低功耗智能灌溉采集控制器的设计.pdfVIP

2010年8月 农 机 化 研 究 第 8期 低 功 耗 智 能灌溉 采集 控 制 器 的设计 李晓东 ，张 馨 ‘，乔晓军 ，郑文刚。，张文爱 (1．国家农业信息化工程技术研究中心，北京 100097；2．太原理工大学 ，太原 030008) 摘 要：当前灌溉控制存在的问题主要有 ：大多采用外接电源供 电，功耗很大；数据采集功能因传感器种类少而 受到限制 ；电磁阀在开启状态下需要 电压来维持 。为此 ，开发了低功耗 的智能灌溉采集控制器 ，采用 了单片机 MSP430F149为主芯片，利用太阳能为系统充 电，同时配备 4个传感器接 口，实时监测环境因素，根据反馈数据 自 动控制灌溉。另外 ，多种灌溉程序使得产品能够广泛应用于大田、园林及庭院的灌溉控制。 关键词 ：灌溉控制器 ；低功耗 ；太 阳能 ；门闩式电磁 阀 中图分类号：TP273 ．5；S126 文献标识码：A 文章编号：1003—188X(2010)08—0070—04 0 引言 近年来，国内的一些高校和科研院所也相继在智 能灌溉方面做出了探索和研究，并取得了一些成果， 如国家农业信息化工程技术研究中心研制的 “远程手 机无线灌溉控制系统”I和武汉武大云水工程有限公 司开发的 “云水牌太阳能无线灌溉控制器”等。自动 控制技术已趋于成熟，但功耗方面也没有特别的限 定。美国雨鸟和亨特系列灌溉控制器功能齐全l，但 图1 系统硬件结构 大都采用外接电源提供 230V的交流电，长期大田灌 1．1 核心微处理器及存储器 溉耗 电量很大。 目前能源紧缺 已成了世界问题，各种 微处理器采用超低功耗单片机 MSP430F149_3』， 节能技术应运而生。鉴于此，本文把利用太阳能作为 首要考虑因素，不需要外接 电源；其次，融合了低功耗 主要负责传感器数据采集处理、输出控制以及多个电 的门闩式电磁阀；另外，动态 电压管理及扩展了的采 源(包括液晶显示屏的电源、传感器的电源、存储器、 集功能实现了系统适时供电，适当灌溉，既节能又提 时钟及USB接 口的电源等)的管理，同时完成系统的 高了灌溉效率。 数据存储、时钟获取和外部接 口等核心处理任务。 采用芯片AT45DB081实现系统常规参数和采集 1 系统硬件结构 数据的大容量存储。每组数据包含采集时间(月、13、 系统硬件结构如图l所示。为了控制功耗，供 电 时、分)及4个传感器的数据，总共可存储至少6万组 部分贯穿整个系统，动态管理各部分的电源供给。4 数据。AT45DB081为可重 复擦 写并兼容 SPI的 个传感器实时采集环境因素的状态信息，单片机定时 FLASH数据存储器，并通过 1个三线接 口在片选信号 查询各传感器，以获得环境因素的实时状态，并根据 的配合下进行访问。这种串行接 口FLASH存储器十 控制逻辑进行相关操作。低功能智能灌溉采集控制 分适用于要求存储量大，而引脚资源少、电源 电压低 系统主要由以下几部分组成。 和低功耗的应用领域。 1．2 供电部分 采用太阳能和锂电池组合进行供电，可以不用架 收稿 日期：2009—1l一05 设电源线而满足野外灌溉需要。供电部分包括太阳 基金项 目：国家 “863”计划重大项 目(2006AA