農(nóng)田灌溉機(jī)井監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、農(nóng)田灌溉機(jī)井監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)農(nóng)田灌溉機(jī)井監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：針對(duì)目前團(tuán)場(chǎng)農(nóng)田灌溉機(jī)井分布面廣的特點(diǎn)，本文基于單片機(jī)設(shè)計(jì)灌 溉機(jī)井集中監(jiān)控系統(tǒng)中下位機(jī)。對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)及硬件選型，同時(shí)設(shè) 計(jì)軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉機(jī)井的無(wú)線監(jiān)測(cè)與控制，為更好的進(jìn)行田間管理提供 技術(shù)支撐，提高水資源利用率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)良性循環(huán)，向設(shè)施農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和 產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)轉(zhuǎn)變。關(guān)鍵詞：灌溉機(jī)井；單片機(jī)；通信；監(jiān)控1. 前言當(dāng)前計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在眾多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，使許多部門從傳統(tǒng)的 以人為主的管理方式進(jìn)入了以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為手段的自動(dòng)化監(jiān)控與調(diào)度的先 進(jìn)管理模式12。無(wú)線通信技術(shù)在各工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用普遍 呵0由于灌溉機(jī)井分布范

2、圍廣， 因此本文研究基于無(wú)線數(shù)字通信的灌溉機(jī)井計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)，把無(wú)線通信、 計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化技術(shù)引入灌溉機(jī)井的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉機(jī)井的無(wú)線監(jiān)測(cè)與控制， 并對(duì)用水量、用電量進(jìn)行反饋和統(tǒng)計(jì)，為更好的進(jìn)行田間管理提供技術(shù)支撐， 提高水資源利用率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)良性循環(huán)，向設(shè)施農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng) 轉(zhuǎn)變。2. 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)灌溉機(jī)井計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用兩級(jí)分布式結(jié)構(gòu)，在各連隊(duì)設(shè)控制主站，由 主控計(jì)算機(jī)和無(wú)線數(shù)傳輸模塊構(gòu)成，二者之間通過(guò)RS232接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，主控計(jì)算機(jī)通過(guò)In ternet與團(tuán)場(chǎng)管理中心聯(lián)絡(luò)；在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)控制子站，由灌溉機(jī) 井控制器、各類傳感器以及通信模塊組成，其中控制器以單片機(jī)為核心，與

3、無(wú) 線數(shù)傳模塊之間也采用 RS232接 口通信。2.1控制器功能與總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的CPU選擇選用Philips 公司P89C51RD2F單片機(jī)，主要目的是為 了實(shí)現(xiàn)既能現(xiàn)場(chǎng)的獨(dú)立運(yùn)行，又能通過(guò)串口與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊，并能受計(jì)算機(jī) 控制運(yùn)行。從總體上講，本系統(tǒng)可劃分為四個(gè)主要功能模塊：輸出模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、人機(jī)對(duì)話模塊、中心控制模塊。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2- 1所示:圖2- 1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖2.2單片機(jī)的選擇本系統(tǒng)選用Philips公司P89C51RD2F作為下位機(jī)的CPU該器件內(nèi)含4組8 位I/O 口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、多中斷源-4中斷優(yōu)先級(jí)-嵌套的中斷結(jié)構(gòu)、 片內(nèi)振蕩器及時(shí)序電路等。嘰

4、，選用了2.3無(wú)線數(shù)傳模塊基于監(jiān)控系統(tǒng)小型化、低功耗、數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸準(zhǔn)確等技術(shù)要求 北京捷麥公司F29DI無(wú)線收發(fā)模塊。它具有集成度高、工作頻率穩(wěn)定可靠、外圍 元件少、功耗較低（最大發(fā)射功率5W）等優(yōu)點(diǎn)，適合于便攜式低功耗產(chǎn)品的設(shè) 計(jì)。由于F29DI無(wú)線數(shù)傳模塊帶有RS23接口，可直接與計(jì)算機(jī)或單片機(jī)相連，連接方式采用透明傳輸,F29Dh無(wú)線數(shù)傳模塊與上位機(jī)通過(guò)RS23接口的連接圖見圖 2-2。1圖2-2 F29DM無(wú)線數(shù)傳模塊與上位機(jī)的連接圖2.4傳感器的選擇傳感器在整個(gè)系統(tǒng)中作為數(shù)據(jù)采集的主要單元，它的選擇對(duì)整個(gè)智能測(cè)控 系統(tǒng)至關(guān)重要。為達(dá)到實(shí)時(shí)、無(wú)人值守的目的，本系統(tǒng)選用LUG型渦街流量傳

