物聯(lián)網(wǎng)智能稻田節(jié)水自動灌排系統(tǒng)

劉振華++張曉峰++韋帥++馬彧

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)智能稻田節(jié)水自動灌排系統(tǒng)由一個(gè)主機(jī)、多個(gè)從機(jī)和手機(jī)客戶端構(gòu)成。其中主機(jī)包含單片機(jī)、CC2530模塊、HC-05藍(lán)牙模塊、GPRS模塊、DHT11溫濕度模塊、光控制模塊、LCD1602顯示器、太陽能電池板等；從機(jī)包含單片機(jī)、CC2530模塊、超聲波模塊、太陽能電池板、充電蓄電池等；手機(jī)客戶端由手機(jī)和手機(jī)App軟件組成。其中主機(jī)上的DHT11用來檢測溫濕度，光控制模塊采集光照強(qiáng)度；從機(jī)上的超聲波模塊用于水位精確檢測，經(jīng)主控芯片處理后，通過從機(jī)的CC2530傳送給主機(jī)，主機(jī)處理后顯示水位、溫濕度、光照強(qiáng)度等信息，并通過GPRS遠(yuǎn)程傳送到手機(jī)客戶端或通過HC-05藍(lán)牙近距離傳送給手機(jī)，管理員可以隨時(shí)通過手機(jī)掌握稻田水位信息，從而實(shí)現(xiàn)智能化稻田管理，進(jìn)一步推動傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：IAP15F2K61S2單片機(jī)；HC-05藍(lán)牙模塊；CC2530；超聲波模塊；太陽能電池板；手機(jī)App

中圖分類號：TP39；TN915.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）09-00-02

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)智能稻田節(jié)水自動灌排系統(tǒng)可加速推動傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變，一方面實(shí)現(xiàn)了節(jié)水灌溉，推動現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，另一方面能將勞動者從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中解放出來，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化管理。

1 物聯(lián)網(wǎng)智能稻田節(jié)水自動灌排系統(tǒng)功能概述

物聯(lián)網(wǎng)智能稻田節(jié)水自動灌排系統(tǒng)分為主機(jī)、從機(jī)和手機(jī)客戶端。主機(jī)由單片機(jī)、CC2530模塊、HC-05藍(lán)牙模塊、GPRS模塊、DHT11溫濕度模塊、光控制模塊、LCD1602顯示器、太陽能電池板、充電蓄電池、電機(jī)驅(qū)動裝置、水泵等組成；從機(jī)由單片機(jī)、CC2530模塊、超聲波模塊、太陽能電池板、充電蓄電池、電機(jī)驅(qū)動裝置、水閘等組成；手機(jī)客戶端由手機(jī)和手機(jī)App軟件構(gòu)成。

1.1 主機(jī)

在物聯(lián)網(wǎng)智能稻田節(jié)水自動灌排系統(tǒng)中，主機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的信息匯總節(jié)點(diǎn)，不論是與用戶之間的連接還是用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)管，主機(jī)都將作為信息傳輸?shù)闹行摹Ｖ鳈C(jī)自帶顯示系統(tǒng)，可在田邊架設(shè)主機(jī)以無線方式連接各從機(jī)，同時(shí)監(jiān)管多塊稻田。通過得到的數(shù)據(jù)可以方便快捷的查看田間的各種信息。主機(jī)和從機(jī)通過CC2530模塊通信，從機(jī)用超聲波檢測水位，傳給主機(jī)直接顯示或通過GPRS發(fā)送給遠(yuǎn)端手機(jī)用戶客戶端顯示，主機(jī)還可檢測溫濕度以及光照強(qiáng)度，當(dāng)水位低于設(shè)定值并在光照強(qiáng)度小于某一定值時(shí)才會給稻田加水，否則一直等待。

1.2 從機(jī)

從機(jī)的主要功能是通過各超聲波模塊檢測一小塊稻田的水位，通過單片機(jī)分析處理并借助CC2530發(fā)送至主機(jī)，與主機(jī)相互通信，主機(jī)接收多個(gè)從機(jī)的檢測數(shù)據(jù)，并向從機(jī)發(fā)送控制指令，控制水閘開啟灌水或排水，這樣就構(gòu)成了一套稻田節(jié)水自動灌排物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

