1 引 言

世界各地愈来愈了解到水已变成 二十一世纪可持续发展观的一个至关重要的问题。我国水资源已处在非常稀缺的水平，再加上全国各地90％的废、废水没经解决或处置不合格就可以直接排出的水环境污染，11%的江河水体小于田地供电规范。水为农牧业的根基，是生态环境保护的分区规划因素，与此同时也是战略的资金資源，因而选用离心水泵提取地表水浇灌田地，完成水源有效运用，发展趋势节约用水供电，改进生态环境保护，是国内现阶段精准农牧业的重要。

选用节约用水和节能环保的注水方式 是当今社会供电技术性进步的趋势。智能化供水设备在海外资本主义国家营销推广得非常快，技术性进步也非常完善，发展也非常早，尤其是非洲、英国和澳大利亚等国，优秀的电子信息技术、电子计算机和控制系统应用到农牧业供电中，进一步提高了自来水高效率和生产主力。而伴随着我国经济和科技的发展，节约用水供水设备发展趋势得迅速，但大多数滞留在单片机设计操纵为关键技术基本上，与海外资本主义国家有一定的差别。

田地供电的日常任务是适度适当地将水自水资源送至田地，达到植物生长发育的必须 。供电从纯天然情况到被农作物消化吸收最后产生生产量可归纳为下列三大阶段：

（1）根据供电取、输、配水系统将水接至田里；

（2）随后以合理的注水技术性将水变为可供农作物消化吸收的土壤水分；

（3）农作物根茎自土壤层中吸取水份（包含营养物质），历经植物光合作用将辐射转换为化学能最终产生干物质（糖分）。

前2个阶段可借助一系列工程设计和管理方法方法来完成。节约用水供电高产的总体目标该是极大地提高以上俩个阶段原水的转换及产出率高效率。本设计论文是对于第一个阶段而研究设计的。假如再依据农作物田地具体情况融合灌溉、喷撒、上肥、除害等技术性有效应用，在我国现代农业的发展前景将十分开朗。

2 系统软件原理与硬件配置构造

2.1 系统软件原理

文中科学研究单片机设计系统软件根据好几个感应器对环境湿度、溫度、降水量、ph酸碱度、水份水面蒸发（风力）和气体溫度等各种数据的收集来完成对田地的精准全自动浇灌操纵，輸出A的数据信号信息内容根据无线网络双工数传模块收取和发送控制模块传输给监测中心（嵌入式操作系统）来确认是不是运行离心水泵为田地供电，与此同时将此供电是否信息内容由GPRS通讯根据Internet传输去远方监测中心完成实时监控，并利用电子计算机中的一些实体模型来解决信息内容，做出供电方案。

2.2 系统软件的硬件配置构造

该系统软件由2个分系统构成，其一为监测中心：一个操纵服务器和传感器网络节点构成。其二是远程控制自动控制系统：GPRS通讯控制模块、Internet数据传输与监控系统服务器。图1是系统软件的整体构造示意图，图上的无线通信控制模块构造完全一致。操纵服务器由根据MiniARM内嵌式微处理器的平台和无线通信控制模块构成。服务器与传感器网络节点组成星型拓扑wifi网络；远程控制自动控制系统由GPRS控制模块Mini-WG23完成Internet连接（本系统软件能够拓展，使GPRS网络通信成星型拓扑连接）后传入远程操作管理中心。

2.3 传感器网络互联网硬件开发

传感器网络网络模型（如图所示1所显示）是区别于传统式wifi网络的基础设施建设网，根据在监控范围内随便布撤很多感应器连接点（通称连接点），由各连接点自主融洽并快速建立网络通信，在能量利用率优先选择考虑到标准下开展工作目标区划以获得监控地区信息内容。互联网的生态系统理论特点表现在当连接点失灵或新连接点进入时互联网可以响应式重新组建，以调节全局性的检测精密度，充分运用区位优势，即互联网中的各连接点除具有数据收集作用外兼具数据信息分享完成多跳的路由器作用。传感器网络互联网馥类连接点的构成一般都由数据收集、数据处理方法、传输数据和开关电源这四一部分构成。在其中每一个单片机设计操作系统的硬件开发和软件开发全是一样。本制定的科学研究方案设计是只对于一个单片机设计操作系统的。被检测物理学数据信号的类型确定了温度传感器的种类。CPU一般 采用内嵌式CPU，如MOTOROLA企业的68HC16、C51系列单片机设计等。传输数据模块能够挑选由功耗低、短路线的无线通讯控制模块构成，但考虑到防盜与当然毁坏，本体系挑选功能损耗很大、传送距離很远的SA68D21DL，农户能够在办公室或家里放置主控制板。图2叙述了连接点的构成，在其中，箭头符号的方位表明数据信息在结点中的流动性方位。

