基于ZigBee技术的灌溉控制系统设计【说明书论文开题报告外文翻译】
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目 录摘 要 .IAbstract.II第 1 章 绪 论 .41.1 前言 .41.2 国内外节水灌溉发展现状 .41.2.1 国外现状 .41.2.2 国内现状 .41.3 课题研究的主要内容 .5第 2 章 系统硬件部分设计 .62.1 系统总体设计 .62.1.1 系统功能设计 .62.1.2 系统总体设计方案 .72.2 PC 上位机 .82.2.1 上位机的概述 .82.2.2 上位机硬件连接电路 .82.3 ZigBee 无线通讯 .82.3.1 ZigBee 技术概述 .82.3.2 ZigBee 通信模块组网设置 .92.3.3 ZigBee 无线通信电路 .112.4 主控模块硬件设计 .122.4.1 主控控制模块 .122.4.2 LCD 液晶显示模块 .132.4.3 ZigBee 无线通讯模块 .14I2.4.4 语言报警模块 .152.4.5 按键设定模块 .162.4.6 主控模块系统原理图 .172.5 从控模块硬件设计 .172.5.1 温湿度采集模块 .172.5.2 光报警模块 .182.5.3 水泵驱动模块 .182.5.4 ZigBee 无线通信模块 .192.5.5 从控模块系统原理图 .19第 3 章 系统软件设计 .203.1 主控模块软件设计 .203.1.1 主程序设计 .203.1.2 主控串行通信子程序设计 .213.1.3 主控按键处理子程序设计 .223.1.4 主控数据显示子程序设计 .243.1.5 主控语音报警子程序设计 .253.2 从控模块软件设计 .253.2.1 从控主程序设计 .253.2.2 从控温湿度采集子程序设计 .263.2.3 从控串行口通信子程序设计 .273.2.4 从控报警子程序 .283.3 VB 界面软件设计流程 .293.3.1 曲线容器设计 .303.3.2 曲线刻度设计 .30第 4 章 系统编程与仿真 .324.1 Proteus 仿真软件简介 .324.2 keil uVision4 集成开发环境 .324.3 Protues 部分仿真调试 .34第 5 章 系统实物展示 .37II5.1 实物的硬件组成 .375.2 实物硬件介绍 .375.3 程序烧录 .40第 6 章 系统功能演示 .436.1 液晶显示功能 .436.2 系统按键功能 .446.3 水泵自动洒水功能 .466.4 ISD 语音报警功能 .476.5 VB 上位机手动控制功能 .47第 7 章 毕设总结 .48参考文献 .49附 录 .50附录 1 程序及注释 .50附录 2 从控电路原理图 .83附录 3 主控电路原理图 .84附录 4 实物图 .85致 谢 .87III基于 ZigBee 技术的灌溉控制系统的设计摘 要中国是世界上 13 个严重缺水国家其中之一，人均水资源严重不足，农业生产、林业建设、环境绿化耗水是巨大的,而且又是一种刚性需求。所以，要想从根本上解决缺少问题是不可能的，但是可以通过节约水资源和类似于“ 南水北调” 工程来进行科学合理的调配来满足各方需求。以农业为例，我国农业发展正处于从传统向现代化大农业过渡的进程当中，急需用现代物质条件进行装备，用现代科学技术进行改造。因此，在农业灌溉方面，通过科学化手段灌溉，不仅节约水资源而且对农作物生长情况监控大有裨益。本课题引入 ZigBee 技术进行农业用水区域进行精准灌溉控制。设计的灌溉系统主要由六大部分组成，分别为：数据采集、数据传输、软件监控、数据存储、数据分析、远程控制、异常报警。同时，数据传输部分为分布式网络结构，在网络内有一个主节点和N 个从节点，形成 1：N 的分布式网络数据传输结构。因技术和设备有限，本文仅仅搭建了 1:2 的分布式网络结构。整个系统通过 Zigbee 无线通讯技术远程的实时监控多个用水区域土壤的温湿度，并将当前用水区域的情况通过无线传输的方式传递给主控制室的电脑监控软件上。主控制室电脑上的监控软件会实时将接受的数据绘制成 2 条分别为区域温度、湿度的曲线和 1 条水平的参考线，使得数据更加科学直观，当灌溉区域的温湿度曲线偏离基于参考线设定的阈值范围，系统远程驱动阀门控制节点控制水泵。与传统的灌溉方式相比较：它提高了操作的准确性，有利于灌溉过程的科学管理，更重要的是它能准确、定时、定量、高效的给农作物自动补充水分，以提高农作物的产量并且节能。关键词：ZigBee；1:N；分布式网络；曲线IDesign of Irrigation Control System based on ZigBee TechnologyAbstractChina is one of the 13 serious water shortage countries in the world, and the per capita water resources are seriously insufficient. Agricultural production, forestry construction, environmental greening water consumption is huge, but also a rigid demand. So, it is impossible to solve the problem fundamentally. However, by saving water resources and similar to the “south to North Water Transfer“ project to carry out scientific and rational allocation to meet the needs of all parties. Taking agriculture as an example, the development of agriculture in our country is in the process of transition from traditional to modern agriculture. It is in urgent need of modern material conditions to equip with modern science and technology to transform. Therefore, in terms of agricultural irrigation, irrigation through scientific means, not only to save water resources but also to monitor the growth of crops, it is of great benefit to the growth of crops.This paper introduces the technology of ZigBee for agricultural water area for precision irrigation control. Irrigation system design consists