基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的黑龍江墾區(qū)智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：針對黑龍江墾區(qū)灌溉用水率低、資源不足等問題，本文著重解決該問題，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、MSP430單片機(jī)控制和C#編程平臺(tái)設(shè)計(jì)出滿足墾區(qū)需要的智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)。通過監(jiān)測點(diǎn)對農(nóng)田土壤含水量進(jìn)行評(píng)估，按需進(jìn)行灌溉，從而實(shí)現(xiàn)低成本、低能耗的無線通信遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能化控制、節(jié)水灌溉的目的。

關(guān)鍵詞：節(jié)水灌溉；無線網(wǎng)絡(luò)；傳感器；智能化

中圖分類號(hào)：TV213.4

有農(nóng)的地方灌溉用水都是一個(gè)值得重視的問題，在黑龍江的墾區(qū)，灌溉用水的利用率很低（約為35%），直接影響了墾區(qū)的發(fā)展，且墾區(qū)主要種植作物水稻、玉米均為高耗水作物，水資源嚴(yán)重不足的現(xiàn)狀就更加凸顯，如何提高墾區(qū)農(nóng)田灌溉用水的利用率已成為亟需解決的重要課題。目前我國多地根據(jù)實(shí)際情況研究節(jié)水灌溉，本文基于無線傳感器的智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)，著眼于解決黑龍江墾區(qū)的農(nóng)田灌溉節(jié)水問題。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)，將節(jié)水灌溉、控制、無線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)有機(jī)結(jié)合，從而隨農(nóng)田含水量做出精準(zhǔn)評(píng)估，再通過無線網(wǎng)絡(luò)給出相應(yīng)供水對策，實(shí)現(xiàn)智能化節(jié)水灌溉的初衷。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：通過無線網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)水分測試點(diǎn)得出相應(yīng)含水量評(píng)估后，通過無線路由器和基站，反饋到總監(jiān)控中心，監(jiān)控中心根據(jù)評(píng)估后，通過基站和無線路由器，向各個(gè)農(nóng)田灌溉檢測點(diǎn)發(fā)出灌溉用水量指示，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化灌溉的目的。

2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)就是對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，即對各個(gè)節(jié)水灌溉的監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)計(jì)，其功能包括：信息采集、信息處理、通信等。通過傳感器將數(shù)據(jù)采集后，進(jìn)行數(shù)據(jù)AD/DA轉(zhuǎn)換后進(jìn)行分析處理，在利用無線網(wǎng)絡(luò)將采集處理的信息傳送出去。其硬件設(shè)計(jì)包括：傳感器模塊的設(shè)計(jì)和控制器模塊的設(shè)計(jì)兩大部分。

2.1 傳感器模塊

在該系統(tǒng)中，土壤水分檢測采用溫濕度傳感器M35。該溫濕度傳感器具有超高采集速率、超高精度、超長待機(jī)等優(yōu)點(diǎn)，使監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)更具可靠性。

2.2 控制器模塊

控制器模塊選擇MSP430嵌入式單片機(jī)處理器，本產(chǎn)品具有低功耗、處理強(qiáng)、外圍模塊豐富、便與開發(fā)等特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)為了減低成本，提高性價(jià)比，選擇本系列單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并控制，配備串/并行通信和模數(shù)采樣器，滿足對土壤溫濕度采樣精度的要求。

3 硬件模塊設(shè)計(jì)

關(guān)于本設(shè)計(jì)無線網(wǎng)關(guān)的選擇，本設(shè)計(jì)基于ARM920內(nèi)核的16/32位RISC嵌入式微處理器S3C2410。ARM920內(nèi)核包括：ARM9TDMI、存儲(chǔ)管理單元MMU和高速緩存3部分組成。其控制部分采用核心板和底板設(shè)計(jì)包括：集成三星的S3C2410處理器32位ARM920內(nèi)核為核心板、16MB的FLASH RAM和32MB的SD RAM兩種存儲(chǔ)器、LCD顯示器、鍵盤、USB/串/并行接口電路、電源電路等構(gòu)成。

同時(shí)該設(shè)計(jì)的網(wǎng)關(guān)還配有無線通信單元，用來將信息無線傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。無線通信單元由具備將采集端搜集的各類土壤信息傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)中的服務(wù)器終端，工作人員可以通過手機(jī)、PDA、微型電腦和小型機(jī)等無線傳輸設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控各類信息的差異化模塊組成。

4 管理模塊設(shè)計(jì)

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)的管理模塊中：遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，通過各監(jiān)測點(diǎn)發(fā)送的的土壤水分檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行信息處理，并對其做出相應(yīng)的控制反饋，使數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制成為一個(gè)完整的控制網(wǎng)路。每個(gè)傳感器，在傳感節(jié)點(diǎn)上電初始化后便建立鏈接，無線網(wǎng)關(guān)接到中斷請求時(shí)觸發(fā)中斷，通過路由節(jié)點(diǎn)激活該點(diǎn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送/接收相應(yīng)信息，并進(jìn)行處理，完成后進(jìn)入等待狀態(tài)，等待再次中斷申請。每個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)輪詢周期性激活，根據(jù)信道的狀態(tài)做出相應(yīng)響應(yīng)。本管理模塊利用C#程序設(shè)計(jì)，采用終端是別的方法實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測點(diǎn)土壤水分信息評(píng)估及控制灌溉命令的接收與發(fā)送，每個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的程序流程圖：

5 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)根據(jù)黑龍江墾區(qū)實(shí)際情況，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能化節(jié)水灌溉，本著低成本、低能耗、性價(jià)比高的原則，采用無線通信技術(shù)，減少了環(huán)境影響和布線問題的干擾，提高了本系統(tǒng)控制的便捷性能，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、MSP430單片機(jī)和C#編程實(shí)現(xiàn)了對墾區(qū)農(nóng)田各個(gè)檢測點(diǎn)精準(zhǔn)檢測，并根據(jù)監(jiān)測評(píng)估做出相應(yīng)的灌溉控制，實(shí)現(xiàn)智能化、節(jié)能、高效的節(jié)水灌溉系統(tǒng)。便于管理者了解灌溉用水分布情況從而提前做出相應(yīng)的預(yù)防和預(yù)測工作。同時(shí)便于遠(yuǎn)程控制和管理，具有很大的推廣價(jià)值。

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作者簡介：趙秋多（1979.05-），女，黑龍江哈爾濱人，碩士，講師，研究方向：通信與電子。

作者單位：哈爾濱廣廈學(xué)院，哈爾濱 150025