低功耗自動(dòng)灌溉控制器設(shè)計(jì)

平毅　郭磊

摘 要： 自動(dòng)灌溉控制技術(shù)是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的方向之一，為了快速、準(zhǔn)確感知土壤濕度實(shí)現(xiàn)節(jié)約型灌溉，在此設(shè)計(jì)了一種由德州儀器公司提供的低功耗單片機(jī)Launchpad為核心的自動(dòng)灌溉控制器。該控制器利用Arduino土壤濕度傳感器模塊對(duì)土壤濕度值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)顯示濕度數(shù)據(jù)信息，并對(duì)灌溉設(shè)備水泵進(jìn)行有效的開(kāi)關(guān)控制，從而達(dá)到節(jié)水的目的。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，測(cè)試采樣數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，控制效果好，有比較大的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)； 低功耗； Launchpad； Arduino土壤濕度傳感器

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）10?0104?03

Abstract： The research of automatic irrigation control technology is one of development directions of Internet of Things （IOT） in agriculture. In order to acquire the soil humidity data fast and accurately， a low power irrigation controller based on the MCU of Launchpad offered by TI was designed. The soil humidity is monitored by the controller with Arduino humidity sensor module. It can display the real?time humidity data on liquid crystal screen and control the water pump efficiently to save the water resource. Many experiments show the device can precisely collect the data， control the water pump well and is valuable for promtion.

Keywords： Internet of Things in agriculture； low power consumption； Launchpad； Arduino soil humidity sensor

0 引 言

隨著21世紀(jì)的到來(lái)，能源危機(jī)將接踵而至。比能源危機(jī)更可怕的是，作為人類(lèi)生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，這一狀況還將隨著時(shí)間的推移和社會(huì)的發(fā)展繼續(xù)惡化。水資源危機(jī)已成為全球性的突出問(wèn)題，利用科技手段緩解這一危機(jī)，將是人類(lèi)主要出路[1?2]。

由于微控制器和智能傳感器的成本價(jià)格日益降低，功能和可靠性大幅提高，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有了長(zhǎng)足的發(fā)展。用高新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)施節(jié)水灌溉已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展帶戰(zhàn)略性的根本大事。

本文旨在設(shè)計(jì)一套利用低功耗單片機(jī)Lauchpad 對(duì)作物生長(zhǎng)的土壤濕度進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控的系統(tǒng)，它能根據(jù)濕度采樣的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)作物進(jìn)行適時(shí)、適量的灌水，起到高效灌溉，節(jié)水、節(jié)能的作用。

1 本設(shè)計(jì)任務(wù)和總體方案

本設(shè)計(jì)是基于Lauchpad控制下的自動(dòng)灌溉控制方案，分別對(duì)土壤濕度測(cè)量、灌溉控制技術(shù)及控制設(shè)備的軟硬件各個(gè)部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。本文設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案主要是依靠Arduino土壤濕度傳感器感知土壤濕度，Launchpad可對(duì)土壤濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)A/D轉(zhuǎn)換，通過(guò)LCD1602進(jìn)行顯示濕度數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際情況來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器帶動(dòng)水泵進(jìn)行灌溉。

設(shè)計(jì)方案有以下幾個(gè)模塊組成：低功耗控制器Launch Pad，Arduino土壤濕度傳感器，LCD1602液晶顯示器模塊，繼電器模塊，直流水泵模塊，直流穩(wěn)壓電源模塊。設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 主要模塊設(shè)計(jì)

2.1 核心控制模塊

本控制器的核心是德州儀器提供的低功耗開(kāi)發(fā)板Launchpad。它的主控芯片型號(hào)是MSP430G2553，本身就是為了便攜式設(shè)備而量身打造的16位單片機(jī)[3?4]。MSP430系列單片機(jī)低功耗體現(xiàn)為即使微弱的能量，也能夠驅(qū)動(dòng)單片機(jī)工作，在1.8 V以上的電壓下CPU都可以正常工作，最新系列的MSP430單片機(jī)甚至可以把這個(gè)數(shù)值再降低幾乎一半至1.1 V。

