基于zigbee技术的水稻自动灌溉控制系统设计

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1、2015年2月农机化研究第2期基于ZigBee技术的水稻自动灌溉控制系统设计李野，董守田，黄丹丹(东北农业大学电气与信息学院，哈尔滨150030)摘要:为了加快农业生产的数字化和信息化的发展，提高农田灌溉中的生产效率，采用单片机技术、ZigBee以及组态等技术设计开发了一种远程灌溉监控控制系统。该系统由监控计算机、主控制器、分控制器等组成。分控制器由传感器、电源模块、太阳能电池板、电磁阀组成，通过传感器把现场的池块温度、土壤含水率、池块水位采集回来，将数据打包后通过GPＲS发送到监控终端的上位机;上位机软件接收并处

2、理数据，根据相应的预设参数和采集回来的参数，发送相应的命令给现场。该系统能够控制电磁阀的动作，连续运行未发生故障，可实现无人值守的远程灌溉监控。关键词:水稻灌溉;ZigBee;自动控制中图分类号:S275;TP273文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)02－0226－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.02.054节点实时采集传感器的数值，经ZigBee传输到网0引言关，数据实时显示在组态屏上，网关将数据融合后由现在的农业灌溉都是采用喷灌、滴灌、微灌等技GPＲS传送到上

3、位机。上位机软件接收并处理数据，术方法，需要手动对监控现场的情况进行控制，而且根据相应的预设参数和采集回来的参数，会自动控制需要另外的网络构建与布线，成本较高。随着经济社电磁阀启停功能。同时，网关还可以监测电池电量的会的发展，需要一种自动、科学的灌溉系统来控制灌参数，并传送至上位机。［1］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［2］成本低，与传统的控制系统相

4、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所示。其中，上位机安装了组态软件服务器，负责接［3］收发回来的数据和发送相应的命令;下位机由网关和节点组成。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图1总体结构示意图器埋设深度，实时监测池块变化。设计时，在池块中Fig．1Schematicdrawingofthegeneralstructure布置8个节点，网关与节点中采用ZigBee树状网络通2

5、系统设计讯，网关与上位机采用GPＲS通讯，系统网关和节点都通过太阳能板供电。2．1网关控制芯片的设计STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科收稿日期:2014－02－19技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低基金项目:哈尔滨市科技局攻关项目(2013AA6BN010)作者简介:李野(1991－)，男，黑龙江齐齐哈尔人，硕士研究生，功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完(E－mail)liyeneau@126．com。全兼容传统8051，但速度快8～12倍;内部集成了通讯作者

6、:董守田(1968－)，男，哈尔滨人，副教授，硕士生导师，(E－mail)stdongneau@163．com。MAX810专用复位电路、2路PWM、8路高速10位A/·226·2015年2月农机化研究第2期［7］D转换(250K/s)，针对电机控制，适用于强干扰场分含量。［4］合。2．4ZigBee网络的设计2．2节点驱动电路的设计ZigBee网络采用TI公司最新一代ZigBeeSOC芯采用驱动继电器控制电磁阀的方式。为了提高系片，芯片供电电压为3．3V，内部已集成了一个8051微［8］统的可靠性，采用5V继电器

7、。继电器使用ULN2803处理器与高性能的ＲF收发器。该芯片在无外加功驱动，ULN2803使用5V供电，STV12C5A60S2的输出放情况下通信距离可以达到1600m。［5］信号经74HC14传输到ULN2803。继电器连接图如采用TI公司的ZigBee2007/PＲO协议栈作为开发图2所示。背景，在IAＲEmbeddedWorkbench环境下开发。启动网关后允许采集节点与其连接，接收节点的数据信息;然后，数据通过ZigBee传送至网关，网关将其打包成规定的数据帧格式，经由GPＲS传送至上位机。2．5通讯协议在

8、网关与上位机之间通过GPＲS通讯，设计的数据格式参考了常见的Modbus－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数据帧格式图2继电器连接图Table1DataframeformatFig．2Interfacedi