基于zigbee和stc12c5a60s2的水稻自动灌溉系统设计

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1、基于ZigBee和STC12C5A60S2的水稻自动灌溉系统设计　　引言现在的农业灌溉都是采用喷灌、滴灌、微灌等技术方法，需要手动对监控现场的情况进行控制，而且需要另外的X络构建与布线，成本较高。随着经济社会的发展，需要一种自动、科学的灌溉系统来控制灌溉。为此，设计一种基于ZigBee和STC12C5A60S2的自动灌溉系统，在监控中心通过上位机可以看到现场的数据，同时会根据水稻各个生长期的需水情况，自动发送命令控制电磁阀的动作。综合来看，该系统成本低，与传统的控制系统相比更加智能。　　1系统的结构及工作原理　　系统由上位机和下位机组成，总体结构图如图1

2、所示。其中，上位机安装了组态软件服务器，负责接收发回来的数据和发送相应的命令;下位机由X关和节点组成。其中，节点是由电源模块、ZigBee模块、传感器、太阳能板、电磁阀等部分组成。在稻田池块处放置节点，根据水稻生长时期和土壤状况确定传感器埋设深度，实时监测池块变化。设计时，在池块中布置8个节点，X关与节点中采用ZigBee树状X络通讯，X关与上位机采用GPRS通讯，系统X关和节点都通过太阳能板供电。节点实时采集传感器的数值，经ZigBee传输到X关，数据实时显示在组态屏上，X关将数据融合后由GPRS传送到上位机。上位机软件接收并处理数据，根据相应的预设参

3、数和采集回来的参数，会自动控制电磁阀启停功能。同时，X关还可以监测电池电量的参数，并传送至上位机。【图1】　　　　2系统设计　　2．1X关控制芯片的设计　　STC12C5A60S2/AD/P系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8～12倍;内部集成了MAX810专用复位电路、2路P、8路高速10位A/D转换(250K/s)，针对电机控制，适用于强干扰场合。　　2．2节点驱动电路的设计　　　　采用驱动继电器控制电磁阀的方式。为了提高系统的可靠性，采

4、用5V继电器。继电器使用ULN2803驱动，ULN2803使用5V供电，STV12C5A60S2的输出信号经74HC14传输到ULN2803。继电器连接图如图2所示。【图2】　　　　2．3传感器的选择　　传感器测量部分包括土壤水分、池块温度和池块水位。各部分的选型如下:　　1)测量池块温度。选用DSl8B20温度传感器，与传统的热敏电阻不同，其可直接将被测温度转换为串行数字信号，供单片机处理。测量温度范围为－55～+125°C，在－10～+85°C范围内精度为±0．5°C，适合于恶劣环境的现场温度测量。　　2)测量池

5、块水位。选用GB2100A液位传感器，供电范围5～12V，具有信号隔离放大、截频干扰设计及抗干扰能力强等特点。　　根据寒地水稻控制灌溉技术规范，水稻生育转换期要提前晒田，并在生育期转换问题上提出时到不等苗苗到不等时的调控方法。时到不等苗，即不管水稻处于哪个生育期(分蘖末期除外)，土壤水分到了土壤控制下限则灌水至上限，土壤水分未达到控制下限，不需要灌水;苗到不等时即水稻生长发育到分蘖末期，不管土壤水分是否控制到下限，都要及时排水晒田。过了分蘖末期，到了拔节孕穗期，(需水敏感期)则必须灌水至土壤水分上限。　　因此，采用HS－102STR土壤水分传感器，它是一

6、款基于频域反射原理，利用高频电子技术制造的高精度、高灵敏度的测量土壤水分的传感器，通过测量土壤的介电常数，能直接稳定地反映各种土壤的真实水分含量。　　2．4ZigBeeX络的设计　　ZigBeeX络采用TI公司最新一代ZigBeeSOC芯片，芯片供电电压为3．3V，内部已集成了一个8051微处理器与高性能的RF收发器。该芯片在无外加功放情况下通信距离可以达到1600m。　　采用TI公司的ZigBee2007/PRO协议栈作为开发背景，在IAREmbeddedodbus－RTU协议的格式，由设备地址、功能码、数据、结束符组成。采用求和校验方式，即将功能码和

7、数据位的5个字节数据(BIT2－BIT6)相加求和，取低16位写入校验位。数据帧格式如表1所示。【表1】　　　　设备地址为设定的X关地址，在本设计中定义为4A01，功能码用于区分实现不同的功能，包括继电器控制、读取采集节点数值、读取电池电量等。其中，功能码4B1x用于实现继电器控制，数据位000000表示继电器闭合，FFFFFF表示继电器断开;读取电池电量检测功能码531x，即数据位000000表示电量低，FFFFFF表示电量高;采集传感器数据功能码73xx，即功能码7311代表1号节点的1号温度传感器。　　例如，上位机发送:4A014B11000000

8、5C0D0A，即表示发送继电器1闭合命令。　　2．6节点供电电路的设计　　对于分