基于无线数据传输的农田节水灌溉系统.pdf

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1、万方数据2012年6月农机化研究第6期基于无线数据传输的农田节水灌溉系统李叶森，许丽佳，杜春龙，李克镪，蔡伟，王甫刚(四川农业大学信息与工程技术学院，四川雅安625014)摘要：随着淡水资源的匮乏，节水灌溉在农业中的推广已是必然趋势。为此，设计了基于无线数据传输的自动控制灌溉控制系统，介绍了无线射频技术的代表芯片nRF905的使用，从而突破了传统灌溉系统的有线数据传输模式，具有抗干扰能力强和传输距离远的特点；介绍了常见的上位机开发工具，并使用IABVIEw编写上位机。经实地测试使用表明，系统达到了良好的节水目的。关键词：节水灌

2、溉；无线数据传输；现代农业；nRF905中图分类号：s274．2；S12文献标识码：A文章编号：1003—188×【2012)06-0176-03O引言水是农业的命脉，也是整个国民经济和人类生活的命脉。我国的农业用水约占全国总用水量的73％，但水资源的有效利用率只有40％左右，发展节水农业有着巨大潜力和广阔的前景¨J。本文设计了基于nR眄05芯片的无线数据传输的农田节水灌溉系统，与有线技术相比，无线技术具有成本低、携带方便和减少布线施工难度等优点，适用面更加广泛。通过LABVIEw编写的上位机软件，可以根据不同作物、不同时期的

3、不同需水量合理灌溉，实现数据的历史查询，达到节水和高产的目的。1系统的总体结构系统总体框图如图l所示。众多子站设置在农田小区每个需要监控的土壤单元中，实时监控土壤的湿度信息；子站点MCu采用sTc89c52单片机，采用TDR3土壤湿度传感器进行土壤信息的采集，经信息的降噪、放大和转换后传输到子站Mcu；子站与上位机之间进行无线射频数据传输，射频模块采用Nordic公司的nRF905芯片。上位机端接收到子站传输的数据后，进行逻辑处理和分析，如存储归档、阈值比较、阈值调优和趋势分析等，将分析处理的数据通过无线数据传输方式反馈到子站

4、Mcu，控制阀门控制器，从而实现节水灌溉¨J。收稿日期：2011一08一Ol基金项目：国家大学生创新性实验资助项目(00509211)作者简介：李叶森(1990一)，男．安徽阜阳人，本科生，(E一删lil)￡帆8neaf@126．cⅢ。通讯作者：许丽佳(1973一)。女，四川乐山人，副教授，博士，(E—mail)lniaxu3668@163．com。子站l子站2子站n图1节水灌溉系统总体框图Fig．1The0verallstnIctu陀0fw船一明vingirrigati鲫syBtem2无线通信的实现2．1无线通信概况无线传感

5、器网络是计算机技术、传感器技术和网络通信技术相结合的产物，在现代农业中正逐渐应用口』。现在无线数据传输主要有IEEE802．11、蓝牙(Bluetooh)技术、超宽带(uwB)技术、红外(IrDR)技术和低功耗短距离无线通信技术HJ。本系统选用Nordic公司推出的射频模块nR四05芯片，其具有功率小、价格低廉、操作简单的特点，可通过软件编程实现数据的传输。2．2nRF905射频芯片介绍nRF905单片无线收发器工作电压为1．9～3．6V，可工作于433／868／915MHz等3个IsM频道，采用了补码键控(CCK)调制技术和

6、直接序列调频(DSSS)技术，最大传输速率可达“MbiL／s，标准工作在2．4GHz万方数据2012年6月农机化研究第6期的频段。nRF905由频率调制器、接收调节器、功率放大器、晶体震荡器和调节器组成，采用No耐ic公司的VLSIShockBurst技术，能自动产生前导码和CRC(循环冗余码校验)，可以很容易通过sPI接口进行编程配置。芯片内部结构如图2所示。单片机的I／O端口与Nd905管脚连接硬件组成电路，如图3所示。一一召贫：o蜀≤}兮8一。苗}：豢呈萎豸薹萎戮詈薹茎耋詈⋯、，、_“_o、／、√、_’—⋯一口、_，∞z

7、zzzzzz∽∽∽量鲁盆>>们zzzzzz_z∽∽口30o-MIS()(10)㈣；理csN(1扯TRXCF(1跞2暖CD(6)一徘；7罡uPCLK(3)圆圆鲁l低噪f*放人器垂降p訇图2nRf贴芯片内部结构Fig．2Intemalstmcture0fnRF如5chipnRF905单』}机脚RUPF'2‘OTRXCFP2‘lTXENP2‘2CSNP243％KPZ‘4舯SIP2‘5MIS0f’2‘6AMP3‘0DRP3‘le醅P3‘2·AWI(20)．^Ⅵ2(21)RFF(23)图3nRF905与单片机管脚连接原理图Fig．3II

8、Iteff砬e0fnRF903蛐dMCUnRF905有ShockBurstRx接收模式和ShockBurstTx发送模式两种工作模式，有关机模式和空闲模式两种节能模式。nR眄05的工作模式由TR)(一CE、TX—EN和PWR—uP等3个引脚决定，详见表1所示。表lnRF∞5工