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以远距离wifi模组为基础的远程监测节水灌溉系统

发布日期:2022-01-05  浏览次数:2567
远距离wifi模组为基础的远程监测节水灌溉系统,农业智能灌溉节水系统它可以远程监测现场环境的温度、湿度、以及通过云传输的数据进行分析,可自动控制内部环境参数、施肥、灌溉等设备;同时,还可通过手机、串口、微机及其他用户终端动态地将监控信息推给管理者,通过分析采集信息控制灌水量。通过对终端的多样化,为农业生产现场环境的信息化提供了更大的方便,智能化的远程监测,主要是依靠信息感知技术、网络通讯技术、自动控制技术等先进技术。该设计通过远距离wifi模组WiFi通信技术,在移动开发的物联网云平台的基础上,以PC机作为下位机,对智能农业节水灌溉系统进行了研究。作为终端应用平台,可以控制灌溉用水的浪费,大大降低了人工成本,实现了无人值守,正确调节环境,实现高效节水。

该系统由5个部分组成,包括硬件设备、单片机模块、被控器模块、无线WiFi通信模块、物联网云服务器等,它是根据农产品温度、湿度信息,自动完成实时灌水。感应器利用无线传感网络作为农业信息感知的硬件设备,把结果提供给生产者,主要用于收集农业资源的各种信息,如种植过程中的温湿度、湿度等参数。以STC12C5A60S2作为主控芯片传输所采集的数据到微处理器模块。路由器热点可以通过远距离wifi模组WiFi无线模块连接,实现数据与主芯片间的通信。数据经过路由器的中转传送,传输到远端云服务器后,利用平台进行数据处理和存储,这样,农业管理员就可以通过网络来存储数据,并进行分析决定,指令以继电器开关作为智能灌溉系统中的受控终端,LED灯照明进行数据反馈和控制。

这次设计选用了CV520的AP+Station,CV520是一款超低功耗WiFi传输模块,可以在因特网或局域网上进行通讯。运行传输性能稳定,传输距离远。远距离wifi模组包括编码模块和高频发射模块,其编码模块通过远程管理支持参数设置。频率发送模块能够采集串口设备的数据,通信功能是把TTL电平转换成符合WiFi无线通信网络标准的嵌入式模块,通过异步收发器接口与设备相连。STC12C5A60S2与CV520之间的通信主要是通过带有TXD端口TXD的P0.0来实现。在STC12C5A60S2上,P0.1可以在CV520端口RXD之间进行数据交换,其中,RXD属于串行数据接收端口,TXD属于串行数据发送端口。

单片微机的CPU可直接对I/O口操作,位控功能更是无与伦比。也可用于多种物理量的采集和控制。本系统选用了单片机作为主控器件,由于单片机是为满足工控要求而设计的,控制功能特别强,数据采集成本低,便于灵活,更适用于本文所设计的主控芯片。在功能方面,本设计以STC12C5A60S2为核心,以高速、低功耗、超强抗干扰为特点的8051单片机,可作为2路D/A使用,该芯片在电路设计、软件设计等方面尤其方便,且汇编程序简单。

传感模块包括温湿度传感器和土壤湿度传感器。综合考虑性能及试验结果的准确性等,选用DHT11型温度传感器。DHT11数字传感器由一个电阻型感湿器和一个NTC温度传感器组成,与一台高性能的8位微控制器相连。传感易受多种因素的影响,但DHT11是一款稳定的温、湿度传感器,响应时间短,同时满足了本设计的实时要求。测土水分传感器又称土壤水分传感器,主要用于测定土壤相对含水率,即土壤含水率占田间持水量的百分率,不同作物的相对含水率有差异。该传感器具有测量精度高、性能好、响应速度快、数据传输效率高等优点,在该系统中具有不可替代的重要作用。应用FDR频域反射原理,利用电磁波在介质中的传播频率测量土壤介电常数。由于要在土壤中长期埋藏,故采用不锈钢针和防水探头组成的监测系统,对表土及深层土壤进行在线监测。其工作原理是:传感器插入土壤后,输出电压随土壤湿度的增加而增加,本设计采用分叉设计,便于插土。感应器探测器a,b是由两个长度为160mm、直径5mm、相间55mm的不锈钢棒组成。

