基于单片机的智能滴灌系统外文翻译资料

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基于单片机的智能滴灌系统

摘要:在过去的几十年里，农业领域的技术发展迅速。安装不同的监控系统可以提高土地的成品率。诸多因素都可能导致收益率的下降。病害是导致产量下降的关键因素之一。因此，开发的监测系统主要用于预测病害的萌发开始时间。传感器模块用于检测整个农场的不同环境条件，传感器数据通过单片机显示在液晶显示屏上。微控制器通过无线方式将农场的不同环境条件传输到数据存储和分析的中央单元。中央单元检查当前的数据与疾病情况，如果匹配，则命令单片机操作继电器。对传感器模块进行了不同温度范围的测试，发现记录值变化不大。通过墙体、金属体、磁体等各种障碍物对无线数据传输进行测试，发现相同的数据被传输到中心单元，但传输过程中存在一定的延迟。本文所开发的系统几乎可以预测到疾病的萌发。

关键字——农业;疾病;微控制器;监控系统;无线;

一、总体介绍

农业为大多数国家的经济基础，是人民生活的主要来源之一。它不仅提供食物，而且提供一些重要的原材料。农业提供的另一个优势是大规模就业。但在过去的几十年里，人们注意到，收益率没有提高，在一些地区甚至出现了下降。造成低产量的因素有很多。这可能是由于化肥滥用、耕地减少、农地破碎化、农业负债、水资源浪费、土壤肥力低下、气候变化或疾病等原因[1]。其中，病害是影响产量的主要因素之一。为了分析病害的影响，以马哈拉施特拉邦(印度)为研究样本，其大量种植柑橘类植物(橙子)，是柑橘品种培育的领先州之一。但由于真菌和病毒引起的疾病在柑橘上也有大量的发现。疫霉菌引起的根腐病、穗腐病、果实(褐腐病)和秋霉病最为严重。在季风季节，该病的发芽率相当高。不同的环境条件，负责的牙龈病的增长如下所示：

• 温度—28到32摄氏度
• 土壤湿度—15天内大约维持在65%
• 相对湿度—80%

对牙龈病的研究表明，当一个特定的环境出现在田间时，牙龈病就会生长。这种环境取决于特定的温度、土壤湿度和相对湿度。因此，该系统采用了温度、土壤湿度、相对湿度三个传感器。这些传感器的实时值被给出给微控制器。现在这些值显示在液晶显示器(LCD)上，也可以无线传输。微控制器通过对牙龈病条件的参考集对实时值进行验证。如果它检测到病菌萌发的开始，它就会启动蜂鸣器。

论文分为五个部分。第一部分介绍了该系统的需求、基本主题等。第二部分是开发的系统的组成。第三部分讨论了系统的开发流程，描述了所有组件及其需求。第四部分是系统数学模型与实验模型的比较。最后一节给出了系统的结论。

二、不同的农业监测系统

在过去的几十年里，农业领域在技术方面得到了迅速的发展。农民开始利用各种监测和控制系统来提高产量。对温度、相对湿度、土壤湿度、二氧化碳、光照检测、土壤pH值等不同农业参数进行监测和控制。本文综述了几种可以帮助农民提高产量的监测系统。采用分层无线传感器网络对不同的土壤参数进行测量。地下放置的传感器通过各个中继节点将数据发送到基地节点。基节点由8051单片机[3]组成。利用同一单片机，开发了一种双音多频带密码保护的水流控制系统(DTMF)技术。DTMF音调用于农民和监测站[4]之间的通信。

在其中一个系统中，Wi-Fi模块用于无线通信。该系统采用Atmega控制器。它主要是将不同的环境条件通过网络传输到选定的服务器上。路由器[5]。另一个系统采用相同的控制器，监控温度和用水量。实时值通过ZigBee无线传输到变电站。变电站根据农户设定的水分预设值[6]对电机和灌溉阀进行控制。

