基于WSN的智能节水灌溉系统设计方案

比眉伴天荒 2022-06-16 10:18 268阅读 0赞

**基于WSN的智能节水灌溉系统设计方案**

本设计的主要内容是研制开发适合我国国情的、低成本的易推广的、主要应用于温室大棚的节水灌溉自动控制系统，为实现我国农业高效节水灌溉提供技术装备。

由于不同农作物有不同的需水特性灌水时间、灌水量既影响农产品的产量也影响农产品的质量,因此,高效节水灌溉自动控制技术主要是向适时适量、按需灌溉的方向发展。所以,该设计主要包括两个方面,一是测,获取土壤水分信息,并根据土壤水分信息及温度和作物需水特性来决定灌溉时间与灌溉量的多少。这将摆脱以往仅凭经验灌溉的灌溉模式,使作物灌溉决策建立在科学的基础之上。二是控,研究如何根土壤条件、土壤水分信息及作物需水特性进行合理的灌溉决策,即将传统的凭经验由人工手动阀门控制灌溉方式改为自动进行适时适量、按需灌溉控制。单片机系统根据测得土壤的温度和湿度值通过程序来控制水泵的放水量从而提高水的利用效率节省大量人力,达到智能灌溉节约用水的目的。

系统采用STC12c5a单片机来实现。用湿度传感器FC-28对湿度进行采集,所得电流信号经处理得到可用的电压信号,输入到A/D转换器转化成数字信号,再由单片机对此信号进行处理。用温度传感器DS18B20对温度进行采集,所得信号经内部处理,直接得到可用的数字信号,将采集的温度值和土壤的湿度值,通过zigbee节点，将数据通过自组网的方式传送给zigbee网关,zigbee网关通过串口通信的方式与单片机连接，单片机上装有GPRS模块，将数据通过短信的方式发送给终端手机用户，手机用户能够接收到实时的数据。手机用户通过AT指令，反过来经过GPRS模块、串口通信设置传感器的阈值电压。当温度、土壤湿度低于设定阈值时，通过zigbee节点的继电器，采用外接电源，驱动外面电机工作，实施喷灌；当温度、土壤湿度高于设定阈值时，通过zigbee节点的继电器，停止驱动，电机停止工作，不再喷灌。下面是整个系统的框图：

**1.温度传感器的选择**

方案1:采用热敏电阻。可满足\+35度到\+95度的测量范围,但热敏电阻精度、重复性和可靠性都比较差,对于检测精度小于1度的温度信号是不适用的。

方案2:采用温度传感器DS18B20。DS18B20具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点。其测量范围在\-50度到\+125度,满刻度范围误差为0.3度,当电源电压在5到10V之间、稳定度为1﹪时,误差只有0.01度,其各方面特性都满足此系统的设计要求。此外DS18B20自带A/D转换,省去了很多硬件设计麻烦。经上述比较,方案2明显优于方案1,故用方案2来设计。

DS18B20

**2.土壤湿度传感器的选择**

我们选用FC-28土壤湿度传感器，传感器两级采用加宽的感应铜箔，它的表面表面采用镀镍工艺，防止生锈，延长使用寿命，感应面积加大，对土壤湿度的检测更灵敏；而且传感器的价格便宜，满足我们的要求。土壤湿度模块对环境湿度最敏感，模块在土壤湿度达不到设定阈值时，DO口输出高电平，当土壤湿度超过设定阈值时，模块DO输出低电平；输出D0可以与zigbee模块直接相连，来检测高低电平，由此来检测土壤湿度；输出DO可以直接驱动继电器模块。工作电压3.3V-5V模块双输出模式，数字量输出简单，模拟量输出更精确。模拟量输出AO可以和AD模块相连，通过AD转换，可以获得土壤湿度更精确的数值。

如下所示：

**3.Zigbee模块的选择：**

Zigbee模块采用工业级zigbee模块，频段为2.4G，通信距离可达1km，串口(UART)透明数据传输，模块支持客户CC2530程序。满足我们的要求。

如下所示：

4.**GPRS模块的选择：**

选用华为CE0168型号，它具有标准的SIM 卡接口；最大下行速率：85.6Kbit/s，最大上行速率：42.8Kbit/s；支持短消息业务，满足我们通信需要。

模块如下所示：

5.**电机的选择：**

我们首先想制作一个水泵模型。

电机驱动水泵模型示意图：

本设计的创新点是:基于单片机控制的智能节水灌溉系统制造成本低、体积小、安装方便、抗干扰性强、运行可靠。此系统在农业灌溉系统中,具有较好的推广应用价值。