山地果园中低功耗无线滴灌控制装置设计与试验.pdf

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1、第30卷第9期农业工程学报V_o1-30NO．91022014年5月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringMay2O14山地果园中低功耗无线滴灌控制装置设计与试验岳学军，刘永鑫，洪添胜※，徐兴，王叶夫，燕英伟，全东平(华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，国家柑橘产业技术体系机械研究室华南农业大学工程学院，广州510642)摘要：针对山地果园布线困难，而大面积滴灌需要分区控制并集中管理的需求，构建了低成本、低功耗、能满足定时分区灌溉与集中管理需求的小型无线滴灌

2、控制装置。装置采用无线通信方式，硬件选用低功耗微控制器与双稳态电磁阀，系统软件采用基于CC1100无线唤醒机制的低功耗间同步通信算法，具有避免信道拥塞的特点。试验表明，输入电压9V时，控制系统静态电流为400mA、无线唤醒工作电流为19mA、工作周期内平均电流为439mA；1节鹏辉450mAh的AA电池可供系统至少可工作38d；果园内RSSI信号衰减测试表明通信距离超过60m，最高平均丢包率为23％；有遮挡的环境中数据丢包率将大于无遮挡环境，但接收信号强度相差不大；在果园环境中尝试使用电力线载波适配器、大功率WiFi无线网桥、GPRSDTU3种远距离

3、通信模块建立总控制器与远程监控端的数据链路，链路试验表明，GPRSDTU与大功率WiFi网桥均能成功建立通信链路。相比之下，GPRS有强的适应性：采用无线控制系统，系统准时开启电磁阀，开启时间误差小于5min，土壤含水率变化呈现快速上升后缓慢下降的变化，灌溉区域的土壤含水率保持13％以上，可应用于岭南绝大部分山地果园。解决了控制装置的布线工程困难，实现可远程传输滴灌信息和监测滴灌状态，并可进一步实现分区控制与轮灌控制。关键词：单片机；无线传感器网络；控制系统；滴灌；低功耗；果园doi：10．3969~．issn．1002—6819．2014．09．0

4、13中图分类号：$275．6文献标志码：A文章编号：1002—6819f2叭4)一09—0102—08岳学军，刘永鑫，洪添胜，等．山地果园中低功耗无线滴灌控制装置设计与试验[J]．农业工程学报，2014，30(9)：102—109．YueXuejun，LiuYongxin，HongTiansheng，eta1．Designandtestofwirelessdripirrigationcontrolinorchardwithlow—power[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEnginee

5、ring(TransactionsoftheCSAE)，2014，30(9)：102—109．finChinesewithEnglishabstract)开展无线滴灌控制系统自主设计和开发，且有较成0引言型研发产品。面向精确灌溉无线传感器网络、水稻农业精确滴灌势在必行，传统滴灌控制器必须节水灌溉无线远程监控系统、农田自动灌溉无线监依赖人工操作，无法集中管理【I。4J。农业滴灌控制系控系统也应运而生u】。基于ZigBee搭建的无线统引入无线技术，不但省工节能，还可实现滴灌管滴灌控制系统较为广泛，已有的国内无线滴灌控制理的智能化、自动化和远程控制L5J。

6、农业滴灌区域系统分为2类：一类是基于TICC2430或CC2530范围广、采集数据量大，引入无线技术可实现数据芯片、非开源Z—Stack固件库与ZigBee协议实现组的远程传输及实时监测，进一步还可以实现滴灌的网控制，它们受限于Z．Stack，无线网络中的路由节精确控制引。点(中继器)与协调器节点无法进入休眠状态，故中国无线滴灌控制技术应用日新月异，目前已功耗较大，必须配大容量电池与太阳能供电装置。另一类则是基于GSM或GPRS通信模块连入公共通信网实现远距离控制，其通信费用高且功耗大[2卜]。收稿日期：2013．09—16修订日期：2014—02．

7、17基金项目：现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS．27)资助、公益且目前广泛使用电容式土壤水分传感器，其感应范性行业(农业)科研专项经费项目(200903023)和广东省自然科学基围小(EC．5仅为181cm3)，所采集数据不适合于金项目(S2Ol2010009856)较大规模果园内进行实时灌溉决策，而针对小规模作者简介：岳学军(1971一)，女，重庆南岸人，副教授，博士，硕士生导师，农业工程学会高级会员(E041200598S)，从事农业工程、通信农户中推广无线滴灌控制技术，除需要满足定时灌和信息技术应用研究。广州华南农业大学工程学院，51

8、0642。溉与集中管理的需求外，还应满足低成本、低功耗、Email．yuexuejun@scau．edu．c