采用可编程接口控制器(PIC)控制室内环境。系统设置了T min、T max、Rh min等参数。一旦这些参考被违反，控制器将命令继电器的操作电路，为正确的控制行动[7]。提出了一种作物高产灌溉管理模型。该模型基于土壤水张力(SWT)的估计。PIC将根据这个SWT值修改灌溉调度。提出了一种基于PIC的蓝牙和GSM的远程监控系统。整个农田的异常情况会通过网络通知农民。然后农民可以采取适当的控制措施[8]。

三、系统升级

利用已开发的系统(未实施)预测了禾本科禾本科植物的发芽开始时间。系统由传感单元、LCD、蜂鸣器、无线模块和单片机组成。传感单元读取不同的大气条件。它由温度传感器、相对湿度传感器和土壤湿度传感器组成。读数给单片机(PIC 16F877A)。单片机将这些读数显示在LCD上，并通过无线模块(CC2500模块)进行传输。发射机框图如图1所示。在这里，在图中，所有的传感器都连接到微控制器。微控制器将驱动蜂鸣器，如果需要，不同的数值将显示在LCD上。

无线模块

蜂鸣器

显示器

微处理器

空气湿度传感器

土壤湿度传感器

温度传感器

图1 系统框图

接收机由无线模块、串行通信设备(rs232)和个人计算机组成。无线模块将接收这些不同的传感器读数，并通过rs232传输给计算机。接收机如图2所示。无线模块使用标准通信协议rs232与中央单元(笔记本电脑)接口。

无线模块

图2 接收器框图

数据库是在asp.net的帮助下创建的，它将存储不同的读数。同时，它还将检查引用条件，当它检测到条件时，它将增加计数器。当完全检测到牙龈病的参考状态时，通过无线模块对单片机进行控制。单片机将控制蜂鸣器。

1. 湿度传感器

相对湿度是在一定温度下，相对于空气中所能容纳的水蒸气总量而言，空气中水蒸气的百分比。SY-HS-220是用来测量湿度的。如图3所示。

图3 空气湿度传感器 SY-HS-220[9]

它工作在直流5v的电源，可以很容易地安排为PIC单片机也将需要相同的电压。其工作温度范围为0 - 60℃，适用于野外作业。它能准确地将湿度范围从30 - 90%范围内提取出来，而这一范围更经常在种植区内被发现。

1. 温度传感器

美国国家半导体公司(National Semiconductor)的LM35集成电路已被用于检测温度。如图4所示。LM35系列是精密集成电路温度传感器，其输出电压与摄氏温度成线性正比。因此，LM35比线性温度传感器校准开氏度的优势，因为用户不需要从其输出减去一个大的恒定电压，以获得方便的摄氏标度。LM35的额定工作温度范围在-55°到 150°C。这使它适合野外作业。

图4 LM35 温度传感器[10]

1. 湿敏元件

它被用来测量土壤目前的水分水平。湿度传感器是由电阻和电容自组装而成。如图5所示。在这里，两个铝箔作为电容板和土壤作为介质。当水位或湿度增加时，它会增加介质的导电性，从而降低板上的电压。对于1%的水分变化，电容值有2.90 pF的变化。

图5 土壤湿度传感器

1. PIC 16F877

本课题所采用的单片机为来自单片机家族的PIC 16F877。选择这个微控制器有很多原因。它有14位核心，40引脚倾角，工作高达20兆赫，它也有闪存重写的目的。这个微控制器很容易组装，编程也很便宜。擦除时间几乎是不明显的，因为一旦新程序加载到PIC，旧程序将立即自动擦除。PIC16F877A已经包含了368字节的随机存取内存(RAM)。程序中使用的任何临时变量都存储在RAM中，从而消除了对外部内存的需求。PIC16F877A ROM中可存储的程序代码大小约为8k个单词，1个单词大小为14位，对于系统来说已经足够了。晶振速度可以连接到PIC单片机范围从直流到20Mhz[11]。

