物聯網智能稻田節水自動灌排系統

劉振華++張曉峰++韋帥++馬彧

摘 要：物聯網智能稻田節水自動灌排系統由一個主機、多個從機和手機客戶端構成。其中主機包含單片機、CC2530模塊、HC-05藍牙模塊、GPRS模塊、DHT11溫濕度模塊、光控制模塊、LCD1602顯示器、太陽能電池板等；從機包含單片機、CC2530模塊、超聲波模塊、太陽能電池板、充電蓄電池等；手機客戶端由手機和手機App軟件組成。其中主機上的DHT11用來檢測溫濕度，光控制模塊采集光照強度；從機上的超聲波模塊用于水位精確檢測，經主控芯片處理后，通過從機的CC2530傳送給主機，主機處理后顯示水位、溫濕度、光照強度等信息，并通過GPRS遠程傳送到手機客戶端或通過HC-05藍牙近距離傳送給手機，管理員可以隨時通過手機掌握稻田水位信息，從而實現智能化稻田管理，進一步推動傳統農業向現代化農業轉變。

關鍵詞：IAP15F2K61S2單片機；HC-05藍牙模塊；CC2530；超聲波模塊；太陽能電池板；手機App

中圖分類號：TP39；TN915.0 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）09-00-02

0 引 言

物聯網智能稻田節水自動灌排系統可加速推動傳統農業向現代化農業的轉變，一方面實現了節水灌溉，推動現代化農業的發展，另一方面能將勞動者從農業生產中解放出來，實現農業現代化管理。

1 物聯網智能稻田節水自動灌排系統功能概述

物聯網智能稻田節水自動灌排系統分為主機、從機和手機客戶端。主機由單片機、CC2530模塊、HC-05藍牙模塊、GPRS模塊、DHT11溫濕度模塊、光控制模塊、LCD1602顯示器、太陽能電池板、充電蓄電池、電機驅動裝置、水泵等組成；從機由單片機、CC2530模塊、超聲波模塊、太陽能電池板、充電蓄電池、電機驅動裝置、水閘等組成；手機客戶端由手機和手機App軟件構成。

1.1 主機

在物聯網智能稻田節水自動灌排系統中，主機是整個系統的信息匯總節點，不論是與用戶之間的連接還是用戶進行遠程監管，主機都將作為信息傳輸的中心。主機自帶顯示系統，可在田邊架設主機以無線方式連接各從機，同時監管多塊稻田。通過得到的數據可以方便快捷的查看田間的各種信息。主機和從機通過CC2530模塊通信，從機用超聲波檢測水位，傳給主機直接顯示或通過GPRS發送給遠端手機用戶客戶端顯示，主機還可檢測溫濕度以及光照強度，當水位低于設定值并在光照強度小于某一定值時才會給稻田加水，否則一直等待。

1.2 從機

從機的主要功能是通過各超聲波模塊檢測一小塊稻田的水位，通過單片機分析處理并借助CC2530發送至主機，與主機相互通信，主機接收多個從機的檢測數據，并向從機發送控制指令，控制水閘開啟灌水或排水，這樣就構成了一套稻田節水自動灌排物聯網系統。

1.3 手機客戶端

用戶可通過手機客戶端對系統進行操作控制。用戶可根據傳回的數據分析選擇相應的控制方案或模式，用戶還可以根據需要自己添加模式和更改模式閾值，讓用戶可以隨時隨地查看田間的相關信息，及時了解稻田狀況，減少人力監管負擔。設計框圖如圖1所示。

2 系統總體設計

用戶通過手機客戶端對稻田水位進行設置，主機和從機相互通信，對水位檢測，并做出相應的處理，同時用戶也可以隨時隨地接收稻田水位信息，形成一個智能節水循環系統。物聯網智能稻田節水自動灌排系統框圖如圖2所示。

3 系統硬件設計

稻田灌溉系統主機由IAP15F2K61S2單片機、CC2530模塊、HC-05藍牙模塊、GPRS模塊、DHT11溫濕度模塊、光控制模塊、LCD1602顯示器、太陽能電池板、充電蓄電池、電機驅動裝置、水泵等組成，工作原理如圖3所示。

稻田灌排系統從機模塊主要包括IAP15F2K61S2單片機、CC2530模塊、超聲波模塊、太陽能電池板、充電蓄電池、電機驅動裝置，水閘等，工作原理如圖4所示。

主機和從機之間通過CC2530通信，從機檢測到稻田水位后，發送給主機。主機處理后，返回給從機指令，從機做出相應的處理，主機隨時都可將稻田信息通過GPRS發送到用戶手機，用戶足不出戶便可知曉稻田的蓄水情況，也可以設置稻田水位。

主機的主控芯片采用IAP15F2K61S2的主要原因在于STC公司生產的這款單片機帶有仿真調試功能，且芯片內部自帶可選擇晶振（5.529 6～27 MHz），芯片內部自帶多個串口和AD轉換器、定時計數器、終端等，這款單片機可使用通用性很強的C語言編程，具有結構簡單、開發周期短等特點。

LCD1602是11線控制液晶顯示屏，8位數據總線，3位使能及控制總線。數據總線和IAP15F2K61S2單片機的P0口連接，使能及控制總線和P2.0-P2.2引腳連接，LCD1602循環顯示由超聲波采集回來的某塊稻田的水位數據。LCD1602控制簡單，不需要像數碼管那樣多次掃描顯示數據，只需數據需要更改時，在LCD1602中的寄存器中寫入相應的字符ASCII值，LCD1602內部就會自己調用ROM存儲區查找相應的字符數據，控制液晶屏顯示對應的點陣字符，形成文字，不用單片機反復刷新顯示。此外，LCD1602還帶有背光功能，即使在田邊小屋沒有燈的情況下也能正常查看數據。

4 系統軟件設計

該系統軟件分為主機和從機兩部分，其中主機完成數據顯示，GPRS、CC2530和藍牙串口通信，啟動水泵；從機完成CC2530通信、超聲波檢測和電機驅動。其程序流程如圖5所示。

5 結 語

物聯網智能稻田節水自動灌排系統通過一個主機，多個從機及手機客戶端的協同工作，實現了多塊稻田的物聯網數據傳輸及無人化稻田的自動灌排，推動了現代化農業的發展。

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