嵌入式技術(shù)在城市綠地灌溉中的應(yīng)用

李翔

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)田綠地自動(dòng)灌溉控制技術(shù)在我國(guó)也有應(yīng)用。針對(duì)小型庭院的控制系統(tǒng)硬件成本高，管理不科學(xué)，本文所研究的系統(tǒng)，可以減少硬件服務(wù)器端成本，硬件安裝簡(jiǎn)單，支持無(wú)線和有線傳感器，并且可以在PC端通過(guò)web訪問(wèn)、手機(jī)端APP進(jìn)行查看控制。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);遠(yuǎn)程控制;傳感器

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）11-0085-01

城市中處處可見(jiàn)的綠化植被，不僅能凈化空氣，又能改變生態(tài)環(huán)境。為了更好的維護(hù)城市長(zhǎng)遠(yuǎn)的健康發(fā)展，城市綠化水平不斷發(fā)展和綠化面積增大應(yīng)該是必然的，同時(shí)，相應(yīng)的綠化用水量也增加很多。對(duì)于水資源缺乏的城市，就需要借助科技手段緩解水資源供水緊張的嚴(yán)峻形勢(shì)，滿足植物客觀的對(duì)水的需求，在使用較小的水資源和經(jīng)濟(jì)成本下，達(dá)到水資源被高效利用的一種效果，嵌入式技術(shù)的應(yīng)用就是其一。

1 嵌入式技術(shù)在城市灌溉中的優(yōu)點(diǎn)

按照目前業(yè)界和學(xué)術(shù)界對(duì)嵌入式系統(tǒng)的普遍看法，嵌入式系統(tǒng)被定義為以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。城市綠地面積大小不一，人工澆灌費(fèi)時(shí)費(fèi)力，通過(guò)嵌入式技術(shù)的應(yīng)用，可通過(guò)手機(jī)、電腦遠(yuǎn)程觀測(cè)土壤墑情，并且控制水的灌溉，不僅方便靈活，并且能夠有效地節(jié)約用水。

2 整體框架設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)能夠在線監(jiān)測(cè)土壤溫濕度、大氣環(huán)境，結(jié)合作物生理特點(diǎn)，精準(zhǔn)把握灌溉時(shí)機(jī)和灌溉量，減少無(wú)效灌溉量，節(jié)約農(nóng)業(yè)用水。并能起到減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高設(shè)備利用率作用。本系統(tǒng)主要由采集控制主機(jī)，有線和無(wú)線傳感器、電磁閥、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)平臺(tái)組成、網(wǎng)絡(luò)攝像頭組成[1]。其框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

如圖1所示，采集控制中心負(fù)責(zé)管理無(wú)線有線傳感器的采集和電磁閥的開(kāi)關(guān)，傳感器和電磁閥通過(guò)RS485線與采集控制中心相聯(lián)。采集控制中心可通過(guò)以太網(wǎng)、wife方式把數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)椒?wù)器中，用戶在手機(jī)和PC端可進(jìn)行查看數(shù)據(jù)參數(shù)和控制設(shè)備，可以設(shè)置采集時(shí)間間隔，土壤溫度及水分的數(shù)據(jù)上下限，并可進(jìn)行短信預(yù)警，并且可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)攝像頭實(shí)時(shí)觀察庭院植被情況[2]。

