基于MAX485远距离控制的智能灌溉系统

王正一，孟令坤， 赵子寅，王艳萍，李凌霄

北华航天工业学院，河北廊坊， 065000

摘要：本产品所研究的基于MAX485远距离控制的智能灌溉系统是由服务器、STM32控制系统和灌溉装置组成，利用传感器采集风力风速以及土壤温湿度信息，由采集参数的STM32进行采集处理，主控STM32对继电器进行控制。同时通过开发一款手机APP来获取服务器上的信息和控制服务器，用户可以在手机端实时了解土壤的温湿度等环境情况，且APP界面直观美观，所见即所得，具有良好的用户体验效果，通过移动终端，可以实时监测植被状态：电磁阀的开闭，土壤湿度，空气湿度，温度。

关键词：智能灌溉；MAX485；STM32单片机；手机APP

1.引言

中国是个缺水大国，水资源分布不均衡，而中国传统农业生产效率低下，目前中国农业仍是传统小规模农业，目前仍有极大部分农田浇水使用大水漫灌的方式，在农业现代化和国家高度重视三农问题注重精准扶贫的社会大潮下，充分发挥农业生产力，促进农业高效化精细化成为目前我国农业亟需解决的问题。

随着科技的发展 ，新型灌溉系统由计算机控制和节水灌溉相结合的技术越来越成熟。人们也越来也重视该灌溉技术的发展，它不仅能够减少灌溉用水量，提高管理水平，显著提高效益，还能有效提高灌溉管理水平，改变人为操作的随意性。

2.系统介绍

2.1.总体方案设计

本基于MAX485远距离控制的智能灌溉系统主要包括手机APP控制模块、主控模块、智能设备模块、无线通信GPRS/Wifi模块，且该系统还具备控制功能，可以控制多种功能。其中主控模块使用STM32芯片作为控制模块，用c语言进行编程来完成控制工作；无线通信模块采用wifi模块作为无线通信模块，使用相关通信协议的通信过程来实现控制命令的传输；智能设备模块作为智能灌溉系统的被控部分，本部分主要包括四个子模块，包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、上位机界面。温度和光照传感器获得天气信息，土壤湿度传感器采集土壤里的干湿度信号，检测到的天气信号通过A/D模块转换，将数字信号输入到可编程控制器。土壤温湿度的获取采用主机发送与从机接收的方式，stm32向传感器发送数据请求，传感器收到命令后，返回土壤湿度与温度数据，并对从机接收传感器返回的485的温湿度数据进行解析。总体功能模块如图1所示：

图1总体模块功能图

2.2.系统的功能

智能灌溉系统功能：

（1）STM32单片机：使用STM32核心控制单元，实现对智能灌溉系统的控制。

（2）可编程控制器：该系统的运动指令由该控制器发送和接收，是整个控制系统的重要部分。

（3）A/D模块：传感器的模拟信号转换位数字信号，将其传递给可编程控制器。

（4）GSM通信模块：由于需要与手机APP配合实现远程控制，因此选择GSM模块作为无线收发模块。

（5）485模块：用于接收土壤温度湿度传感器发送的数据。

7. 传感器：通过多种传感器相结合采集其温度湿度等数据，判断是否需要灌溉

3.系统的硬件设计

3.1.GSM模式下系统模块及构成

本系统在无网情况下用户可采用发送短信的方式进行远程控制智能灌溉系统，本模式主要是通过SIM900A来实现相应功能，SIM900A在控制智能灌溉设备中，首先和单片机进行串口通信，本系统选用STM32F103ZET6芯片作为控制模块，通过STM32串口向SIM900A发送AT指令，使SIM900A进行不同的动作。

2.2.智能设备模块下系统模块及构成

2.2.1.温度传感器、光照传感器、湿度传感器

温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器；光照传感器用于检测光照强度，工作原理是将光照强度值转为电压值，主要用于农业林业温室大棚培育等。此外风速风向传感器获得风力风速信息，检测到的风力风速信号通过A/D模块转换，将标准的电流模拟信号转换为数字信号，输入到可编程控制器。

5. 系统软件设计

4.1GSM通信模块的软件设计

SIM900A支持拨号模式，短信模式，GPRS 模式三种。智能灌溉系统所获取到的数据都可以通过GSM模块发送给手机端APP，用户可以在手机端实时了解土壤的温湿度等环境情况，这样便构成了基于GSM模块的智能灌溉系统通信结构。

同时SIM900A也可以作为GSM系统下位机的接收端，可以将由上位机手机短信接收到的数据通过串口发送给单片机STM32，再由STM32进行处理，从而控制不同的智能硬件设备。

4.2传感器的接收与发送

主机发送命令给传感器，传感器收到命令后，返回土壤湿度与温度数据。

从机接收传感器返回的485数据，进行解析，如果高于解析值高于设定值，则说明土壤湿度足够，不需要浇水，若低于设定值，则说明土壤干燥，需要浇水，此为自动模式。

该过程将传感器返回的数据接收后解析，解析完毕后将数据传送至服务器，通过手机APP进行数据的监测，同时也可通过手机APP进行手动控制。

4.3.上位机界面

通过手机用户APP可以实时看到灌溉系统的状态：电磁阀的开闭，土壤湿度，空气湿度，温度。从机对传感器返回的数据接收并解析，解析完毕后将数据传送至服务器，通过手机APP进行数据的监测，同时也可通过手机APP进行手动控制，比如，用户可以通过手机客户端APP对灌溉设备进行手动控制灌溉电磁阀门开关、阈值以及灌溉流量大小。同时为有效节约我国水资源，该手机用户APP内设有天气预报数据，当天气预报显示两天内有雨，而系统检测值小于设定值，即植被需要灌溉的时，但电磁阀将会处于关闭状态，不进行灌溉，实现智能化。如图2所示用户界面

图2 用户界面

4.结论

基于无线传感器网络的智能灌溉系统是通过MAC协议，针对农业灌溉问题，结合硬件设备和无线传感器网络技术，完成对灌溉系统的智能化设计，全面提高了灌溉的能力和效率，通过无线传感网络技术对灌溉系统进行远程控制以及监控，保证系统的安全、稳定和高效的运行。促进农业灌溉能力向智能化和现代化方向发展。

5.参考文献

[1] 郭锋. 基于单片机的大规模农业智能灌溉系统设计与实现[J]. 电子设计工程,2021,29(9):35-40,45.

[2] 桑瑜. 农业节水灌溉的智能化发展[J]. 农经,2021(1):51-55.

[3] 牛冠铮. 基于单片机控制的农业智能灌溉系统中传感器应用研究[J]. 现代化农业,2021(4):71-72.

[4] 胡钢,徐绪堪,任萍. 节水灌溉智能远程监控系统设计与实现[J]. 排灌机械,2004,22(6):34-36,40. [5] 陈明霞,张寒,李顺艳,等. 基于智能灌溉系统WSN节点自供电系统设计[J]. 中国农机化学报,2019,40(10):182-187.

[6] 张伟,宋梓源,王明茜. 基于STM32智能灌溉系统的设计与实现[J]. 计算机技术与发展,2020,30(9):205-209.