灌溉井群远程监控系统的研究

发布时间：2020-04-01 00:40

【摘要】：当前,在我国农业生产中,大田多选用机井灌溉方式,使用人工操作水泵的形式来实现,灌溉人员需要到井房现场进行操作,自动化程度低。该方式依赖于操作员的经验数据采用手动操作,土壤墒情监测不及时。人工计量计费,操作员通常需要步行于多个井房间进行启停水泵的操作,这造成了水资源和人力资源的大量浪费。因此,设计开发一种针对于大田机井井群的灌溉远程监控系统对于解决水资源日益短缺的问题,实现水资源的可持续利用,提高农业生产效率,降低生产成本有着非常重要的意义。本设计针对不同距离的信号传输分别采用了ZigBee和GPRS作为无线通讯媒介,采用了无线模块加控制器的模式,双CPU工作。应用多种传感器对数据进行采集,组成无线传感器网络,结合了单片机、组态和通讯协议等形成了一套完整的监控系统。基于ZigBee技术和单片机技术设计了带有自定义地址的无线传感器网络,确定了整体的方案。其次,对系统的软硬件进行选型设计,硬件部分包括：无线模块、单片机、GPRS模块、土壤水分传感器、土壤温度传感器、空气温湿度传感器、交流接触器、中间继电器、三相保护器等器件的选择,以及硬件电路设计、机井处电气接线设计、太阳能供电系统设计选型等。软件部分包括,采用IAR7.51A环境,ZigBee2007/PRO协议栈的CC2530程序设计,并进行了自定义地址的识别与低功耗设计；单片机程序设计,采用Keil UV4开发环境,包括通讯协议、ModbusRTU协议转发、采集节点与机井节点的主控程序设计：组态王上位机开发,包括界面设计、GPRS通讯参数设定,采集数据处理储存等。上位机监控软件实现了信息采集处理与机井水泵控制以及实时数据显示、趋势曲线、报表等功能,实现了远端的监控。最后对系统部分及整体进行了测试与分析。设计了自定义的无线传感器网络的通讯数据格式,并在数据帧中预留了多个字节,便于系统的扩展与移植；自定义地址通过主控板上的8位跳线进行设置,使用地块号加设备号的识别方式,地址的识别功能在CC2530中进行,在无线传感器网络传输层面过滤掉无用信息,大幅度减少主控制单片机中断次数；将采集的电压值对应的ADC寄存器数据直接传输到上位机,数据的换算校准在上位机进行；采用多种手段降低功耗,包括休眠唤醒机制以及传感器电源开关控制的方法;采集节点采用太阳能供电系统供电,太阳能板参数为9V/3W,蓄电池参数为6V/4.5AH,系统可采集蓄电池电压并上传；机井节点和网关节点采用AC220V供电,井房内安装手动启停按钮和三相保护器。实验表明,本设计能够实现灌溉井群远程监控的目的,无线传感器网络工作稳定,太阳能供电系统可靠持续运行,能够实现对多个井灌区数据采集和传输,机井水泵的远程控制。实用性强,还具有很强的可操作性和扩展性,对灌溉过程中节水、节省人力效果明显。
【图文】：

外围电路,选型

STC12C5A60S2外围电路图

网络接入点,参数,模式

图3-7GPRS配置第一步Fig.3-7 First step of GPRS configuration3-8所示，配置网络参数，，选择永远在线模式，网络接入点3-9所示，配置服务器参数。选择固定IP,本设计中上位机
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S274.2

【参考文献】