農田灌溉機井監(jiān)控系統(tǒng)設計

1、農田灌溉機井監(jiān)控系統(tǒng)設計農田灌溉機井監(jiān)控系統(tǒng)設計摘要：針對目前團場農田灌溉機井分布面廣的特點，本文基于單片機設計灌 溉機井集中監(jiān)控系統(tǒng)中下位機。對硬件系統(tǒng)進行方案設計及硬件選型，同時設 計軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)對灌溉機井的無線監(jiān)測與控制，為更好的進行田間管理提供 技術支撐，提高水資源利用率，促進農業(yè)良性循環(huán)，向設施農業(yè)、精準農業(yè)和 產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營轉變。關鍵詞：灌溉機井；單片機；通信；監(jiān)控1. 前言當前計算機控制技術在眾多領域中得到了廣泛應用，使許多部門從傳統(tǒng)的 以人為主的管理方式進入了以計算機控制技術為手段的自動化監(jiān)控與調度的先 進管理模式12。無線通信技術在各工農業(yè)領域中應用普遍 呵0由于灌溉機井分布范

2、圍廣， 因此本文研究基于無線數(shù)字通信的灌溉機井計算機集中監(jiān)控系統(tǒng)，把無線通信、 計算機、自動化技術引入灌溉機井的控制，實現(xiàn)對灌溉機井的無線監(jiān)測與控制， 并對用水量、用電量進行反饋和統(tǒng)計，為更好的進行田間管理提供技術支撐， 提高水資源利用率，促進農業(yè)良性循環(huán)，向設施農業(yè)、精準農業(yè)和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營 轉變。2. 硬件系統(tǒng)設計灌溉機井計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用兩級分布式結構，在各連隊設控制主站，由 主控計算機和無線數(shù)傳輸模塊構成，二者之間通過RS232接口進行數(shù)據(jù)交換，主控計算機通過In ternet與團場管理中心聯(lián)絡；在現(xiàn)場設控制子站，由灌溉機 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為核心，與

3、無 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計本系統(tǒng)的CPU選擇選用Philips 公司P89C51RD2F單片機，主要目的是為 了實現(xiàn)既能現(xiàn)場的獨立運行，又能通過串口與計算機實現(xiàn)通訊，并能受計算機 控制運行。從總體上講，本系統(tǒng)可劃分為四個主要功能模塊：輸出模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、人機對話模塊、中心控制模塊。系統(tǒng)的結構如圖2- 1所示:圖2- 1系統(tǒng)硬件結構框圖2.2單片機的選擇本系統(tǒng)選用Philips公司P89C51RD2F作為下位機的CPU該器件內含4組8 位I/O 口、3個16位定時/計數(shù)器、多中斷源-4中斷優(yōu)先級-嵌套的中斷結構、 片內振蕩器及時序電路等。嘰

4、，選用了2.3無線數(shù)傳模塊基于監(jiān)控系統(tǒng)小型化、低功耗、數(shù)據(jù)無線傳輸準確等技術要求 北京捷麥公司F29DI無線收發(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，適合于便攜式低功耗產(chǎn)品的設 計。由于F29DI無線數(shù)傳模塊帶有RS23接口，可直接與計算機或單片機相連，連接方式采用透明傳輸,F29Dh無線數(shù)傳模塊與上位機通過RS23接口的連接圖見圖 2-2。1圖2-2 F29DM無線數(shù)傳模塊與上位機的連接圖2.4傳感器的選擇傳感器在整個系統(tǒng)中作為數(shù)據(jù)采集的主要單元，它的選擇對整個智能測控 系統(tǒng)至關重要。為達到實時、無人值守的目的，本系統(tǒng)選用LUG型渦街流量傳

5、感器和LF10-W系列壓力開關對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集。2.5模數(shù)轉換器的選取模數(shù)轉換器的任務是將模擬量轉換為數(shù)字量輸入單片機，由于本系統(tǒng)需要 進行多路循環(huán)采樣，故決定選用美國國家半導體公司生產(chǎn)的 ADC0809這是一款 我國目前應用非常廣泛的一種 8位通用逐次逼近式 A/D芯片，由單一+ 5V電源 供電，可對8路05 V的輸入模擬電壓信號進行分時轉換，其輸出信號與TT_電平兼容，同單片機接口很容易。3. 軟件系統(tǒng)設計監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計的總體要求靈活開放，有較好的可擴充性和可移植性； 適應性強，具有良好的可維護性；具有方便友好的人機界面，易于掌握和使用； 實時性和可靠性強。結合灌溉機井監(jiān)控的特點和具體

6、要求，軟件應實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的包含以下內 容：數(shù)據(jù)通信、人機對話、實時數(shù)據(jù)庫更新、實時畫面刷新、故障事故處理、 控制操作、統(tǒng)計計算、歷史數(shù)據(jù)庫管理和查詢、系統(tǒng)設置、時鐘管理、自診斷 及系統(tǒng)監(jiān)視和維護等。3.1軟件體系結構下位機監(jiān)控軟件主要包括以下幾個模塊：(1) 主程序模塊(2) 數(shù)據(jù)采集及處理子程序：主要是為了實現(xiàn) A/D轉換、數(shù)字濾波等功能， 同時能夠完成對各個通道進行巡回檢測和數(shù)據(jù)處理；(3) 數(shù)據(jù)顯示子程序：主要是為了實現(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：主要是為了用于實現(xiàn)串行通信協(xié)議，同時能夠分析解釋 串口數(shù)據(jù)，最終能夠進行發(fā)送和接收串行數(shù)據(jù)等。3.2主程序設計流程本系

7、統(tǒng)下位機的主要的功能是為了實現(xiàn)完成對系統(tǒng)初始化、以及實現(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轉換圖3 2數(shù)據(jù)采集模塊流程圖讀取讐結果 條改tA吿地址N集次數(shù)到丄迴道來隼完?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,起動轉換后延遲一段時間后查詢轉換是否結束，CPU在啟動某個通道進行 A/D轉換時，對每個通道的數(shù)據(jù)采樣三次，采集數(shù)據(jù)存入 以30H為首的存儲單元。P89C51RD2F的運算速度也比較慢，所以對A/D轉換結果的數(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與上位機通訊程序設計為了完成下位機控制器信號檢測和控制的功能，與上位機的通信方式采用 中斷控制。通信軟件流程圖見圖3- 3。圖3-3上位機通信程序流程圖4. 小結隨著我國農業(yè)現(xiàn)代化進程的不斷加快、農業(yè)結構的不斷調整，可以預計對 農業(yè)自動化的要求會越來越高，新的智能化技術、傳感技術和農業(yè)科技的引入、 應用、普及，將使灌溉自動控制系統(tǒng)朝著研制分布式控制系統(tǒng)和無線通信模式 發(fā)展，同時，隨著人工智能技術的發(fā)展，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡等新的控制理論逐漸成熟，將為農業(yè)灌溉自動化控制開辟廣闊的應用前景。Desig n irrigati on well mon itori ng

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11、monitoring system of the water pump machine. Design and hardware selection of hardware system and software system desig n, i mpleme ntati on, a wireless mon itori ng and con trolli ng on irrigati on wells. For better to provide tech ni cal support for field man ageme nt, improve the utilizati on of water resource. To promote the benign cycle of transformat