30·农业装备·文章编号：1673-887X(2020)05-0030-02基于物联网的农业灌溉系统设计樊建强，张芮（山西农业大学信息学院，山西太谷030800）摘要为了解决农业灌溉水资源浪费的问题，设计了一种基于物联网的农业灌溉系统。该农业灌溉系统将物联网技术和ZigBee通信技术相结合，实现全时段远距离无线采集数据、控制灌溉系统的功能。关键词农业灌溉；物联网；系统设计中图分类号S274.2；TN929.5；TP391文献标志码Adoi:10.3969/j.issn.1673-887X.2020.05.013FanJianqiang,ZhangRui(CollegeofInformation,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030800,Shanxi,China)Inordertosolvetheproblemofexcessivewasteofagriculturalirrigationwaterresources,anagriculturalirrigationsystembasedontheInternetofthingsisdesigned.TheagriculturalirrigationsystemcombinestheInternetofthingstechnologyandZigBeecommunicationtechnologytorealizethefunctionoflong-distancewirelessdatacollectionandirrigationcontrolsystem.agriculturalirrigation,internetofthings,systemdesign在我国农业用水量较大，长期以来还是以人工漫灌的方传感器采集的打包数据传输到ZigBee2主节点[4]。在判断节点式作为主导，在农村田地灌溉时伴随着水量浪费现象较严是否需要灌溉前，首先需要STM32F103C8T6对各子节点传重，造成了不必要的水资源浪费。随着物联网技术的迅速发输送达的数据拆包进行分析后，将数据包通过GPRS网络报展，且传感器和通信设备成本的下降，利用高科技技术对水文的方式传输到OneNET云端中。当用户想要查看此时农田资源的管理是必要的。设计一款基于物联网的农业灌溉系土壤及空气的温湿度时，只需要通过网页Web或者手机App统，便于土壤温湿度的检测和灌溉的自动化控制，最终起到即可查看保存在云端的数据，用户也可以在物联网平台对灌节约水资源的效果。溉控制系统进行手动控制。1总体设计2硬件电路设计为了实现基于物联网的农业灌溉系统的功能，整套系统基于物联网的农业灌溉系统子节点电路图如图2所示。共分为三个模块，分别为数据的采集及灌溉阀的控制、节点之间数据的传输、物联网云平台的数据上传及分析处理。本文系统模块单元如图1所示。土壤湿度空气温度湿度ZigBeeZigBee2SIM32F103电池电量灌溉阀SIM800COneNet物联网云图1系统总体框图Fig.1Overallsystemdiagram图2子节点原理图利用大量布置在农田里的土壤湿度传感器、空气温湿度Fig.2Schematicdiagramofsubnodes等传感器对农田里土壤和空气的温湿度数据进行实时收集、基于物联网的农业灌溉系统采集点电路由CC2530微处同时检测系统电量，随后将布置于田地里的各类传感器节点理器作为主控芯片，控制土壤含水量传感器、空气温湿度传采集到的数据传入到CC2530微处理器中进行分析和处理。感器和电池充放电系统以及ZigBee通信协议。各子节点采集然后借助于自组网的ZigBee子节点把布置于田地里的各类的数据打包后通过ZigBee发送至STM32F103C8T6主节点的ZigBee2中，之后由GPRS上传至物联网云平台。收稿日期2020-04-173软件设计de设计作者简介樊建强（1982-），男，山西人，讲师，研究方向：智能控制。主节点的程序是接收数据采集点的信息，并利用联网模.com.cn. All Rights Reserved.农业技术与装备AGRICULTURALTECHNOLOGY&EQUIPMENTVol.365No.05MAY.202031块进行数据上传。