物聯網智能稻田節(jié)水自動灌排系統(tǒng)

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2017.09.013

引 言

物聯網智能稻田節(jié)水自動灌排系統(tǒng)可加速推動傳統(tǒng)農業(yè)向現代化農業(yè)的轉變，一方面實現了節(jié)水灌溉，推動現代化農業(yè)的發(fā)展，另一方面能將勞動者從農業(yè)生產中解放出來，實現農業(yè)現代化管理。

1 物聯網智能稻田節(jié)水自動灌排系統(tǒng)功能概述

物聯網智能稻田節(jié)水自動灌排系統(tǒng)分為主機、從機和手機客戶端。主機由單片機、CC2530 模塊、HC-05 藍牙模塊、GPRS 模塊、DHT11 溫濕度模塊、光控制模塊、LCD1602 顯示器、太陽能電池板、充電蓄電池、電機驅動裝置、水泵等組成；從機由單片機、CC2530 模塊、超聲波模塊、太陽能電池板、充電蓄電池、電機驅動裝置、水閘等組成 ；手機客戶端由手機和手機 App 軟件構成。

1.1 主機

在物聯網智能稻田節(jié)水自動灌排系統(tǒng)中，主機是整個系統(tǒng)的信息匯總節(jié)點，不論是與用戶之間的連接還是用戶進行遠程監(jiān)管，主機都將作為信息傳輸的中心。主機自帶顯示系統(tǒng)， 可在田邊架設主機以無線方式連接各從機，同時監(jiān)管多塊稻田。通過得到的數據可以方便快捷的查看田間的各種信息。主機和從機通過CC2530 模塊通信，從機用超聲波檢測水位，傳給主機直接顯示或通過GPRS 發(fā)送給遠端手機用戶客戶端顯示， 主機還可檢測溫濕度以及光照強度，當水位低于設定值并在光照強度小于某一定值時才會給稻田加水，否則一直等待。

1.2 從機

從機的主要功能是通過各超聲波模塊檢測一小塊稻田的水位，通過單片機分析處理并借助CC2530 發(fā)送至主機，與主機相互通信，主機接收多個從機的檢測數據，并向從機發(fā)送控制指令，控制水閘開啟灌水或排水，這樣就構成了一套稻田節(jié)水自動灌排物聯網系統(tǒng)。

1.3 手機客戶端

用戶可通過手機客戶端對系統(tǒng)進行操作控制。用戶可根據傳回的數據分析選擇相應的控制方案或模式，用戶還可以根據需要自己添加模式和更改模式閾值，讓用戶可以隨時隨地查看田間的相關信息，及時了解稻田狀況，減少人力監(jiān)管負擔。設計框圖如圖 1 所示。

2 系統(tǒng)總體設計

用戶通過手機客戶端對稻田水位進行設置，主機和從機相互通信，對水位檢測，并做出相應的處理，同時用戶也可以隨時隨地接收稻田水位信息，形成一個智能節(jié)水循環(huán)系統(tǒng)。物聯網智能稻田節(jié)水自動灌排系統(tǒng)框圖如圖 2 所示。

3 系統(tǒng)硬件設計

稻田灌溉系統(tǒng)主機由IAP15F2K61S2 單片機、CC2530 模塊、HC-05 藍牙模塊、GPRS 模塊、DHT11 溫濕度模塊、光控制模塊、LCD1602 顯示器、太陽能電池板、充電蓄電池、電機驅動裝置、水泵等組成，工作原理如圖 3 所示。

稻田灌排系統(tǒng)從機模塊主要包括IAP15F2K61S2 單片機、CC2530 模塊、超聲波模塊、太陽能電池板、充電蓄電池、電機驅動裝置，水閘等，工作原理如圖 4 所示。

主機和從機之間通過 CC2530 通信，從機檢測到稻田水位后，發(fā)送給主機。主機處理后，返回給從機指令，從機做出相應的處理，主機隨時都可將稻田信息通過GPRS 發(fā)送到用戶手機，用戶足不出戶便可知曉稻田的蓄水情況，也可以設置稻田水位。

主機的主控芯片采用IAP15F2K61S2 的主要原因在于STC 公司生產的這款單片機帶有仿真調試功能，且芯片內部自帶可選擇晶振（5.529 6 ～27 MHz），芯片內部自帶多個串口和 AD 轉換器、定時計數器、終端等，這款單片機可使用通用性很強的 C 語言編程，具有結構簡單、開發(fā)周期短等特點。

LCD1602 是11線控制液晶顯示屏，8 位數據總線， 3 位使能及控制總線。數據總線和 IAP15F2K61S2 單 片機的 P0 口連接，使能及控制總線和 P2.0-P2.2 引腳 連接，LCD1602 循環(huán)顯示由超聲波采集回來的某塊 稻田的水位數據。LCD1602 控制簡單，不需要像數 碼管那樣多次掃描顯示數據，只需數據需要更改時， 在 LCD1602 中的寄存器中寫入相應的字符 ASCII 值， LCD1602 內部就會自己調用 ROM 存儲區(qū)查找相應的 字符數據，控制液晶屏顯示對應的點陣字符，形成文字， 不用單片機反復刷新顯示。此外，LCD1602 還帶有背光功能， 即使在田邊小屋沒有燈的情況下也能正常查看數據。

4 系統(tǒng)軟件設計

該系統(tǒng)軟件分為主機和從機兩部分，其中主機完成數據 顯示，GPRS、CC2530 和藍牙串口通信，啟動水泵 ；從機完 成 CC2530 通信、超聲波檢測和電機驅動。其程序流程如圖 5 所示。

5 結 語

物聯網智能稻田節(jié)水自動灌排系統(tǒng)通過一個主機，多個從機及手機客戶端的協同工作，實現了多塊稻田的物聯網數據傳輸及無人化稻田的自動灌排，推動了現代化農業(yè)的發(fā)展。