1引言

1.1選題的背景
我國(guó)是一個(gè)水資源并不充足的農(nóng)業(yè)大國(guó)。農(nóng)業(yè)用水量占大部分總耗水量，在農(nóng)業(yè)中的農(nóng)田灌祗用水，占總用水量的一大部分，但是灌溉用水的利用率普遍較低，因此，節(jié)水灌溉在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著很重要的作用，采用節(jié)水和節(jié)能的自動(dòng)化的灌溉方法是當(dāng)今供水技術(shù)在世界上的大勢(shì)所趨水資源短缺對(duì)中國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)了很大的困難和障礙。作物生長(zhǎng)的土壌需要保持一定的濕度以，我國(guó)大部分地區(qū)的園林、草坪、農(nóng)田等基本采用人工灌溉，該方式對(duì)水量的把握不夠精確，可能存在斑灌不及時(shí)、鴻灌過(guò)量或不足的問(wèn)題，止壤濕度很難達(dá)到作物生長(zhǎng)所需，從而導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量不高。由于人工灌溉存在這些缺點(diǎn)，人們針對(duì)這些缺點(diǎn)開(kāi)始尋找可以自動(dòng)迸行灌溉的方法，經(jīng)過(guò)探索，找出了一種新的灌慨方式--噴灌。噴灌顧名思義--噴水灌溉，也就是把水庫(kù)或者深井里的水經(jīng)過(guò)化壓通過(guò)管道送到大田中，在管道的末尾處加上噴頭，水資源經(jīng)過(guò)噴頭變成散落的水滴落到地面，進(jìn)行大田的灌溉。要想實(shí)現(xiàn)噴灌的自動(dòng)化，止壤的濕度信息是極其重要的判定因素。因此，本文提出了采用無(wú)線傳感技術(shù)""來(lái)監(jiān)測(cè)土壤的濕度信息，改變傳統(tǒng)的灌滿方式，運(yùn)用噴灌來(lái)實(shí)現(xiàn)灌溉的自動(dòng)化。
………….

1.2選題的回的及意義
農(nóng)業(yè)灌溉用水量巨大，在水資源嚴(yán)重缺乏的北方地區(qū)研究節(jié)水灌溉技術(shù)有著重要的意義。要想達(dá)到節(jié)水灌溉，就要使灌溉自動(dòng)化程度提高，灌溉的自動(dòng)化可使農(nóng)業(yè)灌溉的管理更加科學(xué)，使灌溉的人力與物力都大大減少，，因此工作的效率就會(huì)明顯提升。節(jié)水灌溉即是人們根據(jù)大田中作物的生長(zhǎng)實(shí)際所需要的水分及附近的水資源狀況提出的一種新技術(shù)，它既可實(shí)時(shí)適量的對(duì)作物進(jìn)行合理充分的灌溉，又不會(huì)浪費(fèi)大量的水資源，在水資源不必浪費(fèi)的情況下使作物獲得很高的產(chǎn)量。噴灌是當(dāng)今節(jié)水最多的灌溉方式之一，為其加入傳感控制部分可進(jìn)一步提高其性能。作物生長(zhǎng)所需要的王壤水分是很重要的，我們應(yīng)該怎樣對(duì)止壤的水分信息進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，使它作為上述節(jié)水灌溉自動(dòng)化的指標(biāo)，是具有一定技術(shù)含量的問(wèn)題，并且該信息對(duì)自動(dòng)化的實(shí)施具有重要的價(jià)值�，F(xiàn)有的噴灌系統(tǒng)存在糟確度低、布線及維護(hù)困難等問(wèn)題。將無(wú)線傳感技術(shù)應(yīng)巧于農(nóng)業(yè)灌溉中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)控制，根據(jù)需要及時(shí)灌溉，是提高水的利用率、達(dá)到節(jié)約用水的可用方式之一。本文在總結(jié)己有方法和硏究思路的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)代無(wú)線技術(shù)的發(fā)展，提出一種新型的設(shè)計(jì)方案--基于無(wú)線傳感技術(shù)的自動(dòng)噴灌控制系統(tǒng)。該噴灌系統(tǒng)利用土壤濕度傳感器獲取濕度信息，將獲得的濕度信息通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)，技術(shù)傳送到上位機(jī)。上位機(jī)通過(guò)對(duì)比處理將控制信號(hào)無(wú)線傳送到協(xié)調(diào)器，經(jīng)過(guò)協(xié)調(diào)器的處理，再將信號(hào)傳送到終端，控制電磁閥的開(kāi)斷，由此來(lái)控制灌溉系統(tǒng)的動(dòng)作。該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)灌溉方法的使用水資源不合理、科學(xué)的管理不足等問(wèn)題，避免了布線的麻煩、靈活性差的缺點(diǎn)，降低了成本。
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2主要技術(shù)和總體方案