首先对接收到的数据进行拆包分类，随后加入物联网云平台的网络地址、应用代码以及设备ID，最后由联网模块发送至OneNet物联网云平台中，主控芯片STM32F103C8T6和ZigBee2的CC2530芯片采用串口通信。尧哉粤砸栽哉粤砸栽2尧尧ID尧哉粤砸栽1图3主节点流程图Fig.3MainnodeflowchartSTM32F103C8T6微处理器上电后，对系统时钟、串口通信等模块初始化。主程序进入中断等待，一旦UART2接收到数据，系统即跳转至数据分析模块，子模块内对数据流进行拆包，根据数据得出节点位置信息，然后将不同类型的数据进行融合分析，最后决定是否对各子节点发送灌溉信号。最后将网络地址、应用代码、设备ID、数据流名称和不同数据格式化到网络报文中，并通过SIM800C联网模块发送至物联网云平台。CC2530芯片的主要负责数据的采集和发送。程序正常工作时循环在检测控制信号、传感器数据采集、数据打包和数据发送中。土壤含水量传感器和电量监测均为电压采集，配置CC2530的ADC程序即可实现电压的采集。而空气温湿度传感器利用的是I2C协议，需要利用软件配置I2C读写程序。对传感器监测到的数据进行打包，数据报文的格式具体如下：前两位为数据报头AB、AC；第三位为此次数据报文长度；第四、五位为当前子节点ZigBee的地址位；第六、七位为灌溉标志位，用于表明当前是否正在灌溉；第八、九、十位为当前子节点系统电量；第十一、十二、十三位为土壤含水量；第十四、十五、十六位为空气温度，十七、十八、十九位为空气湿度；第二十、二十一位为数据报尾FE、FF。通过软件和硬件调试后，基于物联网的农业灌溉系统即完成了设计。使用方法为：在主控电路中插入可以正常工作的SIM卡；接着给主控电路和采集点电路接入电源；此时，系统全部模块进入工作状态，节点会将信息源源不断的发送给主节点，主节点利用联网模块将数据上传到OneNet物联网云端。实验利用两个子节点和一个主节点进行系统验证，每个子节点初始距离为50m，3月中旬，天气晴朗，空气和土壤温湿度适中。所有系统上电后各模块正常工作，从物联网云平台可以看到数据已被上传，系统设置数据上传间隔时间为1s，实验时间为48h实验分析：由表可知，该测量区域土壤含水率在22%左右，数据稳定。由于测试时间在冬季，日照不强，土壤水分蒸发较小，所以土壤含水率较低，这一结果与文献资料数据相符。实验误差：由于传感器的灵敏度相对较低，采集到的数据不够精准，造成了数据误差相对较大。通过浏览器输入OneNET官方网站，在站内搜索基于物联网的农业灌溉系统即可进入应用。应用界面共八个显示表，分别对应土壤含水率、空气温度、空气湿度、系统剩余电量等信息。子节点检测信息即时的上传到OneNET平台。任何用户可以利用各种终端随时查看。管理人员登录后还可以通过页面上的按钮对灌溉阀进行手动控制，方便快捷。https://open.iot.10086.cn/iotbox/appsquare/appview?openid=fbaf992f7ebf522b85db67ab8ad15e14或输入上方网址同样可以进入物联网应用界面。整体的效果如图4所示。基于物联网的农业灌溉系统灌溉手动控制按键节点1灌溉手动控制按键节点2图4基于物联网的农业灌溉系统效果图Fig.4Effectdiagramofagriculturalirrigationsystem4结束语本文描述了一种基于物联网云平台的农业灌溉系统。介绍了农业自动灌溉的应用背景和研究方法；随后分别从硬件电路和软件设计两个方面介绍了系统的具体设计；系统利用ZigBee组成的节点电路采集数据并将数据汇总，并通过GPRS联网模块实现网络数据的上传。同时主节点接受物联网应用下发的手动灌溉命令，最终实现了对基于物联网的农业灌溉系统的设计。参考文献[1]王子贺.农田智能滴灌自动控制系统设计思路[J].技术与市场,2019,15(03):60-61.[2]姜彪,李荣正.基于ZigBee技术的瓜田自动灌溉系统的设计[J].电子科技,2017,30(09):78-81.com.cn. All Rights Reserved.
