基于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)霓r(nóng)田節(jié)水灌溉系統(tǒng).pdf

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)2012年6月農(nóng)機(jī)化研究第6期基于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)霓r(nóng)田節(jié)水灌溉系統(tǒng)李葉森，許麗佳，杜春龍，李克鏹，蔡偉，王甫剛(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與工程技術(shù)學(xué)院，四川雅安625014)摘要：隨著淡水資源的匱乏，節(jié)水灌溉在農(nóng)業(yè)中的推廣已是必然趨勢(shì)。為此，設(shè)計(jì)了基于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖詣?dòng)控制灌溉控制系統(tǒng)，介紹了無(wú)線射頻技術(shù)的代表芯片nRF905的使用，從而突破了傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸模式，具有抗干擾能力強(qiáng)和傳輸距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)；介紹了常見(jiàn)的上位機(jī)開(kāi)發(fā)工具，并使用IABVIEw編寫上位機(jī)。經(jīng)實(shí)地測(cè)試使用表明，系統(tǒng)達(dá)到了良好的節(jié)水目的。關(guān)鍵詞：節(jié)水灌

2、溉；無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)；nRF905中圖分類號(hào)：s274．2；S12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003—188×【2012)06-0176-03O引言水是農(nóng)業(yè)的命脈，也是整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人類生活的命脈。我國(guó)的農(nóng)業(yè)用水約占全國(guó)總用水量的73％，但水資源的有效利用率只有40％左右，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)有著巨大潛力和廣闊的前景¨J。本文設(shè)計(jì)了基于nR眄05芯片的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)霓r(nóng)田節(jié)水灌溉系統(tǒng)，與有線技術(shù)相比，無(wú)線技術(shù)具有成本低、攜帶方便和減少布線施工難度等優(yōu)點(diǎn)，適用面更加廣泛。通過(guò)LABVIEw編寫的上位機(jī)軟件，可以根據(jù)不同作物、不同時(shí)期的

3、不同需水量合理灌溉，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的歷史查詢，達(dá)到節(jié)水和高產(chǎn)的目的。1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總體框圖如圖l所示。眾多子站設(shè)置在農(nóng)田小區(qū)每個(gè)需要監(jiān)控的土壤單元中，實(shí)時(shí)監(jiān)控土壤的濕度信息；子站點(diǎn)MCu采用sTc89c52單片機(jī)，采用TDR3土壤濕度傳感器進(jìn)行土壤信息的采集，經(jīng)信息的降噪、放大和轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)阶诱綧cu；子站與上位機(jī)之間進(jìn)行無(wú)線射頻數(shù)據(jù)傳輸，射頻模塊采用Nordic公司的nRF905芯片。上位機(jī)端接收到子站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，進(jìn)行邏輯處理和分析，如存儲(chǔ)歸檔、閾值比較、閾值調(diào)優(yōu)和趨勢(shì)分析等，將分析處理的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式反饋到子站

4、Mcu，控制閥門控制器，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉¨J。收稿日期：2011一08一Ol基金項(xiàng)目：國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)資助項(xiàng)目(00509211)作者簡(jiǎn)介：李葉森(1990一)，男．安徽阜陽(yáng)人，本科生，(E一刪lil)￡帆8neaf@126．cⅢ。通訊作者：許麗佳(1973一)。女，四川樂(lè)山人，副教授，博士，(E—mail)lniaxu3668@163．com。子站l子站2子站n圖1節(jié)水灌溉系統(tǒng)總體框圖Fig．1The0verallstnIctu陀0fw船一明vingirrigati鯽syBtem2無(wú)線通信的實(shí)現(xiàn)2．1無(wú)線通信概況無(wú)線傳感

5、器網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中正逐漸應(yīng)用口』?，F(xiàn)在無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸主要有IEEE802．11、藍(lán)牙(Bluetooh)技術(shù)、超寬帶(uwB)技術(shù)、紅外(IrDR)技術(shù)和低功耗短距離無(wú)線通信技術(shù)HJ。本系統(tǒng)選用Nordic公司推出的射頻模塊nR四05芯片，其具有功率小、價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，可通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。2．2nRF905射頻芯片介紹nRF905單片無(wú)線收發(fā)器工作電壓為1．9～3．6V，可工作于433／868／915MHz等3個(gè)IsM頻道，采用了補(bǔ)碼鍵控(CCK)調(diào)制技術(shù)和

6、直接序列調(diào)頻(DSSS)技術(shù)，最大傳輸速率可達(dá)“MbiL／s，標(biāo)準(zhǔn)工作在2．4GHz萬(wàn)方數(shù)據(jù)2012年6月農(nóng)機(jī)化研究第6期的頻段。nRF905由頻率調(diào)制器、接收調(diào)節(jié)器、功率放大器、晶體震蕩器和調(diào)節(jié)器組成，采用No耐ic公司的VLSIShockBurst技術(shù)，能自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))，可以很容易通過(guò)sPI接口進(jìn)行編程配置。芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。單片機(jī)的I／O端口與Nd905管腳連接硬件組成電路，如圖3所示。一一召貧：o蜀≤}兮8一。苗}：豢呈萎豸薹萎戮詈薹莖耋詈?、，、_“_o、／、√、_’—?一口、_，∞z

7、zzzzzz∽∽∽量魯盆>>們zzzzzz_z∽∽口30o-MIS()(10)㈣；理csN(1扯TRXCF(1躒2暖CD(6)一徘；7罡uPCLK(3)圓圓魯l低噪f*放人器垂降p訇圖2nRf貼芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig．2Intemalstmcture0fnRF如5chipnRF905單』}機(jī)腳RUPF'2‘OTRXCFP2‘lTXENP2‘2CSNP243％KPZ‘4舯SIP2‘5MIS0f’2‘6AMP3‘0DRP3‘le醅P3‘2·AWI(20)．^Ⅵ2(21)RFF(23)圖3nRF905與單片機(jī)管腳連接原理圖Fig．3II

8、Iteff砬e0fnRF903蛐dMCUnRF905有ShockBurstRx接收模式和ShockBurstTx發(fā)送模式兩種工作模式，有關(guān)機(jī)模式和空閑模式兩種節(jié)能模式。nR眄05的工作模式由TR)(一CE、TX—EN和PWR—uP等3個(gè)引腳決定，詳見(jiàn)表1所示。表lnRF∞5工