1.3 手機(jī)客戶端

用戶可通過手機(jī)客戶端對系統(tǒng)進(jìn)行操作控制。用戶可根據(jù)傳回的數(shù)據(jù)分析選擇相應(yīng)的控制方案或模式，用戶還可以根據(jù)需要自己添加模式和更改模式閾值，讓用戶可以隨時(shí)隨地查看田間的相關(guān)信息，及時(shí)了解稻田狀況，減少人力監(jiān)管負(fù)擔(dān)。設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

用戶通過手機(jī)客戶端對稻田水位進(jìn)行設(shè)置，主機(jī)和從機(jī)相互通信，對水位檢測，并做出相應(yīng)的處理，同時(shí)用戶也可以隨時(shí)隨地接收稻田水位信息，形成一個(gè)智能節(jié)水循環(huán)系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)智能稻田節(jié)水自動灌排系統(tǒng)框圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

稻田灌溉系統(tǒng)主機(jī)由IAP15F2K61S2單片機(jī)、CC2530模塊、HC-05藍(lán)牙模塊、GPRS模塊、DHT11溫濕度模塊、光控制模塊、LCD1602顯示器、太陽能電池板、充電蓄電池、電機(jī)驅(qū)動裝置、水泵等組成，工作原理如圖3所示。

稻田灌排系統(tǒng)從機(jī)模塊主要包括IAP15F2K61S2單片機(jī)、CC2530模塊、超聲波模塊、太陽能電池板、充電蓄電池、電機(jī)驅(qū)動裝置，水閘等，工作原理如圖4所示。

主機(jī)和從機(jī)之間通過CC2530通信，從機(jī)檢測到稻田水位后，發(fā)送給主機(jī)。主機(jī)處理后，返回給從機(jī)指令，從機(jī)做出相應(yīng)的處理，主機(jī)隨時(shí)都可將稻田信息通過GPRS發(fā)送到用戶手機(jī)，用戶足不出戶便可知曉稻田的蓄水情況，也可以設(shè)置稻田水位。

主機(jī)的主控芯片采用IAP15F2K61S2的主要原因在于STC公司生產(chǎn)的這款單片機(jī)帶有仿真調(diào)試功能，且芯片內(nèi)部自帶可選擇晶振（5.529 6～27 MHz），芯片內(nèi)部自帶多個(gè)串口和AD轉(zhuǎn)換器、定時(shí)計(jì)數(shù)器、終端等，這款單片機(jī)可使用通用性很強(qiáng)的C語言編程，具有結(jié)構(gòu)簡單、開發(fā)周期短等特點(diǎn)。

LCD1602是11線控制液晶顯示屏，8位數(shù)據(jù)總線，3位使能及控制總線。數(shù)據(jù)總線和IAP15F2K61S2單片機(jī)的P0口連接，使能及控制總線和P2.0-P2.2引腳連接，LCD1602循環(huán)顯示由超聲波采集回來的某塊稻田的水位數(shù)據(jù)。LCD1602控制簡單，不需要像數(shù)碼管那樣多次掃描顯示數(shù)據(jù)，只需數(shù)據(jù)需要更改時(shí)，在LCD1602中的寄存器中寫入相應(yīng)的字符ASCII值，LCD1602內(nèi)部就會自己調(diào)用ROM存儲區(qū)查找相應(yīng)的字符數(shù)據(jù)，控制液晶屏顯示對應(yīng)的點(diǎn)陣字符，形成文字，不用單片機(jī)反復(fù)刷新顯示。此外，LCD1602還帶有背光功能，即使在田邊小屋沒有燈的情況下也能正常查看數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件分為主機(jī)和從機(jī)兩部分，其中主機(jī)完成數(shù)據(jù)顯示，GPRS、CC2530和藍(lán)牙串口通信，啟動水泵；從機(jī)完成CC2530通信、超聲波檢測和電機(jī)驅(qū)動。其程序流程如圖5所示。

5 結(jié) 語

物聯(lián)網(wǎng)智能稻田節(jié)水自動灌排系統(tǒng)通過一個(gè)主機(jī)，多個(gè)從機(jī)及手機(jī)客戶端的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了多塊稻田的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸及無人化稻田的自動灌排，推動了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

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