现在，三个传感器将读取整个农场的环境状况，并通过网络发送出去。无线单元。接收机与发射机具有相同的无线单元。然后将接收到的信号发送给中央单元(笔记本电脑)。它将实时显示环境条件值，并对数据进行分析、存储，如果当前数据与牙龈病萌发的参考条件相匹配，则命令单片机对蜂鸣器进行操作。

1. 图形用户界面(GUI)

它的开发是为了方便农民。在GUI中注册之后，农民可以访问系统。农民登录系统后，将被引导到最小输出窗口，如图6所示。它显示了目前的时钟时间和所有三个传感器的实时读数。选项提供切换以查看记录的数据。

图6 数据输出主界面

系统还提供了数据记录功能。数据库是用来存储大量数据的。其中一个数据库窗口如图7所示。它包括三个传感器的所有读数与读数的准确时间。

图7 数据界面

四、性能分析

1. 土壤湿度传感器

在单臂前，即自造桥的两个铝板放置在距地表15厘米的距离处。两个盘子之间的距离是3厘米。然后慢慢地，土壤的含水量从干燥增加到饱和。在T = 32°C、37°C、44°C三种不同温度下进行相同的程序，得到的结果如图8所示。湿度传感器在三种不同温度下的电压范围基本相同。说明了自制水分传感器的稳定性。当湿度变化10%时，电压变化0.5 mV。

图8 不同温度下的土壤湿度值

表1 传输器和接收器的关系

1. CC2500

它是一个无线模块，用于将温度、相对湿度和土壤湿度的实时值传输到中央单元，即笔记本电脑。发射段和接收段采用相同的模块。然后对该模块进行不同条件的测试，如改变发射机和接收机之间的距离，引入不同的障碍物，如墙、金属体、磁铁等。实验结果如表1所示。这里只传输水分传感器读数。通过对接收端接收值的观察，发现接收端接收到的值除了接收数据的延迟量外，没有任何差异。随着发射机和接收机之间距离的增加，以及不同障碍物的引入，发现随着发射时延的增加，接收到的发射值也不同。

五、结论

与目前市场上的大多数系统相比，所开发的系统简单且成本有效。它测量不同的环境条件。它包括测量大气温度、相对湿度和土壤温度等。系统采用无线模块进行数据传输，通讯目的。因此，它既可以在野外使用，也可以在温室内使用，无线模块的范围高达25米，有/没有不同的障碍物，如树木、长椅、墙壁、橱柜、磁铁等。随着无线模块的使用，系统变得灵活、健壮等。传感器可以放置在现场的任何地方，如果需要重新定位，那么很容易做到。并对系统进行了不同温度下的测试，结果表明，所有传感器的输出误差都最小。通过滴灌，水被直接提供给作物的根部。从而减少水资源的浪费，优化水资源，获得更好的作物产量。这个系统对农民是有利的，因为它不仅节约水，而且帮助农民对抗疾病。因此，它将增加作物的产量。

参考文献

[1] A. Masood, N. Ellahi, amp; Z. Batool, “Causes of low agricultural output and impact on socio-economic status of farmers: a case study of rural potohar, Pakistan,” International Journal of Basic and Applied Science,pp. 343-351, 2012.

[2] G.P. Jagtap, M.C. Dhavale, U. Dey, “Symptomatology, survey and surveillance of citrus gummosis disease caused by Phytophthora spp.,” Scientific Journal of Agricultural, pp. 14-20, 2012.

[3] Q. Wang, A. Terzis, A. Szalay, “A novel soil measuring wireless sensor network,” IEEE, pp. 412-415, 2010.

[4] V. Dubey, N. Dubey, S. Chouhan, “Wireless sensor network based remote irrigation control system and automation using DTMF code,International Conference on Communication Systems and NetworkTechnologies, pp. 34-37, 2011.

[5] G. Mendez, M. Yunus, “A Wi-Fi based smart wireless sensor network for an agricultural environment,” International Conference on Sensing Technology, pp. 405-410, 2011.

[6] Neelam R. Prakash, Dilip Kumar, Tejender Sheoran, “Microcontroller based closed loop automatic irrigation system,” International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering, pp. 4-6, 2012.

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