基于无线网络的自动灌溉控制系统
祝冠宇 张建军 何培祥
（西南大学工程技术学院，重庆 400716）
摘要：设计了一种用于农作物自动灌溉的基于GPRS无线网络的自动灌溉控制系统。由PIC单片机16F877A 控制的远程监控端利用GPRS模块，通过无线网络，将采集命令发送到数据采集网络中的相应采集点，启动参数采集。采集点启动后，单片机控制湿度传感器将采集的数据通过串口驱动GPRS模块，经由无线网络将数据传输到远程监控端，然后对数据进行分析处理，实现显示及相关的灌溉控制操作。文章从硬件和软件两方面描述了系统的设计及实现方法。 关键词：自动控制技术；数据传输；GPRS；PIC单片机
爬楼购物车1 引言
我国是农业大国，农业灌溉的面积居世界首位。然而我国也是一个水资源严重缺乏，水旱灾害频繁发生的国家。据统计，我国农业用水量约占全国用水量的80%。但是农业灌溉利用率只有25%~40%。因此，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺至关重要[1]。在灌溉系统中，合理的应用自动控制技术，不仅可以提高水资源的利用率，缓解水资源缺乏的矛盾，还可以降低生产成本，提高生产效率。为
了减少劳动者的劳动强度，更有效的利用水资源。设计了一种自动灌溉控制系统，此系统以PIC单片机为控制核心，利用GPRS 模块，通过GPRS无线网络将土壤湿度传感器实时采集的湿度数据传输到自动灌溉的控制端，实行动态管理，实现水资源的管理自动化。
2GPRS无线通信[2]
基于GPRS的无线网络通信系统，主要由三部分构成：位于数据采集现场的GPRS通信模块、网络运营商提供的GPRS网络与远程服务器。GPRS模块位于各个数据采集现场，由于移动公司的通信范围已覆盖我国的绝大部分地区，各GPRS模块可分散地安装在各种复杂的地理环境中而不必考虑线路铺设等复杂的问题。GPRS网络是现场数据采集端与远程监控端之间进行数据交换的媒介。GPRS模块与测量仪表进行数据通信，将测量仪表产生的检测数据通过移动实时发送到GPRS网络服务商所提供的GGSN ( Gateway GPRS Support Node )服务器。经由服务器，再通过移动，将数据发送到处于远程监控端的GPRS模块。
3 系统架构设计
系统主要包括远程数据采集网络和监测控制终端两大部分。远程数据采集网络由若干个数据采集点构成，每个采集点以单片机为控制核心，利用传感器、GPRS通信模块等器件, 完成所监测环境的数据采集、处理和传输。监测控制终端由单片机、GPRS通信模块，键盘，显示器，相关灌溉设备等组成，
对远端发送上来的数据进行分析和处理, 完成相应的控制操作。同时，也要根据需要对远端数据采集点发出命令, 由采集点完成相应的动作。
系统设计的方案是通过GPRS通信模块利用GPRS无线网络，以短消息方式发送和接收数据。利用单片机的串行端口向GPRS通信模块发送一系列AT命令, 就达到控制GPRS通信模块收发SMS的目的。GPRS模块通过异步通信接口实现对SMS控制有三种协议：基于AT命令集的Text Mode、基于AT命令集的PDU Mode和Block Mode。
作者简介祝冠宇（1986—），男，贵州贵阳人，在读硕士，从事机电一体化研究
远程数据采集网络
云母带
监测控制终端
怎么自制纳米胶带图1 自动灌溉控制系统体系结构框图
皮诺敛酸4系统硬件设计
系统硬件的设计包括两大部分：远程数据采集点和监测控制终端。其中远程数据采集点主要包括SHT
11温湿度传感器，PIC16F877A单片机以及MC35 GPRS通信模块（硬件结构框图如图2）；监测控制终端主要包括PIC16F877A单片机，MC35 GPRS通信模块，液晶显示模块，按键模块等（硬件结构框图如图3）。
图2 远程数据采集点硬件结构框图
图3 监测终端硬件结构框图
整个系统的工作过程如下：由远程数据采集点的传感器采集土壤湿度参数，采集到的数据经单片机处
理后，利用GPRS通信模块，通过GPRS无线网络，将数据以短信息的形式传输到位于监控终端的GPRS通信模块中。然后监控终端的单片机对GPRS模块中收到的短信息进行解码，获得采集到的数据，对数据进行分析处理后，执行相关的灌溉操作。微服务开发
4.1 微控制器PIC16F877A单片机
