基于arm的節水灌溉智能系統及其實現方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及農業灌溉領域，特別是一種基于ARM的節水灌溉智能系統及其實現方法。
【背景技術】
[0002]農業是我們人類社會最古老的行當，是各門各業的基本，同時也是我們人類得以生活的條件。農業的發展取決于，兩個條件，一是技術的條件，二是水條件。
[0003]創新的農業技術影響著農業的發展未來。要想讓古老的人工種植模式向著高科技自動種植轉化，粗放經營向集約經營轉化，就要求農業技術要有一次大的跳躍，開始一次巨大的農業技術革新。但是農業還是落后了其他產業一大截，農業澆溉技術尤為落后。灌溉技術的低下嚴重拖累了我國農業的發展。以前的灌溉系統自動化程度太低，大部分還要依賴于人工操作，即使預先給定一個固定值，但是又不好對其有效操控，于是為了有效提高灌溉效率，簡化勞動時間和節省水資源，節水灌溉技術的研發勢在必行。
[0004]對于田間灌溉管理來說現代智能灌溉控制系統是一種高效的技術，它可以有效提高操作準確度，方便灌溉過程中的科學管理，并且對于操作者的素質要求低。在極大地降低了勞動量的同時還能定時定量精準有效的給農作物自動澆水，來提高農作物的質量、產量，并且還能節約水資源和電力能源。
[0005]現代灌溉控制器在我國還沒得到大量的研發和試用，和外國比起來，我們更多是在手動種植，就算有些地方自己研究了一些類似自動化灌溉的系統，但是那都是憑借以往經驗設定的，不能靈活應用，假如灌溉的水量和農作物實際上所需要的水量相比太少，就不能使農作物健康生長;而灌溉的水量太多了，肥力流失，又會使資源浪費，并且傳統的灌溉法還要靠人們控制才能使用，那樣的生產力太過低下，這不符合現代農業發展所需要的高效率、低勞力的要求
中國今年來購進了外國許多高級灌溉系統，可是相對資金消耗過多，修理維護較為艱難，大部分只能應用于農業實驗區、研究單位和農林大學，并且不適合我國土質的特點。在中國的獨立研究和發展的現代灌溉控制器仍然是在初始階段。所以，中國作為一個農業大國，必需要研制一個歸于自個的領先的低成本、便利保護、體系功用強而且拓展簡單的數字式節水灌溉體系。我的畢業設計就是一個針對這一現狀而設計出來的智能節水灌溉系統。
【發明內容】
[0006]有鑒于此，本發明的目的是提供一種基于ARM的節水灌溉智能系統及其實現方法，通過實時監測采集植物土壤的環境，使土壤的各參量指標符合植物的最佳生長環境要求，以保證植物的正常增長和降低人工監控、提高經濟效益。
[0007]本發明采用以下方案實現:一種基于ARM的節水灌溉智能系統，包括復數個用以對種植作物的土壤進行溫濕度檢測并輸出控制的下位機與一用以數據設定與數據傳送的上位機;所述下位機包括單片機以及與其相連的控制模塊、LCD顯示模塊、報警模塊、A/D轉換模塊與無線通信模塊;所述A/D轉換模塊還與一溫度傳感器以及一濕度傳感器相連;所述控制模塊與一提示放水的信號燈以及一用以調節灌溉水量的控制閥門相連;所述上位機包括單片機以及與其相連的無線通信模塊、顯示模塊、報警模塊與按鍵模塊;所述上位機與所述下位機通過無線通信模塊進行數據通信。
[0008]進一步地，所述下位機中的單片機為STC12C5A60S2單片機。由于下位機需要較大的存儲量，因此選擇一個數據和程序容量較大的單片機，就不用擴展數據和程序存儲器，則采用STC12C5A60S2單片機作為核心控制器。該單片機STC12C5A60S2是作為使用51內核為核心的一系列宏晶生產的單時鐘、機器周期單片機之中的佼佼者，具有迅速、低消耗、強烈抵抗干擾等等幾項新機能，同時又繼承了傳統8051的操作指令，可是又快出傳統8051的8?12倍速度，并且STC12C5A60S2單片機還在但片子里面集合了 MAX810專用復位電閘。4路，高速10位A/D轉成換五路，在電機控制中，強干擾。
[0009]進一步地，所述上位機中的單片機為STM32單片機。
[0010]進一步地，所述溫度傳感器與濕度傳感器為溫濕度復合傳感器，所述溫濕度復合傳感器為SHT-11。
[0011]進一步地，所述控制模塊包括有溫度輸出控制電路、濕度輸出控制電路，數值設置控制電路;所述溫度輸出控制電路、濕度輸出控制電路均包括一用以實現開關控制的繼電器。下位機的單片機I/o 口通過光耦輸出控制繼電器開關作用，實現對輸出端器件的控制。