2.4 无线通讯控制模块挑选

针对挪动或携带式数据收集自动控制系统来讲，选用无线网络传输数据是一种不错的选用计划方案。由北京市捷麦通讯器械有限责任公司制造的SA68D21DL无线网络数据信息警报收取和发送控制模块便是一款可在微型机与微型机中间，或微型机与51单片机相互间完成双工长距离无线通讯的收取和发送控制模块。该控制模块还可构成数最多65535点的多发多收或高发单收方式无线网络。其上位机软件硬件配置布线电源电路如图所示3所显示。

2.5 开关电源

在该体系中，SA68D21DL为较高电压元器件，工作电压规定为6 V，为了更好地与之插口，AT89S51也工作中在6 V（AT89C2051是宽工作电压元器件）工作电压下。该操作系统用 6 V开关电源供电系统，能够根据干支流可调稳压电源获得，考虑到影响与系统软件平稳，提议用电池供电系统。

3 主控芯片系统软件

在该体系中，操纵服务器做为联接Internet网和传感器网络互联网中间的合同变换网关ip。其硬件配置选用致远电子企业MiniARM内嵌式工业自动化控制模块。MiniISA系列产品收集主控板选用全智能主控板构造，即在主控板上内嵌MCU。板载MCU对主控板上I／O端口号开展操纵，完成I／O数据信息的缓存文件，进而减少主控板针对MiniISA插口服务器的依靠，节约服务器解决信息的時间，确保MiniISA系统软件更为高效率的运作。除此之外板载MCU能够对收集的信息或是导出数据信息开展进一步的解决。系统软件原理图如图4所显示。

3.1 MiniISA-8016A数据量键入汽车继电器輸出主控板

MiniISA-8016A是一款用以MiniISA总线的汽车继电器輸出和防护数据量键入卡，此卡给予8路防护数据量键入，在噪音自然环境下为收集数据量给予1 500 VDC的防护维护；它含有八个汽车继电器，能够作为开／关控制系统或中小型电力开关；除此之外它还含有两个可由客户自定的防护脉冲宽度调制PWM輸出。

3.2 MiniISA-GMT05001人机界面主控板

MiniISA-GMT05001是一款根据MiniISA总线的工业触摸屏主控板，适用所有具备MiniISA总线主控芯片电源电路的底盘上。

选用5.7英寸、屏幕分辨率为320×240的纯色屏，适用触屏实际操作作用，给予了六个功能键键入。根据实际操作MiniISA总线进行对应的展现和功能键作用。

3.3 MiniISA GPRS无线网络数传模块机器设备MiniISA-WG23

MiniISA-WG23是根据GPRS互联网的全智能无线网络数传模块机器设备（DTU），具备MiniISA并行接口，可以便捷地置入到使用者的机器设备中，给予通透的传输数据作用，能够便捷地完成无线网络的传输数据。

4 远程控制自动控制系统

远程控制自动控制系统关键设计方案GPRS通信系统、GPRS与Internet互联网接入系统软件、监控系统服务器友善桌面显示自动控制系统。这一部分硬件配置一部分能够使用目前的联通公司与电信网等互联网技术資源，手机软件考虑到费用和技术专业作用能够自行开发设计，提议运用目前远程软件，如《波尔远程控制》手机软件、湖南实时监控机器设备公司的RC-2000数据可视化远程操作系统软件。

5 水泵光耦电路

考虑到强电和弱电隔离作用，离心水泵供配电系统能够考量与所有系统软件分离设计方案。运用系统软件板上的汽车继电器操纵电动机开关电源就可以完成，电源电路如图所示5所显示。

6 系统设计方案

系统包含两绝大多数：无线传感器触点系统软件程序流程与服务器自动控制系统程序流程。

6.1 采集系统程序流程

传感器网络节点系统软件系统由源程序、数据收集程序段、与上位机软件通讯的程序段等部份构成。这儿详细介绍源程序的设计方案框架图。

6.2 通讯协议科学研究

上台PC机做为监测中心务必具有网络唤醒、数据处理方法、路由器维护保养作用。C Builder、Delphi和微软公司的Visual Basic全是可选择的迅速开发环境。顶层手机软件作用由Delphi完成，充分考虑点对点传输的稳定性，数据信息在最底层无线数据传输中必须提升需要的协议书标准。设计方案中对有效的信息开展装包，文件格式为：流板码、详细地址、合理数据信息荷载、检验码。

