轉(zhuǎn)換(250K/s)，針對(duì)電機(jī)控制，適用于強(qiáng)干擾場(chǎng)合［4］。2．2節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)采用驅(qū)動(dòng)繼電器控制電磁閥的方式。為了提高系統(tǒng)的可靠性，采用5V繼電器。繼電器使用ULN2803驅(qū)動(dòng)，ULN2803使用5V供電，STV12C5A60S2的輸出信號(hào)經(jīng)74HC14傳輸?shù)経LN2803［5］。繼電器連接圖如圖2所示。圖2繼電器連接圖Fig．2Interfacediagramofrelay2．3傳感器的選擇傳感器測(cè)量部分包括土壤水分、池塊溫度和池塊水位。各部分的選型如下:1)測(cè)量池塊溫度。選用DSl8B20溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻不同，其可直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號(hào)，供單片機(jī)處理。測(cè)量溫度范圍為－55～+125°C，在－10～+85°C范圍內(nèi)精度為±0．5°C，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。2)測(cè)量池塊水位。選用GB2100A液位傳感器，供電范圍5～12V，具有信號(hào)隔離放大、截頻干擾設(shè)計(jì)及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。根據(jù)寒地水稻控制灌溉技術(shù)規(guī)范，水稻生育轉(zhuǎn)換期要提前曬田，并在生育期轉(zhuǎn)換問(wèn)題上提出“時(shí)到不等苗苗到不等時(shí)”的調(diào)控方法�！皶r(shí)到不等苗”，即不管水稻處于哪個(gè)生育期(分蘗末期除外)，土壤水分到了土壤控制下限則灌水至上限，土壤水分未達(dá)到控制下限，不需要灌水;“苗到不等時(shí)”即水稻生長(zhǎng)發(fā)育到分蘗末期，不管土壤水分是否控制到下限，都要及時(shí)排水曬田［6］。過(guò)了分蘗末期，到了拔節(jié)孕穗期，(需水敏感期)則必須灌水至土壤水分上限。因此，采用HS－102STＲ土壤水分傳感器，它是一款基于頻域反射原理，利用高頻電子技術(shù)制造的高精度、高靈敏度的測(cè)量土壤水分的傳感器，通過(guò)測(cè)量土壤的介電常數(shù)，能直接穩(wěn)定地反映各種土壤的真實(shí)水分含量［7］。2．4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)采用TI公司最新一代ZigBeeSOC芯片，芯片供電電壓為3．3V

電池板具有優(yōu)先權(quán);當(dāng)太陽(yáng)能電池板輸出不足不能為系統(tǒng)正常供電時(shí)，則二極管導(dǎo)通，采用鉛蓄電池供電，以保證系統(tǒng)能夠連續(xù)工作。其供電電路連接圖如圖3所示。圖3供電電路連接圖Fig．3Thepowersupplycircuitconnectiondiagram2．7系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件主要是靠對(duì)單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)。其中，對(duì)上位機(jī)無(wú)線通信時(shí)，響應(yīng)幀在上位機(jī)鏈接單元中自動(dòng)生成，在單片機(jī)中無(wú)需用戶再編寫(xiě)通信程序。因此，單片機(jī)編程主要解決的是現(xiàn)場(chǎng)電磁閥的開(kāi)啟和關(guān)閉控制、模擬量的數(shù)據(jù)的采集和處理，同時(shí)也可接收上位機(jī)發(fā)送的控制指令完成相應(yīng)的控制操作。系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)可以讓操作員位于監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)終端，進(jìn)行遠(yuǎn)程手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)控制，各項(xiàng)操作無(wú)需人進(jìn)行，節(jié)省了人力資源，操作的準(zhǔn)確性、連貫性比以往得到顯著提高，從而大幅度提高了生產(chǎn)效率。2．8上位機(jī)組態(tài)程序設(shè)計(jì)MCGS是北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司研發(fā)的一套基于Windows平臺(tái)的、用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)為目標(biāo)，可以為企業(yè)提供一個(gè)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺(tái)，使企業(yè)能夠及時(shí)有效地獲取信息，及時(shí)地做出反應(yīng)，以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。上位機(jī)程序控制流程圖如圖4所示。MCGS軟件具有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和處理、趨勢(shì)曲線、報(bào)表輸出、動(dòng)畫(huà)顯示等功能，同時(shí)支持多種GPＲS模塊，能夠在灌溉遠(yuǎn)程控制中發(fā)揮其優(yōu)越性。3安裝調(diào)試本研究選用方正研究院的試驗(yàn)地塊，地勢(shì)較平坦，選取8個(gè)下位機(jī)基站對(duì)水稻內(nèi)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢驗(yàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。節(jié)點(diǎn)無(wú)線通訊模塊的天線高度為1．5m，與上位機(jī)間距分別為45～55m，每個(gè)工作節(jié)點(diǎn)下設(shè)1個(gè)溫度傳感器、1個(gè)液位傳感器和1個(gè)土壤水分傳感器，分別監(jiān)測(cè)池塊的溫度?
【參考文獻(xiàn)】

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【共引文獻(xiàn)】

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【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2862805