3 硬件系統(tǒng)組成

小型噴灌系統(tǒng)的主要硬件組成部分[3]：（1）采集控制中心。主要是由單片機(jī)主板、繼電器組成。本系統(tǒng)采用的單片機(jī)是以STM32F407為核心，該單片機(jī)是32位微控制器，最高主頻168MHz，閃存容量1MB，其具有高性能、低成本、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)根據(jù)采集到的土壤溫度和土壤濕度來(lái)對(duì)比用戶設(shè)置的參數(shù)判斷是否灌溉，如果需要灌溉，則通過(guò)P1.0端口發(fā)出信號(hào)，到關(guān)耦，關(guān)耦打開(kāi)12V的繼電器，繼電器控制電磁閥，打開(kāi)開(kāi)關(guān)進(jìn)行灌溉，否則關(guān)閉。（2）LCD觸摸屏。采用4英寸真彩觸摸屏幕，背景亮度高，內(nèi)置智能操作系統(tǒng)，可手指直接觸摸操作。背光可自行選擇關(guān)閉，以降低功耗。（3）有線和無(wú)線傳感器?？筛鶕?jù)小型庭院現(xiàn)場(chǎng)情況，來(lái)選擇無(wú)線或有線傳感器，本系統(tǒng)應(yīng)用中，采用了三個(gè)無(wú)線土壤濕度和一個(gè)無(wú)線土壤溫度傳感器，傳感器探針316L不銹鋼;德國(guó)Heraeus公司進(jìn)口A級(jí)ST-1-PT1000精密鉑電阻，溫度測(cè)量范圍-55℃～150℃。無(wú)線傳感器內(nèi)置無(wú)線模塊，實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)讲杉刂破?。采集控制中心采取三個(gè)土壤濕度傳感器的平均值來(lái)判斷是否灌溉，能讓數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。（4）電磁閥。采用市面常用的1.2寸全銅電磁閥，繼電器的觸點(diǎn)控制電磁閥電源的接通。網(wǎng)絡(luò)攝像頭，可以隨時(shí)查看綠地植被情景。

4 軟件系統(tǒng)介紹

采集控制中心。遠(yuǎn)程服務(wù)器端，采用可視化編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)界面友好的環(huán)境監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)測(cè)環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。其工作狀態(tài)有自動(dòng)、手動(dòng)模式。在自動(dòng)模式下，用戶可根據(jù)需要設(shè)置參數(shù)的上下限預(yù)警數(shù)值，自動(dòng)控制設(shè)備的啟動(dòng)和停止，可短信等方式發(fā)出預(yù)警通知。軟件平臺(tái)可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控各傳感器數(shù)據(jù)。完善的數(shù)據(jù)管理功能，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)管理、數(shù)據(jù)查詢、導(dǎo)出、統(tǒng)計(jì)分析、圖表分析等各項(xiàng)數(shù)據(jù)處理方式。

5 施工情況

由于針對(duì)的是小型庭院，面積小，在施工過(guò)程中，可不用水泵。同時(shí)為保證水壓，盡量從主水管道接水。本系統(tǒng)中，由于植被的多樣性，主要采用噴灌方式。并且鑒于灌溉面積小，所使用噴頭少，支管少，灌溉系統(tǒng)維護(hù)起來(lái)方便。

6 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)基于STM32F407單片機(jī)，采集土壤濕度、溫度等數(shù)據(jù)參數(shù)后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)，可通過(guò)手機(jī)和計(jì)算機(jī)端遠(yuǎn)程對(duì)植被灌溉進(jìn)行查看和控制。所采用的硬件比較精簡(jiǎn)，并且成本低，方便靈活，適合小型庭院。

參考文獻(xiàn)

[1]黃英來(lái)，田仲富，孫曉芳.嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用開(kāi)發(fā)教程[M].清華大學(xué)出版社，2017.

[2]林菁，王驥，沈玉利，徐國(guó)保.基于嵌入式技術(shù)智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].通信技術(shù)，2009，（5）：105-109.

[3]唐富平.現(xiàn)代都市農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉發(fā)展戰(zhàn)略思考[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)信息，2016，（7）：33-34.

Application of Embedded Technology in Urban Green Space Irrigation

LI Xiang

（Beijing Vocational College of Agriculture， Beijing? 102208）

Abstract：With the advent of the Internet of Things era and the development of embedded technology， automatic irrigation control technology of farmland green space has also been applied in China.In view of the high hardware cost and unscientific management of the control system of small courtyard， the system studied in this paper can reduce the cost of hardware server side， simple hardware installation， support wireless and wired sensors， and can be viewed and controlled through web access on PC side and APP on mobile phone side.

Key words：microcontroller; remote control; sensor