[0012]進一步地，所述A/D轉換器采用ADC0809轉換器。由于A/D轉換是把模擬量信號轉換成與其大小成正比的數字量信號，A/D轉換電路是數據采集系統的核心電路。目前A/D轉換電路的種類繁多，但大量投放市場的單片機或模塊A/D按照其轉換原理主要要為逐步逼近式，雙積分式，量化反饋式和并行式A/D轉換器。雙積分式A/D轉換器精度高，抗干擾能力強，價格低，但是轉換速度慢;并行式轉換器速度快，但價格高;逐步逼近式A/D轉換器，轉換精度高，速度快，大約在幾微秒到幾百微秒之間，但是抗干擾能力弱。總的來說逐步逼近式A/D轉換器的性價比最高，應用最廣泛。因此，本發明中的所述A/D轉換器采用ADC0809，其是8位逐步逼近式A/D轉換器，內部具有鎖存控制的8路模擬開關，外接8路模擬輸入端，可同時對8路0_5v的輸入模擬電壓信號分時進行采集轉換，本系統只用到ΙΝ0和IN1兩路輸入通道。ADC0809轉換率為8位，最大不可調誤差小于±1LSB，采用單一+5v供電，功耗為15mw，不必進行零點和滿度調整。由于ADC0809轉換器的輸出數據寄存器具有可控的三態輸出功能，輸出具有TTL三態鎖存緩沖器，故其8位數據輸出引腳可直接與數據總線相連。A/D轉換器需要外部控制啟動轉換信號的要求也不同，分脈沖啟動和電平啟動兩種，ADC0809采用脈沖啟動轉換，只需給A/D轉換器的啟動控制轉換的輸入引腳上，加入正脈沖信號，即啟動A/D轉換器進行轉換，轉換開始后，轉換結束信號輸出端E0C信號變紙，轉換結束時，E0C返回高電平，以通知主機讀取轉換結果的數字量，這個信號可以作為A/D轉換器的狀態信號供查詢，也可以用作中斷請求信號。
[0013]進一步地，所述上位機的單片機還與一用以與PC機通信的PC控制器相連。
[0014]進一步地，所述上位機與下位機均包括一用以提供5V電源的電源模塊。所述電源模塊包括三段穩壓器7805、二極管、電容以及電阻。由于變壓器可產生12V左右的輔助交流電，輔助電源的輸入端電源由12V變壓器的輔助線圈提供，經過整流橋D整流后分別經電容C1、C2和電容C5、C6濾成平穩的12V作為三端穩壓器LM7805的輸入電源，三端穩壓器LM7805的輸出端經過電容C3、C4和電容C7、C8濾波后就可得到5V的穩定直流電壓，該5V電壓可作為單片機和IXD顯示屏等供電。
[0015]本發明還采用以下方法實現:一種基于ARM的節水灌溉智能系統的實現方法，包括以下步驟:
步驟S1:所述下位機中的溫濕度傳感器采集當前土壤中的濕度與溫度，采集到的濕度與溫度數據通過A/D轉換模塊輸入單片機處理后在LCD顯示模塊顯示相應的數據，并通過無線通信模塊發送給上位機；
步驟S2:所述上位機通過無線通信模塊接收下位機發送的數據信號，在顯示模塊顯示相應的數值，所述上位機中的單片機將接收到的數值與設定的數值進行比較，若接收到的數值與設定的數值不相等，則所述上位機中報警模塊發出報警，并且通過無線通信模塊發送控制信號給所述下位機，通過PC控制器將數據發送給PC機實現保存和記錄數據；
步驟S3:所述下位機的無線通信模塊接收控制信號，并將控制信號傳輸至所述下位機中的單片機，所述單片機實現對所述下位機中的控制模塊的輸出控制;所述控制模塊在需要放水時，控制信號燈點亮并控制閥門打開進行灌溉，所述控制模塊不需要放水時，控制信號燈熄滅。
[0016]因此，本發明中上位機可通過分時接收下位機的通信信號，并且進行相應的分析和處理，最終實現ARM主控器對多下位機系統的控制。
[0017]與現有技術相比，本發明提供的系統通過實時監測采集土壤環境，使土壤內部的各參量指標符合植物的最佳生長環境要求，以保證植物的正常增長和降低人工監控、提高經濟效益。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明的下位機電路模塊示意圖。
[0019]圖2是本發明的上位機電路模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖及實施例對本發明做進一步說明。
[0021]本實施提供一種基于ARM的節水灌溉智能系統，如圖1和圖2所示，包括復數個用以對種植作物的土壤進行溫濕度檢測并輸出控制的下位機與一用以數據設定與數據傳送的上位機;所述下位機包括單片機以及與其相連的控制模塊、LCD顯示模塊、報警模塊、A/D轉換模塊與無線通信模塊;所述A/D轉換模塊還與一溫度傳感器以及一濕度傳感器相連;所述控制模塊與一提示放水的信號燈以及一用以調節灌溉水量的控制閥門相連;所述上位機包括單片機以及與其相連的無線通信模塊、顯示模塊、報警模塊與按鍵模塊;所述上位機與所述下位機通過無線通信模塊進行數據通信。
[0022]在本實施例中，所述下位機中的單片機為STC12C5A60S2單片機。由于下位機需要較大的存儲量，因此選擇一個數據和程序容量較大的單片機，就不用擴展數據和程序存儲器，則采用STC12C5A60S2單片機作為核心控制器。該單片機STC12C5A60S2是作為使用51內核為核心的一系列宏晶生產的單時鐘、機器周期單片機之中的佼佼者，具有迅速、低消耗、強烈抵抗干擾等等幾項新機能，同時又繼承了傳統8051的操作指令，可是又快出傳統8051的8?12倍