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,采用單片機技術(shù)、ZigBee以及組態(tài)等技術(shù)設(shè)計開發(fā)了一種遠(yuǎn)程灌溉監(jiān)控控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由監(jiān)控計算機、主控制器、分控制器等組成。分控制器由傳感器、電源模塊、太陽能電池板、電磁閥組成,通過傳感器把現(xiàn)場的池塊溫度、土壤含水率、池塊水位采集回來,將數(shù)據(jù)打包后通過GPRS發(fā)送到監(jiān)控終端的上位機;上位機軟件接收并處理數(shù)據(jù),根據(jù)相應(yīng)的預(yù)設(shè)參數(shù)和采集回來的參數(shù),發(fā)送相應(yīng)的命令給現(xiàn)場。該系統(tǒng)能夠控制電磁閥的動作,連續(xù)運行未發(fā)生故障,可實現(xiàn)無人值守的遠(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，需要手動對監(jiān)控現(xiàn)場的情況進行控制，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)濟社會的發(fā)展，需要一種自動、科學(xué)的灌溉系統(tǒng)來控制灌溉。為此，設(shè)計一種基于ZigBee和STC12C5A60S2［1］的自動灌溉系統(tǒng)，在監(jiān)控中心通過上位機可以看到現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，同時會根據(jù)水稻各個生長期的需水情況，自動發(fā)送命令控制電磁閥的動作。綜合來看，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)由上位機和下位機組成，總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。其中，上位機安裝了組態(tài)軟件服務(wù)器，負(fù)責(zé)接收發(fā)回來的數(shù)據(jù)和發(fā)送相應(yīng)的命令［3］;下位機由網(wǎng)關(guān)和節(jié)點組成。其中，節(jié)點是由電源模塊、ZigBee模塊、傳感器、太陽能板、電磁閥等部分組成。在稻田池塊處放置節(jié)點，根據(jù)水稻生長時期和土壤狀況確定傳感器埋設(shè)深度，實時監(jiān)測池塊變化。設(shè)計時，在池塊中布置8個節(jié)點，網(wǎng)關(guān)與節(jié)點中采用ZigBee樹狀網(wǎng)絡(luò)通訊，網(wǎng)關(guān)與上位機采用GPＲS通訊，系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)和節(jié)點都通過太陽能板供電。收稿日期:2014－02－19基金項目:哈爾濱市科技局攻關(guān)項目(2013AA6BN010)作者簡介: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)點實時采集傳感器的數(shù)值，經(jīng)ZigBee傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)實時顯示在組態(tài)屏上，網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)融合后由GPＲS傳送到上位機。上位機軟件接收并處理數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)的預(yù)設(shè)參數(shù)和采集回來的參數(shù)，會自動控制電磁閥啟停功能。同時，網(wǎng)關(guān)還可以監(jiān)測電池電量的參數(shù)，并傳送至上位機。圖1總體結(jié)構(gòu)示意圖Fig．1Schematicdrawingofthegenera

D轉(zhuǎn)換(250K/s)，針對電機控制，適用于強干擾場合［4］。2．2節(jié)點驅(qū)動電路的設(shè)計采用驅(qū)動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，ULN2803使用5V供電，STV12C5A60S2的輸出信號經(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，其可直接將被測溫度轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號，供單片機處理。測量溫度范圍為－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)場溫度測量。2)測量池塊水位。選用GB2100A液位傳感器，供電范圍5～12V，具有信號隔離放大、截頻干擾設(shè)計及抗干擾能力強等特點。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)換問題上提出“時到不等苗苗到不等時”的調(diào)控方法�！皶r到不等苗”，即不管水稻處于哪個生育期(分蘗末期除外)，土壤水分到了土壤控制下限則灌水至上限，土壤水分未達到控制下限，不需要灌水;“苗到不等時”即水稻生長發(fā)育到分蘗末期，不管土壤水分是否控制到下限，都要及時排水曬田［6］。過了分蘗末期，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、高靈敏度的測量土壤水分的傳感器，通過測量土壤的介電常數(shù)，能直接穩(wěn)定地反映各種土壤的真實水分含量［7］。2．4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計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)太陽能電池板輸出不足不能為系統(tǒng)正常供電時，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)計系統(tǒng)軟件主要是靠對單片機編程實現(xiàn)。其中，對上位機無線通信時，響應(yīng)幀在上位機鏈接單元中自動生成，在單片機中無需用戶再編寫通信程序。因此，單片機編程主要解決的是現(xiàn)場電磁閥的開啟和關(guān)閉控制、模擬量的數(shù)據(jù)的采集和處理，同時也可接收上位機發(fā)送的控制指令完成相應(yīng)的控制操作。系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)可以讓操作員位于監(jiān)控中心的計算機終端，進行遠(yuǎn)程手動、半自動和全自動控制，各項操作無需人進行，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上位機組態(tài)程序設(shè)計MCGS是北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司研發(fā)的一套基于Windows平臺的、用于快速構(gòu)造和生成上位機監(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)平臺為目標(biāo)，可以為企業(yè)提供一個對整個生產(chǎn)流程進行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺，使企業(yè)能夠及時有效地獲取信息，及時地做出反應(yīng)，以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。上位機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、趨勢曲線、報表輸出、動畫顯示等功能，同時支持多種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地塊，地勢較平坦，選取8個下位機基站對水稻內(nèi)環(huán)境進行監(jiān)測，檢驗系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)。節(jié)點無線通訊模塊的天線高度為1．5m，與上位機間距分別為45～55m，每個工作節(jié)點下設(shè)1個溫度傳感器、1個液位傳感器和1個土壤水分傳感器，分別監(jiān)測池塊的溫度?
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張長利;沈維政;;物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J];東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;2011年05期