2.1無(wú)線傳感技術(shù)介紹
結(jié)合嵌入式技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)的無(wú)線傳感器技術(shù)的研究在上世紀(jì)90年代末興起，它是由多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳感器都有無(wú)線通信的能力，和之前相比，設(shè)備尺寸小，安裝使用成本低。傳感器節(jié)點(diǎn)主要由進(jìn)行信息采集的傳感器及其內(nèi)部的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、進(jìn)斤信息處理的微處理器模塊、傳輸數(shù)據(jù)的無(wú)線通信模塊和對(duì)各模塊供給能量的電源部件組成。每個(gè)模塊之間是相互聯(lián)系不可缺少的。如圖1所示：星型網(wǎng)絡(luò)顧名思義所述中間節(jié)點(diǎn)到四周的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。它的構(gòu)成如圖2所示，由一個(gè)協(xié)調(diào)器和多個(gè)終端組成，協(xié)調(diào)器是唯一的與上位機(jī)進(jìn)巧通信的通道，所有終端節(jié)點(diǎn)接收的信息將由協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)，信息才能到達(dá)PC機(jī)進(jìn)行其他方面的工作。從PC機(jī)上發(fā)回來(lái)的控制信息等也都需要通過(guò)中間協(xié)調(diào)器的作用才能送到具有控制結(jié)構(gòu)等的終端上進(jìn)行動(dòng)作。
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2.　2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)選擇
新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議隨著無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展不斷誕生，其中的藍(lán)牙技術(shù)、無(wú)線USB和高速、低速U以B等技術(shù)以是新的協(xié)議中主要的短距離通信技術(shù)。下面對(duì)幾種技術(shù)做一簡(jiǎn)單介紹，從而選擇出該設(shè)計(jì)所需的通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。藍(lán)牙技術(shù)主要是實(shí)現(xiàn)小范圍之內(nèi)的一對(duì)一短距離傳輸，可以兩臺(tái)或者兩臺(tái)上的設(shè)備在該范圍之內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)、文件的傳輸?shù)�。它們之間的鏈接屬于自動(dòng)組網(wǎng)的方式，只要搜索到相應(yīng)的設(shè)備就可以進(jìn)行配對(duì)連接。但是它的耗電量相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大，可靠性不是很高以。目前主要用于手機(jī)，電腦和其他設(shè)備之間的藍(lán)牙傳輸。該技術(shù)是現(xiàn)階段運(yùn)用比較多的一項(xiàng)技術(shù)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將因特網(wǎng)通過(guò)一定的設(shè)備設(shè)置連接"熱點(diǎn)"，擁有支持局域網(wǎng)無(wú)限連接的設(shè)備，比如現(xiàn)在的安卓智能手機(jī)^^及筆記本電腦等6"，通泣搜索"熱點(diǎn)"，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的連接就可從，連接么后就可使用網(wǎng)絡(luò)。但是該技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有形成一致性的內(nèi)容，并且有一定的安全間題。目前該技術(shù)主要用于一定區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)連接，比較方便、快速。
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3自動(dòng)噴灌控制器的硬件設(shè)計(jì)............10
3.1硬件選型...........10
3.1.1微處理器選擇...........10
3.1.2傳感器選型...........11
3.1.3電磁閥選擇...........13
3.2無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)...........14
3.3閥口控制節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)...........15
3.4串口通信硬件設(shè)汁...........16
4自動(dòng)噴灌控制器軟件設(shè)計(jì)...........16
4.1軟件總體設(shè)計(jì)...........16
4.2軟件的介紹及使用...........17
4.3傳感器及其對(duì)應(yīng)的控制節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)...........18
4.4上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)...........19
5系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果與分析...........24
5.1實(shí)驗(yàn)測(cè)試地點(diǎn)及設(shè)備...........25
5.2實(shí)驗(yàn)效果測(cè)試...........26