5、感器和LF10-W系列壓力開關(guān)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。2.5模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選取模數(shù)轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入單片機(jī)，由于本系統(tǒng)需要 進(jìn)行多路循環(huán)采樣，故決定選用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 ADC0809這是一款 我國(guó)目前應(yīng)用非常廣泛的一種 8位通用逐次逼近式 A/D芯片，由單一+ 5V電源 供電，可對(duì)8路05 V的輸入模擬電壓信號(hào)進(jìn)行分時(shí)轉(zhuǎn)換，其輸出信號(hào)與TT_電平兼容，同單片機(jī)接口很容易。3. 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的總體要求靈活開放，有較好的可擴(kuò)充性和可移植性； 適應(yīng)性強(qiáng)，具有良好的可維護(hù)性；具有方便友好的人機(jī)界面，易于掌握和使用； 實(shí)時(shí)性和可靠性強(qiáng)。結(jié)合灌溉機(jī)井監(jiān)控的特點(diǎn)和具體

6、要求，軟件應(yīng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的包含以下內(nèi) 容：數(shù)據(jù)通信、人機(jī)對(duì)話、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)更新、實(shí)時(shí)畫面刷新、故障事故處理、 控制操作、統(tǒng)計(jì)計(jì)算、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)管理和查詢、系統(tǒng)設(shè)置、時(shí)鐘管理、自診斷 及系統(tǒng)監(jiān)視和維護(hù)等。3.1軟件體系結(jié)構(gòu)下位機(jī)監(jiān)控軟件主要包括以下幾個(gè)模塊：(1) 主程序模塊(2) 數(shù)據(jù)采集及處理子程序：主要是為了實(shí)現(xiàn) A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波等功能， 同時(shí)能夠完成對(duì)各個(gè)通道進(jìn)行巡回檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理；(3) 數(shù)據(jù)顯示子程序：主要是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的初始化、顯示各種數(shù)據(jù)等；(4) 串行通信模塊：主要是為了用于實(shí)現(xiàn)串行通信協(xié)議，同時(shí)能夠分析解釋 串口數(shù)據(jù)，最終能夠進(jìn)行發(fā)送和接收串行數(shù)據(jù)等。3.2主程序設(shè)計(jì)流程本系

7、統(tǒng)下位機(jī)的主要的功能是為了實(shí)現(xiàn)完成對(duì)系統(tǒng)初始化、以及實(shí)現(xiàn)A/D1初單化I數(shù)蘇集IE存僭；顯示I輸控制I串口通信圖3 1主程序框圖3.3數(shù)據(jù)采集及處理程序討起動(dòng)轉(zhuǎn)換圖3 2數(shù)據(jù)采集模塊流程圖讀取讐結(jié)果 條改tA吿地址N集次數(shù)到丄迴道來(lái)隼完?退出子程序數(shù)據(jù)采集模塊流程圖見圖3 2,根據(jù)本系統(tǒng)硬件連接,8路模擬量輸入通道 地址分別為7FF8H 7FFFH,起動(dòng)轉(zhuǎn)換后延遲一段時(shí)間后查詢轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，CPU在啟動(dòng)某個(gè)通道進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，對(duì)每個(gè)通道的數(shù)據(jù)采樣三次，采集數(shù)據(jù)存入 以30H為首的存儲(chǔ)單元。P89C51RD2F的運(yùn)算速度也比較慢，所以對(duì)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字濾波采用了 中位值濾波算法，部分程序

8、如下：FILTER: MOV R2,30H FILTZZ:MOV A,R2MOV R3,31HMOV R4,32HLCALL FILTZZMOV 39H,R3MOV R2,33HMOV R3,34HMOV R4,35HLCALL FILTZZMOV 3AH,R3CLR CSUBB A,R3JC FILT1MOV A,R2XCH A,R3MOV R2,AFILT1:MOV A,R3CLR CSUBB A,R4MOV R2,36HMOV R3,37HMOV R4,38HLCALL FILTZZJC FILT2MOV A,R4XCH A,R3XCH A,R4MOV 3BH,R3CLR CRETSUB

9、B A,R2JNC FILT23.4與上位機(jī)通訊程序設(shè)計(jì)為了完成下位機(jī)控制器信號(hào)檢測(cè)和控制的功能，與上位機(jī)的通信方式采用 中斷控制。通信軟件流程圖見圖3- 3。圖3-3上位機(jī)通信程序流程圖4. 小結(jié)隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，可以預(yù)計(jì)對(duì) 農(nóng)業(yè)自動(dòng)化的要求會(huì)越來(lái)越高，新的智能化技術(shù)、傳感技術(shù)和農(nóng)業(yè)科技的引入、 應(yīng)用、普及，將使灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)朝著研制分布式控制系統(tǒng)和無(wú)線通信模式 發(fā)展，同時(shí)，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新的控制理論逐漸成熟，將為農(nóng)業(yè)灌溉自動(dòng)化控制開辟?gòu)V闊的應(yīng)用前景。Desig n irrigati on well mon itori ng

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