本設(shè)計(jì)中使用MSP430G2553片上AD進(jìn)行采樣，其采樣精度為10位，參考電壓選為1.5 V和2.5 V，采樣方式選擇為單通道重復(fù)采樣，ADC4的核將模擬量轉(zhuǎn)換成10位數(shù)字量并儲(chǔ)存在ADC4MEM寄存器里。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)深入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中[8]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將會(huì)變得更加經(jīng)濟(jì)高效，低功耗灌溉控制器兼具感知土壤濕度及控制作用，并且能夠與無(wú)線傳感網(wǎng)有效結(jié)合，必將給我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各種好處，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)良性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 王友貞.節(jié)水灌溉與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[M].北京：中國(guó)機(jī)械出版社，2005.

[2] 陳正雄，史群.對(duì)節(jié)水灌溉的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)[J].節(jié)水灌溉，2002（3）：35.

[3] 王丹丹，李林凱，鄒亮，等.基于MSP430的微弱信號(hào)檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2013（5）：87?89.

[4] 王玲玲，嚴(yán)錫君，嚴(yán)妍.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在溫室農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究[J].節(jié)水灌溉，2013（6）：54?56.

[5] 沈建華.MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[6] 秦龍.MSP430單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.

[7] 洪利，章?lián)P，李世寶.MSP430單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例詳解[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[8] 李道亮.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[9] 胡風(fēng)華，李敬兆.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分布均勻性分析[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（5）：41?43.

[10] 宋艷.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（24）：38?39.

[11] 劉沖，顏廷萌，張志新，等.無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件高效遠(yuǎn)程更新方法設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（19）：37?39.

摘 要： 自動(dòng)灌溉控制技術(shù)是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的方向之一，為了快速、準(zhǔn)確感知土壤濕度實(shí)現(xiàn)節(jié)約型灌溉，在此設(shè)計(jì)了一種由德州儀器公司提供的低功耗單片機(jī)Launchpad為核心的自動(dòng)灌溉控制器。該控制器利用Arduino土壤濕度傳感器模塊對(duì)土壤濕度值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)顯示濕度數(shù)據(jù)信息，并對(duì)灌溉設(shè)備水泵進(jìn)行有效的開(kāi)關(guān)控制，從而達(dá)到節(jié)水的目的。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，測(cè)試采樣數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，控制效果好，有比較大的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)； 低功耗； Launchpad； Arduino土壤濕度傳感器

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）10?0104?03

Abstract： The research of automatic irrigation control technology is one of development directions of Internet of Things （IOT） in agriculture. In order to acquire the soil humidity data fast and accurately， a low power irrigation controller based on the MCU of Launchpad offered by TI was designed. The soil humidity is monitored by the controller with Arduino humidity sensor module. It can display the real?time humidity data on liquid crystal screen and control the water pump efficiently to save the water resource. Many experiments show the device can precisely collect the data， control the water pump well and is valuable for promtion.

Keywords： Internet of Things in agriculture； low power consumption； Launchpad； Arduino soil humidity sensor

0 引 言

隨著21世紀(jì)的到來(lái)，能源危機(jī)將接踵而至。比能源危機(jī)更可怕的是，作為人類(lèi)生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，這一狀況還將隨著時(shí)間的推移和社會(huì)的發(fā)展繼續(xù)惡化。水資源危機(jī)已成為全球性的突出問(wèn)題，利用科技手段緩解這一危機(jī)，將是人類(lèi)主要出路[1?2]。

由于微控制器和智能傳感器的成本價(jià)格日益降低，功能和可靠性大幅提高，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有了長(zhǎng)足的發(fā)展。用高新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)施節(jié)水灌溉已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展帶戰(zhàn)略性的根本大事。

本文旨在設(shè)計(jì)一套利用低功耗單片機(jī)Lauchpad 對(duì)作物生長(zhǎng)的土壤濕度進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控的系統(tǒng)，它能根據(jù)濕度采樣的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)作物進(jìn)行適時(shí)、適量的灌水，起到高效灌溉，節(jié)水、節(jié)能的作用。

