以远距离wifi模组为基础的远程监测节水灌溉系统

以远距离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。