物联网智能稻田节水自动灌排系统

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2017.09.013

引 言

物联网智能稻田节水自动灌排系统可加速推动传统农业向现代化农业的转变，一方面实现了节水灌溉，推动现代化农业的发展，另一方面能将劳动者从农业生产中解放出来，实现农业现代化管理。

1 物联网智能稻田节水自动灌排系统功能概述

物联网智能稻田节水自动灌排系统分为主机、从机和手机客户端。主机由单片机、CC2530 模块、HC-05 蓝牙模块、GPRS 模块、DHT11 温湿度模块、光控制模块、LCD1602 显示器、太阳能电池板、充电蓄电池、电机驱动装置、水泵等组成；从机由单片机、CC2530 模块、超声波模块、太阳能电池板、充电蓄电池、电机驱动装置、水闸等组成 ；手机客户端由手机和手机 App 软件构成。

1.1 主机

在物联网智能稻田节水自动灌排系统中，主机是整个系统的信息汇总节点，不论是与用户之间的连接还是用户进行远程监管，主机都将作为信息传输的中心。主机自带显示系统， 可在田边架设主机以无线方式连接各从机，同时监管多块稻田。通过得到的数据可以方便快捷的查看田间的各种信息。主机和从机通过CC2530 模块通信，从机用超声波检测水位，传给主机直接显示或通过GPRS 发送给远端手机用户客户端显示， 主机还可检测温湿度以及光照强度，当水位低于设定值并在光照强度小于某一定值时才会给稻田加水，否则一直等待。

1.2 从机

从机的主要功能是通过各超声波模块检测一小块稻田的水位，通过单片机分析处理并借助CC2530 发送至主机，与主机相互通信，主机接收多个从机的检测数据，并向从机发送控制指令，控制水闸开启灌水或排水，这样就构成了一套稻田节水自动灌排物联网系统。

1.3 手机客户端

用户可通过手机客户端对系统进行操作控制。用户可根据传回的数据分析选择相应的控制方案或模式，用户还可以根据需要自己添加模式和更改模式阈值，让用户可以随时随地查看田间的相关信息，及时了解稻田状况，减少人力监管负担。设计框图如图 1 所示。

2 系统总体设计

用户通过手机客户端对稻田水位进行设置，主机和从机相互通信，对水位检测，并做出相应的处理，同时用户也可以随时随地接收稻田水位信息，形成一个智能节水循环系统。物联网智能稻田节水自动灌排系统框图如图 2 所示。

3 系统硬件设计

稻田灌溉系统主机由IAP15F2K61S2 单片机、CC2530 模块、HC-05 蓝牙模块、GPRS 模块、DHT11 温湿度模块、光控制模块、LCD1602 显示器、太阳能电池板、充电蓄电池、电机驱动装置、水泵等组成，工作原理如图 3 所示。

稻田灌排系统从机模块主要包括IAP15F2K61S2 单片机、CC2530 模块、超声波模块、太阳能电池板、充电蓄电池、电机驱动装置，水闸等，工作原理如图 4 所示。

主机和从机之间通过 CC2530 通信，从机检测到稻田水位后，发送给主机。主机处理后，返回给从机指令，从机做出相应的处理，主机随时都可将稻田信息通过GPRS 发送到用户手机，用户足不出户便可知晓稻田的蓄水情况，也可以设置稻田水位。

主机的主控芯片采用IAP15F2K61S2 的主要原因在于STC 公司生产的这款单片机带有仿真调试功能，且芯片内部自带可选择晶振（5.529 6 ～27 MHz），芯片内部自带多个串口和 AD 转换器、定时计数器、终端等，这款单片机可使用通用性很强的 C 语言编程，具有结构简单、开发周期短等特点。

LCD1602 是11线控制液晶显示屏，8 位数据总线， 3 位使能及控制总线。数据总线和 IAP15F2K61S2 单 片机的 P0 口连接，使能及控制总线和 P2.0-P2.2 引脚 连接，LCD1602 循环显示由超声波采集回来的某块 稻田的水位数据。LCD1602 控制简单，不需要像数 码管那样多次扫描显示数据，只需数据需要更改时， 在 LCD1602 中的寄存器中写入相应的字符 ASCII 值， LCD1602 内部就会自己调用 ROM 存储区查找相应的 字符数据，控制液晶屏显示对应的点阵字符，形成文字， 不用单片机反复刷新显示。此外，LCD1602 还带有背光功能， 即使在田边小屋没有灯的情况下也能正常查看数据。

4 系统软件设计

该系统软件分为主机和从机两部分，其中主机完成数据 显示，GPRS、CC2530 和蓝牙串口通信，启动水泵 ；从机完 成 CC2530 通信、超声波检测和电机驱动。其程序流程如图 5 所示。

5 结 语

物联网智能稻田节水自动灌排系统通过一个主机，多个从机及手机客户端的协同工作，实现了多块稻田的物联网数据传输及无人化稻田的自动灌排，推动了现代化农业的发展。