一種無(wú)線(xiàn)節水滴灌自動(dòng)控制系統的設計方案

　　基于STM32的田間控制器接收到上位機發(fā)來(lái)的采集命令，進(jìn)而執行采集土壤濕度、空氣溫度、液位、壓力、流量等信息并上傳，等待上位機進(jìn)行智能決策后，將控制命令，如電磁閥開(kāi)啟關(guān)閉以及變頻器的調節，發(fā)送出來(lái)，STM32控制器予以接收并且執行。下位機程序流程圖如圖7所示。

　　4 實(shí)驗及結果分析

　　對各模塊進(jìn)行驅動(dòng)測試，然后對系統整體進(jìn)行協(xié)同工作實(shí)驗。通過(guò)田間實(shí)驗觀(guān)測通信質(zhì)量、滴灌效果及系統是否運行正常。

　　4.1 CC2530無(wú)線(xiàn)通信質(zhì)量測試CC2530無(wú)線(xiàn)通信模塊性能對系統整體性能起著(zhù)至關(guān)重要的作用。CC2530通信模塊的測試主要包括節點(diǎn)之間通信距離及數據包丟包率的測試。TI公司推出的通用數據包探測器（General Packet Sniffer）可以對未加密的通信過(guò)程進(jìn)行監控[4?6],故可利用它進(jìn)行通信和組網(wǎng)測試。

　?。?）空曠無(wú)障礙測試，觀(guān)測通信質(zhì)量及通信距離

　　測試地點(diǎn)：校園空曠處。

　　測試內容：協(xié)調器主節點(diǎn)上電，建立網(wǎng)絡(luò )后，等待其他子節點(diǎn)加入。通過(guò)在協(xié)議棧中配置CC2530單芯片射頻部分的輸出功率寄存器，來(lái)使協(xié)調器和終端節點(diǎn)之間進(jìn)行通信，按照規定的協(xié)議數據格式相互發(fā)送數據包，從而能夠對CC2530通信模塊的通信距離、數據包丟包率進(jìn)行測試，得到一個(gè)合適的發(fā)射功率。

　　測試條件：硬件方面采用CC2530 協(xié)調器模塊和CC2530 終端節點(diǎn)模塊分別通過(guò)RS 232 協(xié)議與兩臺筆記本電腦進(jìn)行串行通信；并使用到兩條USB轉串口數據線(xiàn)、電源、CC2530 仿真下載器。軟件方面采用設計的CC2530串口透傳程序能夠進(jìn)行數據透明、點(diǎn)對點(diǎn)數據傳輸，筆記本電腦端采用Visual Basic編程語(yǔ)言設計的數據包丟包率測試軟件。

　　測試步驟：在搭建好硬件測試環(huán)境后，使用CC2530程序下載仿真器將在IAR Embedded Workbench集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下開(kāi)發(fā)的CC2530 串行通信程序，分別下載到CC2530 協(xié)調器與CC2530 終端節點(diǎn)中。在筆記本電腦中分別安裝VB數據包丟包率測試軟件，通過(guò)對發(fā)送數據（十六進(jìn)制），發(fā)送數據的速度以及通過(guò)對NV非易失性存儲器的讀/寫(xiě)操作對CC2530 芯片的發(fā)射功率進(jìn)行設置，收發(fā)1 000個(gè)數據包，對CC2530通信模塊在不同的發(fā)射功率下的通信距離、丟包率等性能進(jìn)行測試。

　　測試結果：在空曠場(chǎng)合采用默認功率輸出時(shí)，通信距離為120 m左右時(shí)丟包率基本為0.0%,說(shuō)明節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)可靠通信距離可達120 m。

　?。?）在實(shí)驗田中進(jìn)行通信測試

　　測試地點(diǎn)：現場(chǎng)實(shí)驗田；測試內容、測試條件、測試步驟：同（1）；測試結果：采用默認功率輸出時(shí)，節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信有效傳輸距離可達80 m.

　　4.2 項目實(shí)驗驗證測試條件：將網(wǎng)關(guān)上ZigBee天線(xiàn)安置在室外空曠無(wú)遮掩處，使得能夠接收到較強的信號。選取面積約為20 m×50 m的共12行的農作物田作為實(shí)驗田，由于農作物的根系一般深度為10~20 cm,因此將土壤溫濕度傳感器探頭埋入地下10 cm處，其中2行作為一組，每組選取兩個(gè)距離較遠的測試點(diǎn)，取兩個(gè)測試點(diǎn)的平均值來(lái)代表這一行范圍作物的環(huán)境狀況。當采集到的濕度值低于30%時(shí)，電磁閥打開(kāi)，水源通過(guò)電磁閥、壓力傳感器、流量傳感器流入滴灌支管進(jìn)行灌溉，滴灌進(jìn)行中當土壤濕度值高于50%時(shí)，電磁閥關(guān)閉停止滴灌。

　　測試結果：在土壤濕度值低于作物要求下限（如30%）時(shí)系統能及時(shí)滴灌，當濕度達到作物要求上限（如50%）時(shí)系統能過(guò)做到適時(shí)停止滴灌，電磁閥開(kāi)啟成功率為96%.

　　5 結論

　　本文提出的一種無(wú)線(xiàn)節水滴灌自動(dòng)控制系統的設計方案，方案中的STM32田間控制器能夠實(shí)時(shí)監測作物土壤濕度和環(huán)境溫度，將傳感器信號通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)送到控制中心，控制中心能夠準確實(shí)時(shí)地了解到當前系統中各個(gè)節點(diǎn)的工作狀態(tài)，并及時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)滴灌，非常有利于農作物的生產(chǎn)。一旦出現通信中斷、水壓異常等，能夠及時(shí)地反映到控制中心，通過(guò)語(yǔ)音報警等方式立即通知相關(guān)人員進(jìn)行維修，提高了整個(gè)系統的可靠性。另外系統采用ZigBee技術(shù)，網(wǎng)絡(luò )結構簡(jiǎn)單，田間布設靈活，提高了自動(dòng)灌溉的實(shí)用性及對水的使用效率，減小了勞動(dòng)量、導線(xiàn)和管路敷設費用，且無(wú)需人為操作，能夠長(cháng)期穩定地工作，方便大面積安裝、維護和系統回收，為我國的精準農業(yè)工程提供了強有力的工具。