一種無線節水滴灌自動控制系統的設計方案

　　基于STM32的田間控制器接收到上位機發來的采集命令，進而執行采集土壤濕度、空氣溫度、液位、壓力、流量等信息并上傳，等待上位機進行智能決策后，將控制命令，如電磁閥開啟關閉以及變頻器的調節，發送出來，STM32控制器予以接收并且執行。下位機程序流程圖如圖7所示。

　　4 實驗及結果分析

　　對各模塊進行驅動測試，然后對系統整體進行協同工作實驗。通過田間實驗觀測通信質量、滴灌效果及系統是否運行正常。

　　4.1 CC2530無線通信質量測試CC2530無線通信模塊性能對系統整體性能起著至關重要的作用。CC2530通信模塊的測試主要包括節點之間通信距離及數據包丟包率的測試。TI公司推出的通用數據包探測器（General Packet Sniffer）可以對未加密的通信過程進行監控[4?6],故可利用它進行通信和組網測試。

　　（1）空曠無障礙測試，觀測通信質量及通信距離

　　測試地點：校園空曠處。

　　測試內容：協調器主節點上電，建立網絡后，等待其他子節點加入。通過在協議棧中配置CC2530單芯片射頻部分的輸出功率寄存器，來使協調器和終端節點之間進行通信，按照規定的協議數據格式相互發送數據包，從而能夠對CC2530通信模塊的通信距離、數據包丟包率進行測試，得到一個合適的發射功率。

　　測試條件：硬件方面采用CC2530 協調器模塊和CC2530 終端節點模塊分別通過RS 232 協議與兩臺筆記本電腦進行串行通信；并使用到兩條USB轉串口數據線、電源、CC2530 仿真下載器。軟件方面采用設計的CC2530串口透傳程序能夠進行數據透明、點對點數據傳輸，筆記本電腦端采用Visual Basic編程語言設計的數據包丟包率測試軟件。

　　測試步驟：在搭建好硬件測試環境后，使用CC2530程序下載仿真器將在IAR Embedded Workbench集成開發環境下開發的CC2530 串行通信程序，分別下載到CC2530 協調器與CC2530 終端節點中。在筆記本電腦中分別安裝VB數據包丟包率測試軟件，通過對發送數據（十六進制），發送數據的速度以及通過對NV非易失性存儲器的讀/寫操作對CC2530 芯片的發射功率進行設置，收發1 000個數據包，對CC2530通信模塊在不同的發射功率下的通信距離、丟包率等性能進行測試。

　　測試結果：在空曠場合采用默認功率輸出時，通信距離為120 m左右時丟包率基本為0.0%,說明節點無線可靠通信距離可達120 m。

　　（2）在實驗田中進行通信測試

　　測試地點：現場實驗田；測試內容、測試條件、測試步驟：同（1）；測試結果：采用默認功率輸出時，節點無線通信有效傳輸距離可達80 m.

　　4.2 項目實驗驗證測試條件：將網關上ZigBee天線安置在室外空曠無遮掩處，使得能夠接收到較強的信號。選取面積約為20 m×50 m的共12行的農作物田作為實驗田，由于農作物的根系一般深度為10~20 cm,因此將土壤溫濕度傳感器探頭埋入地下10 cm處，其中2行作為一組，每組選取兩個距離較遠的測試點，取兩個測試點的平均值來代表這一行范圍作物的環境狀況。當采集到的濕度值低于30%時，電磁閥打開，水源通過電磁閥、壓力傳感器、流量傳感器流入滴灌支管進行灌溉，滴灌進行中當土壤濕度值高于50%時，電磁閥關閉停止滴灌。

　　測試結果：在土壤濕度值低于作物要求下限（如30%）時系統能及時滴灌，當濕度達到作物要求上限（如50%）時系統能過做到適時停止滴灌，電磁閥開啟成功率為96%.

　　5 結論

　　本文提出的一種無線節水滴灌自動控制系統的設計方案，方案中的STM32田間控制器能夠實時監測作物土壤濕度和環境溫度，將傳感器信號通過無線發送到控制中心，控制中心能夠準確實時地了解到當前系統中各個節點的工作狀態，并及時啟動自動滴灌，非常有利于農作物的生產。一旦出現通信中斷、水壓異常等，能夠及時地反映到控制中心，通過語音報警等方式立即通知相關人員進行維修，提高了整個系統的可靠性。另外系統采用ZigBee技術，網絡結構簡單，田間布設靈活，提高了自動灌溉的實用性及對水的使用效率，減小了勞動量、導線和管路敷設費用，且無需人為操作，能夠長期穩定地工作，方便大面積安裝、維護和系統回收，為我國的精準農業工程提供了強有力的工具。