灌水模块是本设计的一个重要部分,所谓智能灌水,先要具备自动灌水的能力,通过数据分析,什么时候要开水泵,什么时候要开水泵,什么时候要关上水泵,停止灌溉。水平潜水电泵作为潜水泵的一种,具有体积小、携带方便等优点,可广泛用于农业生产。它主要用于高山区的农田灌溉和人畜用水。但在实际中却要考虑到自然因素的影响,泵的工作环境有:额定电压110V、高电压137V、低电压77V;(2)在240KPa的压力下保压1min无漏气现象。该设计中,水泵模块的电压为5V,利用LED指示灯判断水泵运行是否正常。

电源均采用5V直流电源,但所述电源有2个接口,1V电压1V,1V电压1V,1V电压1V,便于多种设备供电。直接使用USB直流电源供电,为使电源电路设计能更方便,利用电脑适配器USB接口直接接通电源,其成本也比较低廉。确保电源稳定在5V输出,使系统更稳定,通过红光LED灯可以清楚地看到电源已供电。在WiFi技术的基础上,设计了一套智能灌溉系统,将这些不同的元件结合起来,各部件各有不同的功能,缺一不可,把各个部件连接起来,组成一个整体控制系统,当设计总电路图时,整个电路通过电源模块通电,再通过CV520各管脚进行工作,将LED灯、水泵模块、温度传感器模块等分别连接起来,旨在通过WiFi模块控制、编码编写、通过模块串接,利用远距离wifi模组WiFi组网技术实现智能灌溉系统。

远距离wifi模组WiFi传输程序的设计分成了三部分。初始化,每当看到云平台上的设备状态为“脱机”时,它表示没有连接无线网络,需要重新配置,正确输入WiFi名称和WiFi密码。第二,扫描网络。看见收发号码不断变化,表明联接成功,判断是否有农业感测网络节点数据上传至上位机,若有则建立通道传送通道,则不接接。单片微机开机后,通过TTL接口加入指定的WiFi网络,将各传感器采集到的数据传送至接口。设置WiFi网络,并与之通信。在发现合适的WiFi网络后,传感器将采集到的数据传送给上位机和云平台,如果不能达到标准的环境参数值,就会对相关数据进行处理,判断是否为自动模式,再反馈给受控设备,并作出反应。

PC上位机即智能灌溉节水系统管理软件,可直接发出指令操纵整个系统,软件界面显示温、湿度信号的实时变化,并显示各灌溉阀的执行按钮,充当灌溉部门对各湿度传感器的远程管理工作。采用51单片机增强型STC12C5A60S2芯片,以KeiluVision4C51为开发平台,是目前常用的嵌入式开发环境,支持C/C++语言开发,C语言编辑效率非常高。依据窗口界面的设定参数,找出适当的端口数目,设定好波特率,设定串口类别的参数。智能化灌溉节水系统的上位机软件接口主要包括串口传输、接收信息、发送信息及数据存储模块。上位机给系统发出控制指令,以保证各模块的正常工作。

把程序下载到单片机后,对系统进行供电。当所有设备接通后,打开串口进行调试,在串口调试成功后,显示连接成功,可以看到工具上的温度、土壤湿度、光照强度等资料。以串口工具为例,采用主动和手动两种方式进行设计。为适应不同的环境,设置了阈值。

远距离监视界面主要是根据网页编辑而设计的。可手动选择想要了解的作物的网页信息,在云平台上,可通过PC上位机控制,在任何时候都能对作物进行实时监控,实现应用界面的一致性;例如,对4种不同作物进行监控,在界面上可以清晰地看到不同作物的环境参数变化。

远程设备控制部分的状态可通过按钮实时反映。油泵打开时,按钮上的红色指示灯亮,红色灯熄灭时是关机。在自动模式下,按钮的绿灯将被打开,绿灯熄灭时将处于手动模式。通过对PC上位机和平台的网页端的测试发现,在多次测试后发现按钮的状态变化为1s延迟,实际情况还需根据网速确定。

该系统以STC12C5A60S2为核心,利用远距离wifi模组CV520和云平台的特性,设计了一种基于WiFi技术和物联网感应的智能农业实时监测系统。将各种传感器探测到的数据上传到云平台上,并实时上传数据,使用户能够随时查看参数数据,监测农业生产环境,实现农业灌溉自动化。通过实验证明,该系统解决了传统灌溉水资源浪费大、稳定性差的问题,完全符合实用、开放、便捷的设计原则,大大优化了水资源的配置。
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