1 本設(shè)計(jì)任務(wù)和總體方案

本設(shè)計(jì)是基于Lauchpad控制下的自動(dòng)灌溉控制方案，分別對(duì)土壤濕度測(cè)量、灌溉控制技術(shù)及控制設(shè)備的軟硬件各個(gè)部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。本文設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案主要是依靠Arduino土壤濕度傳感器感知土壤濕度，Launchpad可對(duì)土壤濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)A/D轉(zhuǎn)換，通過(guò)LCD1602進(jìn)行顯示濕度數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際情況來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器帶動(dòng)水泵進(jìn)行灌溉。

設(shè)計(jì)方案有以下幾個(gè)模塊組成：低功耗控制器Launch Pad，Arduino土壤濕度傳感器，LCD1602液晶顯示器模塊，繼電器模塊，直流水泵模塊，直流穩(wěn)壓電源模塊。設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 主要模塊設(shè)計(jì)

2.1 核心控制模塊

本控制器的核心是德州儀器提供的低功耗開(kāi)發(fā)板Launchpad。它的主控芯片型號(hào)是MSP430G2553，本身就是為了便攜式設(shè)備而量身打造的16位單片機(jī)[3?4]。MSP430系列單片機(jī)低功耗體現(xiàn)為即使微弱的能量，也能夠驅(qū)動(dòng)單片機(jī)工作，在1.8 V以上的電壓下CPU都可以正常工作，最新系列的MSP430單片機(jī)甚至可以把這個(gè)數(shù)值再降低幾乎一半至1.1 V。

本設(shè)計(jì)中使用MSP430G2553片上AD進(jìn)行采樣，其采樣精度為10位，參考電壓選為1.5 V和2.5 V，采樣方式選擇為單通道重復(fù)采樣，ADC4的核將模擬量轉(zhuǎn)換成10位數(shù)字量并儲(chǔ)存在ADC4MEM寄存器里。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)深入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中[8]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將會(huì)變得更加經(jīng)濟(jì)高效，低功耗灌溉控制器兼具感知土壤濕度及控制作用，并且能夠與無(wú)線傳感網(wǎng)有效結(jié)合，必將給我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各種好處，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)良性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 王友貞.節(jié)水灌溉與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[M].北京：中國(guó)機(jī)械出版社，2005.

[2] 陳正雄，史群.對(duì)節(jié)水灌溉的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)[J].節(jié)水灌溉，2002（3）：35.

[3] 王丹丹，李林凱，鄒亮，等.基于MSP430的微弱信號(hào)檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2013（5）：87?89.

[4] 王玲玲，嚴(yán)錫君，嚴(yán)妍.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在溫室農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究[J].節(jié)水灌溉，2013（6）：54?56.

[5] 沈建華.MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[6] 秦龍.MSP430單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.

[7] 洪利，章?lián)P，李世寶.MSP430單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例詳解[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[8] 李道亮.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[9] 胡風(fēng)華，李敬兆.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分布均勻性分析[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（5）：41?43.

[10] 宋艷.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（24）：38?39.

[11] 劉沖，顏廷萌，張志新，等.無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件高效遠(yuǎn)程更新方法設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（19）：37?39.

摘 要： 自動(dòng)灌溉控制技術(shù)是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的方向之一，為了快速、準(zhǔn)確感知土壤濕度實(shí)現(xiàn)節(jié)約型灌溉，在此設(shè)計(jì)了一種由德州儀器公司提供的低功耗單片機(jī)Launchpad為核心的自動(dòng)灌溉控制器。該控制器利用Arduino土壤濕度傳感器模塊對(duì)土壤濕度值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)顯示濕度數(shù)據(jù)信息，并對(duì)灌溉設(shè)備水泵進(jìn)行有效的開(kāi)關(guān)控制，從而達(dá)到節(jié)水的目的。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，測(cè)試采樣數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，控制效果好，有比較大的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)； 低功耗； Launchpad； Arduino土壤濕度傳感器

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）10?0104?03

Abstract： The research of automatic irrigation control technology is one of development directions of Internet of Things （IOT） in agriculture. In order to acquire the soil humidity data fast and accurately， a low power irrigation controller based on the MCU of Launchpad offered by TI was designed. The soil humidity is monitored by the controller with Arduino humidity sensor module. It can display the real?time humidity data on liquid crystal screen and control the water pump efficiently to save the water resource. Many experiments show the device can precisely collect the data， control the water pump well and is valuable for promtion.