【共引文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 孫新鳳;張健;王新娜;史輝;;LED點陣書寫顯示屏的系統(tǒng)設(shè)計[J];電視技術(shù);2010年S1期

2 曲衛(wèi)冬;黃桂梅;王亞青;;基于AVR單片機的射頻IC卡讀寫器系統(tǒng)設(shè)計[J];儀器儀表用戶;2009年06期

3 邵聯(lián)合;曲衛(wèi)冬;;基于AVR單片機的智能儀表信號采集與顯示系統(tǒng)設(shè)計[J];儀器儀表用戶;2010年04期

4 楊春旭;;便攜式avr單片機實驗板的設(shè)計[J];福建電腦;2008年08期

5 王新娜;孫新鳳;;基于AVR單片機的LED點陣書寫顯示屏的設(shè)計[J];硅谷;2011年08期

6 王新娜;孫新鳳;;基于ATmega16單片機的簡易秒表的設(shè)計與制作[J];硅谷;2011年23期

7 范永存;張喜海;李建澤;;奶牛體溫監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計[J];東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;2012年08期

8 李天山;;基于單片機的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測儀設(shè)計與實現(xiàn)[J];濱州學(xué)院學(xué)報;2012年03期

9 陳勇;曹玉保;王林強;;基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)灌溉監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J];電子設(shè)計工程;2012年22期

10 楊玉建;;農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用模式初探——以向陽坡生態(tài)園區(qū)為例[J];山東農(nóng)業(yè)科學(xué);2013年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 張付杰;植物蒸騰耗水量檢測方法的研究[D];浙江大學(xué);2014年

2 張云貴;基于土壤養(yǎng)分空間變異的烤煙變量施肥研究[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張坤;基于單片機的倉庫防火預(yù)警系統(tǒng)研究[D];河北農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

2 孫佳龍;變壓器溫升試驗的監(jiān)測與控制系統(tǒng)[D];河北農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

3 張愷;電力變壓器溫升試驗自動控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D];河北農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

4 王秉華;基于ATmega16和PC機的智能雞舍的研制[D];河北農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

5 唐力;物聯(lián)網(wǎng)倫理問題探究[D];太原科技大學(xué);2012年

6 楊剛震;農(nóng)村信息化中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究與實現(xiàn)[D];山東大學(xué);2013年

7 付晨;雞舍環(huán)境溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用[D];河北農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

8 李云霞;基于GSM的火災(zāi)報警系統(tǒng)[D];山東大學(xué);2013年

9 褚亞飛;服務(wù)于教學(xué)的家用安防系統(tǒng)設(shè)計[D];浙江理工大學(xué);2012年

10 趙星;基于WSN的油菜生長環(huán)境信息采集關(guān)鍵技術(shù)研究[D];湖南農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

【二級參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 王立方,陸昌華,謝菊芳,胡肄農(nóng);家畜和畜產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)研究進展[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2005年07期

2 孫忠富;曹洪太;李洪亮;杜克明;王迎春;蘇曉峰;蔡田芳;劉爽;褚金翔;;基于GPRS和WEB的溫室環(huán)境信息采集系統(tǒng)的實現(xiàn)[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2006年06期

3 白紅武;滕光輝;馬亮;袁正東;李志忠;李傳業(yè);;蛋雞健康養(yǎng)殖網(wǎng)絡(luò)化管理信息系統(tǒng)[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2006年10期

4 耿軍濤;周小佳;張冰潔;;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J];西華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年04期

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳端普;水稻灌溉效益試驗成果分析[J];灌溉排水;1994年03期

2 朱天賜,陳澤面;水稻灌溉方法優(yōu)化的研究[J];福建農(nóng)業(yè)科技;1997年01期

3 李洪慶;來志新;來英會;;三江平原腹地井灌水稻灌溉控層技術(shù)探討[J];水利天地;2006年05期

4 杜玉恒 ,李長林;水稻灌溉栽培綜合技術(shù)試驗初探[J];水利天地;2005年03期

5 江戶倫;;貴州省水利學(xué)會水稻灌溉試驗現(xiàn)場學(xué)術(shù)座談會[J];水利學(xué)報;1964年06期

6 王力軍;淺談延長水稻灌溉用大型機電井壽命的幾個問題[J];現(xiàn)代化農(nóng)業(yè);1996年07期

7 黃肇曾;;水稻旱種[J];河南農(nóng)業(yè)科學(xué);1983年04期

8 許志方,孔祥元;亞洲國家對可持續(xù)發(fā)展水稻灌溉的新認(rèn)識[J];水利水電科技進展;2004年02期

9 辛忠;馮建維;;慶安縣水稻控制灌溉節(jié)水又增收[J];水利天地;2006年01期

10 朱天賜,陳澤面;水稻灌溉方法優(yōu)化的研究[J];中國農(nóng)業(yè)氣象;1997年04期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 魏曉敏;寒地水稻節(jié)水增產(chǎn)技術(shù)模式研究[D];東北農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

2 于靖;寒區(qū)水稻需水規(guī)律及水分脅迫影響研究[D];東北農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

3 朱興曦;寧夏引黃灌區(qū)水稻節(jié)水控灌技術(shù)應(yīng)用研究[D];西安理工大學(xué);2003年

本文編號：2862805