5系繞測(cè)試結(jié)果與分豐斤

5.1實(shí)驗(yàn)測(cè)試地點(diǎn)及設(shè)備
該設(shè)計(jì)是基于實(shí)驗(yàn)室條件下建立的，測(cè)試地點(diǎn)選擇在機(jī)電學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，該實(shí)驗(yàn)室溫濕度正常，基本保持在一個(gè)溫濕度左右浮動(dòng)不大。本設(shè)計(jì)采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是星型的，有一個(gè)協(xié)調(diào)器和兩個(gè)終端，協(xié)調(diào)器直接和計(jì)算機(jī)通過(guò)USB接口連接，兩個(gè)傳感器分別連接在兩個(gè)終端埋在止壊中。由于是實(shí)驗(yàn)室條件下，該設(shè)計(jì)用兩個(gè)亮滅來(lái)代替電磁閥的動(dòng)作。圖33-1是終端的實(shí)物圖，圖33-2表示協(xié)調(diào)器的實(shí)物圖，圖33-3是上位機(jī)界面。設(shè)備都準(zhǔn)備齊全后，首先將兩個(gè)傳感器埋在同一深度的止壤中，該深度在離土層上面只有2cm，測(cè)試控制器的動(dòng)作效果。預(yù)先設(shè)定好濕度的上下限值，設(shè)計(jì)的4日%將是上限，對(duì)于下限是23%，上限溫度為40度，下限是0度。當(dāng)測(cè)量濕度大于45%時(shí)，繼電器連接的燈亮，表示停止灌溉;當(dāng)在兩者之間時(shí)保持原狀，低于下限即小于24%時(shí)，繼電器連接的巧滅，表示打開(kāi)灌溉設(shè)備。當(dāng)溫度高于上限即40度時(shí)，出現(xiàn)紅色預(yù)警，作為提示，操作者可以根據(jù)情況關(guān)閉灌溉設(shè)備等，但是不自動(dòng)操作，正常情況下就顯示綠色，表明立壤溫度處在正常范圍。

結(jié)論

本文針對(duì)存在于現(xiàn)階段的灌溉不合理的狀況，采用無(wú)線傳感技術(shù)設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)噴灌控制器，該控制器由兩個(gè)終端采集及控制節(jié)點(diǎn)和一個(gè)協(xié)調(diào)器傳輸節(jié)點(diǎn)以及一個(gè)PC機(jī)組成，完成了控制不同濕度條件下的灌溉。該論文研究的成果主要有;
(1)對(duì)現(xiàn)階段的灌溉狀況進(jìn)行了分析，總結(jié)了該設(shè)計(jì)的總體方案;
(2)研究了無(wú)線傳感技術(shù)以及其他幾種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，選取了　Ziee作為整個(gè)控制系統(tǒng)的無(wú)線協(xié)議;
(3)選取實(shí)驗(yàn)所需的硬件設(shè)備，主要是CC30作為壁個(gè)設(shè)備的核也器件，T11作為設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集器件，完成整個(gè)控制器的硬件設(shè)計(jì);
(4)設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)所需的軟件，本設(shè)計(jì)采用VS2012作為上位機(jī)開(kāi)發(fā)的平臺(tái)，采用C語(yǔ)言完成了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)了不在現(xiàn)場(chǎng)就可以觀測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且可對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制的界面，該界面同時(shí)可以進(jìn)行手動(dòng)控制，并且可以隨時(shí)査看歷史數(shù)據(jù)。
(5)在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)整個(gè)控制器進(jìn)行了測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果達(dá)到預(yù)期的目的。
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參考文獻(xiàn)(略)