6.2.1 串口通讯文件格式

上位机软件与控制模块间的通讯是根据多线程串口通信来实现的。多线程串口通信选用规范的串口通信文件格式，即一个起止位、八个数据位和一个终止位，传输速度为1 200 b／s。上位机软件与控制模块间的通讯內容有两大类，一类是数据信息，一类是指令。

6.2.2 数据信息及指令的区别

当上位机软件向控制模块传输信息内容时，DTR端作用是标示串口通信信息内容的特性。若串口通信信息内容为指令，DTR端应置为逻辑性“0”，若串口通信信息内容为数据信息，则DTR端应置为逻辑性“1”。

当控制模块向上位机软件传输信息内容时，DSR端可以用来标示串口通信信息内容的特性，若串口通信信息内容为指令，DSR端为逻辑性“0”，若串口通信信息内容为数据信息，DSR端为逻辑性“1”。当控制模块串口通信无数据传出时，DSR端作用可标示控制模块是不是还可以接受上位机软件的信息内容，当控制模块准备好，能够接受上位机软件的消息时，此端为逻辑性“0”；当控制模块不可以接受电子计算机的数据信息时，此端为逻辑性“1”。

6.2.3 指令和信息传输文件格式

SA68D21DL的指令传输文件格式为：

D7H 指令码H 主要参数H

在其中，D7H为指令码的机器码，即字头。指令码为一字节长短，意味着指令的特性。不一样的指令码有不一样的主要参数，控制模块在接到指令后，将依据指令码的不一样，剖析主要参数并运行命令。针对有一些必须推送报文的指令，控制模块将依据指令的类型来推送对应的报文。当SA68D21DL在开展信息传输时，无论是上位机软件发送给控制模块，或是控制模块发送给上位机软件的数据信息，都使用无文件格式传输方法。

根据田地具体工程项目，选用平面图ospf协议DD（Directed Diffusion）定项蔓延路由器是一种以信息为核心的信息传播协议书，与现有的路由器优化算法拥有迥然不同的建立体制，运作DD的感应器连接点应用根据特性的取名体制来表述数据信息，并根据向所有的连接点推送对某一取名数据信息的INTEREST（每日任务ioctl）来进行数据采集。在散播INTEREST的环节中，特定区域内的连接点运用存储体制动态性维护保养读取数据的特性及偏向信息特征的梯度方向矢量素材等信息内容，与此同时激话感应器来收集与该INTEREST相符合的信息内容。连接点对收集的数据完成简易的前处理后，运用本土化标准和提升优化算法创建一条抵达目地连接点的最好途径。

6.3 主控芯片手机软件编程设计

系统选用分段设计方案，包含硬件配置机器设备推动层、电脑操作系统层、运用第三方接口层和系统软件层。系统软件构造如图所示7所显示。电脑操作系统挑选中小型的嵌入式操作系统μC／OS-II是根据下列考虑到：广州致远企业MiniARM内嵌式工业自动化控制模块给予原版μC／OS-II嵌入式操作系统以内的丰富多彩软件资源，详细的硬件软件构架只需致力于撰写商品的应用软件。两行编码就可以完成TCP／IP通讯、CAN-BUS计算机接口通讯、USB通讯和大容量存储器等繁杂作用，使嵌入式操作系统设计方案更为简约便捷。TCP／IP协议分成4层：链路层（ARP协议书）、传输层（IP协议、ICMP协议书）、网络层（TCP协议书、UDP协议书）、网络层（HTTP协议书）。本体系的TCP／IP协议栈挑选UIP1.0。

7 总结

文中分析了根据嵌入式操作系统而制定出來的智能化多源田地供水设备，当检验到田地少水信息内容时可以根据全自动继电器原理图来运行供电离心水泵，并且达到了远程控制GPRS通讯，能够根据PC机来掌握系统软件的运行情况并可对其操纵，可以全自动收集土壤层信息内容来自主明确是不是运行离心水泵为田地供电，这正合乎在我国农村地区的我国基本国情。

本系统软件使用简易，系统对更新改造一下，能够制定成院落全自动供水设备、温室大棚全自动供水设备和花苑全自动供水设备等，故本系统软件的扩展性比较好，市场前景较为宽阔。

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