基于物联网的园林智能灌溉系统（二）_武汉庭院景观设计，花园养护，绿化养护

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基于物联网的园林智能灌溉系统（二）

2020-08-07 521次浏览

一、系统软硬件设计
（一）软件设计
园林智能灌溉系统APP控制终端的主要功能如下：
（1）用户登录、注册功能；
（2）设备管理功能：包括添加智能设备、设备网络连接以及发现新的设备；
（3）信息展示功能：包括土壤温湿度、空气成分浓度等数据；
（4）智能设备控制功能；
（5）其他功能：包括消息中心、设置、常见问题反馈。
系统APP的功能结构如图所示。

系统APP的功能结构主要分为前端与后台两部分。前端部分向用户展示信息，且用户可以通过前端部分实现对智能设备的控制。前端功能有用户登录、注册、添加智能设备、设备连网等功能。在用户对设备的类型尚未得知的情况下，可以通过搜索设备功能来添加设备。数据展示功能将环境检测与信息采集装置端采集的数据和信息在APP前端页面进行展示。设置功能，用户可以修改相关用户信息。
后台部分对前端功能进行管理以及与数据库、服务器进行交互。后台部分有用户管理、设备信息管理、信息展示数据管理和设备控制管理等功能。用户在前端界面操作，后台会管理相关的参数、指令。后台将这部分数据封装打包然后上传到服务器，在服务器解析并相应的计算后，将处理结果反馈到系统APP上。带有指令的处理信息会传送到物联网云平台，云平台传送到智能灌溉设备，对园林进行自动灌溉。
可以根据园林不同作物实际水分需求、不同需水特性，确定最优化的灌溉措施和灌溉量，结合APP控制终端，手动定时、定量、阈值输入控制和参考土壤温湿度传感器的自动算法控制，集成喷淋、滴灌等装置，制定针对不同类型作物的灌溉规程，最大限度提高园林水资源的利用率。

（二）硬件设计
本系统采用的是ZigBee网络通信模块。在ZigBee网络中包含终端设备、路由器和协调器三种逻辑设备类型。协调器是启动ZigBee网络的一种设备，协调节点选择一个信道和网络标识，然后启动网络，其能够被随意地进行协助网络，构建应用级绑定；路由器的主要功能是允许将其它的设备添加进网络、多跳路由，帮助终端设备实施通信；终端设备通常处于正常工作或睡眠模式，因而它能够作为一个为电池供电的节点。
无线传感器节点里，通常内嵌了MCU、传感器、无线通信模块、传感器控制电路、天线和电源装置等，以Ad-hoc通信技术，能和周围传感器节点一同传输数据至汇聚节点。无线传感器网络，是由协调器及传感器终端构成的，利用协调器节点，上传至远程主机。构成该无线传感器网络的硬件主要是传感器节点及协调器节点。
（1）协调器节点硬件设计
无线传感器网络中，构成协调器节点的是：CC2430无线模块，ARM9核心板，JTAG，时钟源，电源模块，串口模块和GPRS模块等。ARM核心板是系统的核心，负责系统运行，同时在CC2430处将接收的数据实施处理，再转发到GPRS模块；CC2430无线模块是该无线传感器网络的协调器节点，起着协调器节点的角色，负责建立ZigBee网络、管理节点等任务，并把接收的数据采用串口方式，传输给ARM9处理器；GPRS模块的主要功能是把收到的数据传输给远程终端。在设计协调器节点中，ARM9处理器使用的是三星公司的S3C2440芯片，存储器采用K9F1208 64M的NandFLASH和HY57V561620 64M的SDRAM；CC2430无线模块使用的是TI公司的CC2430低功耗无线处理器芯片，而GPRS模块则使用的是Q24PIusGPRs模块。其中，CC2430是实现嵌人式ZigBee应用的片上系统，它使用的是增强型803l控制器，该芯片集成了2.4GHz的高性能直接序列扩频(DSSS)射频收发器。CC2430无线系列通讯芯片具有功耗低、成本低等优点。协调器节点硬件系统结构如图所示。

协调器节点会使用1.25V及3.3V的DC稳压电源。其中，存储器使用的是3.3V电源，S3C2440内核使用的是1.25V电源。利用DC—DC线性电源变换器，把输入的5V电压转换成3.3V输出，然后再利用线性电源变换器把3.3V电源降到1.25V。
时钟是系统所有指令执行的基础，晶振提供的时钟频率越高，CPU的运行速度相应的会越快。正常情况下，CPU是在12MHz的晶振频率下工作；睡眠模式时，CPU在32.768kHz频率下工作。
（2）传感器节点硬件设计
在无线传感器网络的底板模块中，包括CC2430无线芯片、串口通信模块及电源模块3个部分。CC2430无线芯片的MCU的主要作用是负责传感器节点的分配内存、操作、采集信号转换和处理、数据存储等，CC2430的无线射频收发器则进行和其它传感器节点的无线通讯，收发采集数据和交换控制消息；串口通信模块的作用是对监控测试全部传感器节点采集的数据；监测区域内的数据和信息转换则是由传感器模块采集实现的。温湿度传感器模块和光照度传感器采用的是SHTll和PGM5506传感器。其硬件设计框图如图5所示。
温湿度传感器SHTl1使用2条串行线与处理器实施数据的通讯，数据线SCK负责SHTll和处理器的通讯同步；DATA三态门则进行读取数据。为防止信号之间的冲突，将微处理器驱动DATA置于低电乎状态。采用一个外部上拉电阻，把信号提拉到高电平状态。
PGM5506光强度传感器本质上，是一个光敏电阻，它会伴随外部环境光量的变化而使电阻值发生改变，VCCl输入电压受到光敏电阻变化的影响，改变其输出电压值。输出电压值LIGHT_OUT测定中，能够依据电压量的变化而感知光量。

二、系统物联网云平台搭建
选用华为云构建物联网云平台，整体流程如图所示。

三、结语
本文对结合物联网技术的园林智能灌溉系统进行了探讨，研发出可行、高效的应用于园林的智能灌溉系统，可以实时掌握园林作物的水需求和生长状况等信息，与传统的自动灌溉装置相比，本方案最大的优势在于通过移动端进行控制，从而真正的做到了智能模式。用户通过APP控制终端即可实现精准灌溉。将在更大程度上提高资源的利用率，为用户节省劳动力，并给用户带来更大的经济效益。

关键词：基于,物,联网,的,园林,智能,灌溉,系统,二,一,

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