处理器模块是自动灌溉控制系统的核心。本系统采用MICROCHIP公司的16F877A单片机[4]。16F877A是一个单片8位高性能的微控制器，内部采用哈佛总线结构，使芯片内部的数据总线与指令总线完全分离，实现了指令的单字节，单周期，从而提高了微控制器的执行速度，大大提高了单片机的抗干扰能力。16F877A片内集成了多个功能模块，如定时器模块，A/D 模块，CCP模块，串行通信模块等，很大程度上减化了硬件电路。另外，此款单片机采用精简指令集RISC技术，给程序的编写带来了极大的便利。
4.2 湿度传感器模块
传感器采用瑞士SENSIRION公司推出的一款数字式湿度传感器SHT11[5]。该传感器将温湿度传感器、信号放大调理、A /D转换、二线串行接口全部集成在一个芯片内。由于将传感器与电路部分结合在一起, 因此，该传感器具有比其他类型的湿度传感器优越得多的性能。首先是传感器信号强度的增加增强了传感器的抗干扰性能, 保证了传感器的长期稳定性, 而A /D 转换的同时完成，则降低了传感器
对干扰噪声的敏感程度。其次在传感器芯片内装载的校准数据保证了每一只湿度传感器都具有相同的功能, 即具有100% 的互换性。最后, 传感器可直接通过I2C总线与任何类型的微处理器、微控制器系统连接, 从而减少了接口电路的硬件成本, 简化了接口方式。
4.3 GPRS通信模块
GPRS通信模块负责整个系统的数据收发，GPRS无线网络通信需要TCP/ IP/ PPP 协议支持，当前常见的GPRS模块可分为自带TCP/ IP 协议栈与不带协议栈的两大类，自带协议栈的模块有SIMCOM的SIM100，使用方便，用户只需通过AT指令来控制数据传输就能实现无线通信，价格相对较高；而不带协议栈的模块还需用户自己在单片机中实现嵌入式TCP/ IP/ PPP 协议栈来实现数据传输。考虑到模块的成本等相关因素，本设计选用了西门子MC35通信模块。MC35稳定性及性价比都比较高，接口简单，AT指令完善，支持GPRS CLASS10。使用时只需自行设计外围电路，包括电源供电、RS232通信、SIM卡接口电路以及通信天线。该模块不带TCP/ IP/PPP 协议，需要自己编写，在单片机中实现。
5 系统软件设计
5.1 总体设计
系统软件的主要功能包括传感器数据采集与处理、GPRS通信、液晶显示、电磁阀控制
等，采用模块化设计方式。传感器数据采集与处理模块主要完成土壤湿度的参数采集，并进行补偿、线性转换处理等。GPRS通信软件模块包括接收SIM信息中断和发送SIM信息中断两个部分完成信息的收发。液晶显示模块实现湿度等数据的本地实时显示。电磁阀控制模块实现对电磁阀通断的实时控制。根据硬件结构，将软件设计分为两大部分：监控终端的程序设计和数据采集点的程序设计。为了降低功耗，节约能源，对于数据采集点，一般情况下处于低功耗模式，如果收到监控终端发送的采集命令，将产生信息接收中断，把单片机从低功耗模式中唤醒。程序流程图如图4，图5。
图4 监控终端程序流程图
图5 数据采集点程序流程图
5.2 软件实现
5.2.1 数据采集与处理模块
土壤湿度数据的采集通过SHT11的DATA线直接读取，将采集到的数据采用平均滤波的方法进行处理，即将连续采样10次的数据累加求和，同时出其中的最大和最小值，再从累加中减去最大值和最小值，按8次采样值平均，即得有效采样值，存入发送缓冲区。
5.2.2 GPRS通信模块
对于发送数据来说首先将发送缓冲区的数据进行ASCII码变换，再将其转换为发送短消息时所需要的七位GSM码，最后由发送程序将数发送出去。对于接收数据来说把接收到的七位GSM码转换为ASCII码，再将ASCII码转换为单片机所能操作的16进制数。
5.3.3 液晶显示模块
首先要对液晶显示模块进行初始化，包括模式的选择、文本首地址和区域的设定、起始光标位置的设定、清屏、字符或图形模式的选择等；另外还要把基本的操作设计成子函数形式；在上述基础上编写显示模块软件。
5.3.4 电磁阀控制模块
把GPRS模块中接收到信息，译码为电磁阀的控制命令，利用定时器控制电磁阀的通断时间，实现对水量的控制。
6 结语
本文设计了自动灌溉控制系统, 是通过现有的GPRS无线网络, 利用短消息方式，在数据采集终端和监测终端之间进行信息传送。分析了系统的硬件设计和软件设计，实现了远距离
透水混凝土施工工艺
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议