of 6 parts, respectively: data acquisition, data transmission, software monitoring, data storage, data analysis, remote control, abnormal alarm. At the same time, the data transmission part for distributed network structure in the network has a master node and a node from the N, a distributed data transmission network structure 1:N. Due to the limited technology and equipment, this paper only built a 1:2 distributed network structure. The whole system through the ZigBee wireless communication technology, the remote real-time monitoring of a plurality of water area, the soil temperature and humidity, and the water area through wireless transmission way passed to the main control room computer monitoring software. Main control room computer monitoring software will accept data in real time rendering into two respectively for the regional temperature and humidity curve and a horizontal reference line, making the data more scientific and intuitive. When the irrigation area of the curve of temperature and humidity deviation based on the reference line by setting the threshold IIrange, remote system to drive the valve control node to control the water pump. And traditional irrigation way: it improves the accuracy of the operation, is conducive to the scientific management of the irrigation process, more important is it can accurately, timing, quantitative and efficient crops to automatically add water to improve crop yield and save energy.Key words: ZigBee; 1: N; Distributed Network; Curve- 3 -第 1 章 绪 论1.1 前言长久以来，我国的能源利用率十分低。据官方统计，我国能源利用效率约 36.3%，比发达国家低 10%，产品消耗与国际先进水平差距较大，浪费惊人 2。其中，中国农业水资源利用率低，短缺与浪费现象并存，是当前灌溉农业发展而临的主要问题 3。目前，水份亏缺是中国作物生长季的主要环境胁迫因子，其对作物生长发育和产量的影响超过所有其它胁迫的总和 4。一定的土壤含水率是作物存活的保证，更充分的土壤含水率会使作物拥有较大的生物量，而过高的土壤含水率会引起作物的根部腐烂，并带走大量肥料造成地下水污染 5。解决以上问题的根本出路是发展精细灌溉，在充分利用降水和土壤水的前提下，高效利用灌溉用水，精确控制灌溉的时机与地点，最大限度地满足作物需水，以获取农业生产的最佳经济效益、社会效益和生态环境效益 4。因此，本文重点研究了基于 ZigBee 技术的自动灌溉控制系统，该系统使用传感器检测土壤的含水量和温度，然后将数据通过无线传输的方式发送给控制室的主控制器，主控制器根据各种植物的实际需水情况实施精确的灌溉。1.2 国内外节水灌溉发展现状1.2.1 国外现状二十世纪五十年代初，美国人发明了以液压驱动和水力驱动的圆形喷灌机，1965 年出现电力驱动圆形喷灌机。二十世纪七十年代又出现了平移式喷灌机，可实现矩形地块的灌溉。圆形喷灌机和平移式喷灌机自动化程度高、灌溉质量好、单机控制面积大，非常适应人多地少地区的农业生产。二十世纪七十年代，随着能源的日趋紧张，采用中低压摇臂式喷头灌溉，入机压力有所下降；二十世纪八十年代后期，又出现了下悬式低压喷洒器，工作压力更低，二十世纪九十年代，又出现了变量精确喷灌技术，能够根据专家决策系统或用户经验输入的基本变量参数，改变或随机变化灌溉系统的结构参数和性能参数，达到实时、精确灌溉的目的 6。1.2.2 国内现状中国耕地面积为 1.3 亿 ，从二十世纪七十年代开始发展喷灌技术，其中有效灌溉2hm面积 5587 万 ，占耕地面积的 43%，到 1998 年已经发展微灌面积 18.21 万 ，占节2h 2hm水工程总面积的 1.19%，由于农村的经济能力差、土地分散经营和设备质量不过关等原因，八十年代喷灌面积仍无明显增长，到 2002 年底，农业节水灌溉面积为 1867 万 ，占有2效灌溉面积的 33.4%7。中国微灌技术虽有较大的发展，但仍存在一定的问题，与发达国家相比还有很大差距，为了改变这种状况，中国的科研人员进行了大量的研究，经过多- 4 -年努力，喷灌设备生产已具备一定规模，生产能力基本可以满足现阶段需要，可以看出中国发展高效节水灌溉面积的潜力巨大 8。1.3 课题研究的主要内容本课题研究的主要内容是完成基于 ZigBee 技术的自动灌溉控制系统整体方案设计。具体包括：传感器环境信息采集；传感器与单片机从机的数据传输；单片机从机与单片机主机的 ZigBee 无线通讯；单片机主机与 PC 的串口通信；VB 实现的上位机监控软件。整个系统设计的思路是当区域土壤的湿度（含水量）低于主机内部设定的湿度范围值，系统驱动该区域的水泵进行灌溉直到该区域土壤湿度重新回到正常值，并且主机能实时语音播报该区域的异常情况。- 5 -第 2 章 系统硬件部分设计2.1 系统总体设计2.1.1 系统功能设计本系统主要是为了实现自动灌溉，不仅节约水资源而且能始终使作物生长在最合适的环境中，提高产量。为此，本系统提出以下几种功能：（1）实时显示环境信息功能从机实时把采集到的当前灌溉区域土壤温湿度数据通过 ZigBee 无线模块发送给主机，该数据能实时在主机的 LCD 液晶屏和 PC 的监控软件界面上显示。（2）区域独立功能本系统仅仅
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