Keywords： Internet of Things in agriculture； low power consumption； Launchpad； Arduino soil humidity sensor

0 引 言

隨著21世紀(jì)的到來(lái)，能源危機(jī)將接踵而至。比能源危機(jī)更可怕的是，作為人類(lèi)生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，這一狀況還將隨著時(shí)間的推移和社會(huì)的發(fā)展繼續(xù)惡化。水資源危機(jī)已成為全球性的突出問(wèn)題，利用科技手段緩解這一危機(jī)，將是人類(lèi)主要出路[1?2]。

由于微控制器和智能傳感器的成本價(jià)格日益降低，功能和可靠性大幅提高，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有了長(zhǎng)足的發(fā)展。用高新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)施節(jié)水灌溉已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展帶戰(zhàn)略性的根本大事。

本文旨在設(shè)計(jì)一套利用低功耗單片機(jī)Lauchpad 對(duì)作物生長(zhǎng)的土壤濕度進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控的系統(tǒng)，它能根據(jù)濕度采樣的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)作物進(jìn)行適時(shí)、適量的灌水，起到高效灌溉，節(jié)水、節(jié)能的作用。

1 本設(shè)計(jì)任務(wù)和總體方案

本設(shè)計(jì)是基于Lauchpad控制下的自動(dòng)灌溉控制方案，分別對(duì)土壤濕度測(cè)量、灌溉控制技術(shù)及控制設(shè)備的軟硬件各個(gè)部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。本文設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案主要是依靠Arduino土壤濕度傳感器感知土壤濕度，Launchpad可對(duì)土壤濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)A/D轉(zhuǎn)換，通過(guò)LCD1602進(jìn)行顯示濕度數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際情況來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器帶動(dòng)水泵進(jìn)行灌溉。

設(shè)計(jì)方案有以下幾個(gè)模塊組成：低功耗控制器Launch Pad，Arduino土壤濕度傳感器，LCD1602液晶顯示器模塊，繼電器模塊，直流水泵模塊，直流穩(wěn)壓電源模塊。設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 主要模塊設(shè)計(jì)

2.1 核心控制模塊

本控制器的核心是德州儀器提供的低功耗開(kāi)發(fā)板Launchpad。它的主控芯片型號(hào)是MSP430G2553，本身就是為了便攜式設(shè)備而量身打造的16位單片機(jī)[3?4]。MSP430系列單片機(jī)低功耗體現(xiàn)為即使微弱的能量，也能夠驅(qū)動(dòng)單片機(jī)工作，在1.8 V以上的電壓下CPU都可以正常工作，最新系列的MSP430單片機(jī)甚至可以把這個(gè)數(shù)值再降低幾乎一半至1.1 V。

本設(shè)計(jì)中使用MSP430G2553片上AD進(jìn)行采樣，其采樣精度為10位，參考電壓選為1.5 V和2.5 V，采樣方式選擇為單通道重復(fù)采樣，ADC4的核將模擬量轉(zhuǎn)換成10位數(shù)字量并儲(chǔ)存在ADC4MEM寄存器里。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)深入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中[8]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將會(huì)變得更加經(jīng)濟(jì)高效，低功耗灌溉控制器兼具感知土壤濕度及控制作用，并且能夠與無(wú)線傳感網(wǎng)有效結(jié)合，必將給我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各種好處，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)良性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 王友貞.節(jié)水灌溉與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[M].北京：中國(guó)機(jī)械出版社，2005.

[2] 陳正雄，史群.對(duì)節(jié)水灌溉的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)[J].節(jié)水灌溉，2002（3）：35.

[3] 王丹丹，李林凱，鄒亮，等.基于MSP430的微弱信號(hào)檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2013（5）：87?89.

[4] 王玲玲，嚴(yán)錫君，嚴(yán)妍.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在溫室農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究[J].節(jié)水灌溉，2013（6）：54?56.

[5] 沈建華.MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[6] 秦龍.MSP430單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.

[7] 洪利，章?lián)P，李世寶.MSP430單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例詳解[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[8] 李道亮.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[9] 胡風(fēng)華，李敬兆.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分布均勻性分析[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（5）：41?43.

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