农田灌溉机井监控系统设计

1、农田灌溉机井监控系统设计农田灌溉机井监控系统设计摘要：针对目前团场农田灌溉机井分布面广的特点，本文基于单片机设计灌 溉机井集中监控系统中下位机。对硬件系统进行方案设计及硬件选型，同时设 计软件系统，实现对灌溉机井的无线监测与控制，为更好的进行田间管理提供 技术支撑，提高水资源利用率，促进农业良性循环，向设施农业、精准农业和 产业化经营转变。关键词：灌溉机井；单片机；通信；监控1. 前言当前计算机控制技术在众多领域中得到了广泛应用，使许多部门从传统的 以人为主的管理方式进入了以计算机控制技术为手段的自动化监控与调度的先 进管理模式12。无线通信技术在各工农业领域中应用普遍 呵0由于灌溉机井分布范

2、围广， 因此本文研究基于无线数字通信的灌溉机井计算机集中监控系统，把无线通信、 计算机、自动化技术引入灌溉机井的控制，实现对灌溉机井的无线监测与控制， 并对用水量、用电量进行反馈和统计，为更好的进行田间管理提供技术支撑， 提高水资源利用率，促进农业良性循环，向设施农业、精准农业和产业化经营 转变。2. 硬件系统设计灌溉机井计算机监控系统采用两级分布式结构，在各连队设控制主站，由 主控计算机和无线数传输模块构成，二者之间通过RS232接口进行数据交换，主控计算机通过In ternet与团场管理中心联络；在现场设控制子站，由灌溉机 井控制器、各类传感器以及通信模块组成，其中控制器以单片机为核心，与

3、无 线数传模块之间也采用 RS232接 口通信。2.1控制器功能与总体方案设计本系统的CPU选择选用Philips 公司P89C51RD2F单片机，主要目的是为 了实现既能现场的独立运行，又能通过串口与计算机实现通讯，并能受计算机 控制运行。从总体上讲，本系统可划分为四个主要功能模块：输出模块、数据采集模块、人机对话模块、中心控制模块。系统的结构如图2- 1所示:图2- 1系统硬件结构框图2.2单片机的选择本系统选用Philips公司P89C51RD2F作为下位机的CPU该器件内含4组8 位I/O 口、3个16位定时/计数器、多中断源-4中断优先级-嵌套的中断结构、 片内振荡器及时序电路等。叽

4、，选用了2.3无线数传模块基于监控系统小型化、低功耗、数据无线传输准确等技术要求 北京捷麦公司F29DI无线收发模块。它具有集成度高、工作频率稳定可靠、外围 元件少、功耗较低（最大发射功率5W）等优点，适合于便携式低功耗产品的设 计。由于F29DI无线数传模块带有RS23接口，可直接与计算机或单片机相连，连接方式采用透明传输,F29Dh无线数传模块与上位机通过RS23接口的连接图见图 2-2。1图2-2 F29DM无线数传模块与上位机的连接图2.4传感器的选择传感器在整个系统中作为数据采集的主要单元，它的选择对整个智能测控 系统至关重要。为达到实时、无人值守的目的，本系统选用LUG型涡街流量传

5、感器和LF10-W系列压力开关对现场数据进行采集。2.5模数转换器的选取模数转换器的任务是将模拟量转换为数字量输入单片机，由于本系统需要 进行多路循环采样，故决定选用美国国家半导体公司生产的 ADC0809这是一款 我国目前应用非常广泛的一种 8位通用逐次逼近式 A/D芯片，由单一+ 5V电源 供电，可对8路05 V的输入模拟电压信号进行分时转换，其输出信号与TT_电平兼容，同单片机接口很容易。3. 软件系统设计监控系统软件设计的总体要求灵活开放，有较好的可扩充性和可移植性； 适应性强，具有良好的可维护性；具有方便友好的人机界面，易于掌握和使用； 实时性和可靠性强。结合灌溉机井监控的特点和具体

6、要求，软件应实现监控系统的包含以下内 容：数据通信、人机对话、实时数据库更新、实时画面刷新、故障事故处理、 控制操作、统计计算、历史数据库管理和查询、系统设置、时钟管理、自诊断 及系统监视和维护等。3.1软件体系结构下位机监控软件主要包括以下几个模块：(1) 主程序模块(2) 数据采集及处理子程序：主要是为了实现 A/D转换、数字滤波等功能， 同时能够完成对各个通道进行巡回检测和数据处理；(3) 数据显示子程序：主要是为了实现数据的初始化、显示各种数据等；(4) 串行通信模块：主要是为了用于实现串行通信协议，同时能够分析解释 串口数据，最终能够进行发送和接收串行数据等。3.2主程序设计流程本系

7、统下位机的主要的功能是为了实现完成对系统初始化、以及实现A/D1初单化I数蘇集IE存僭；显示I输控制I串口通信图3 1主程序框图3.3数据采集及处理程序討起动转换图3 2数据采集模块流程图读取讐结果 條改tA吿地址N集次数到丄迴道来隼完?退出子程序数据采集模块流程图见图3 2,根据本系统硬件连接,8路模拟量输入通道 地址分别为7FF8H 7FFFH,起动转换后延迟一段时间后查询转换是否结束，CPU在启动某个通道进行 A/D转换时，对每个通道的数据采样三次，采集数据存入 以30H为首的存储单元。P89C51RD2F的运算速度也比较慢，所以对A/D转换结果的数字滤波采用了 中位值滤波算法，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与上位机通讯程序设计为了完成下位机控制器信号检测和控制的功能，与上位机的通信方式采用 中断控制。通信软件流程图见图3- 3。图3-3上位机通信程序流程图4. 小结随着我国农业现代化进程的不断加快、农业结构的不断调整，可以预计对 农业自动化的要求会越来越高，新的智能化技术、传感技术和农业科技的引入、 应用、普及，将使灌溉自动控制系统朝着研制分布式控制系统和无线通信模式 发展，同时，随着人工智能技术的发展，模糊控制、神经网络等新的控制理论逐渐成熟，将为农业灌溉自动化控制开辟广阔的应用前景。Desig n irrigati on well mon itori ng

10、 system based on sin gle chip microcomputerLi Hon g-wei,Nie Jin g,Ce n Hon g-lei(The Mecha ni cal a nd Electrical In stitute, Shihezi Un iversity, Shihezi 832003,Chi na)Abstract: Aiming at the characteristics of farm irrigation wells wide distribution, based on the single-chip design of centralized

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