基于WIFI的可视化自动节水浇灌控制系统设计

基于WIFI的可视化自动节水浇灌控制系统设计
郭紫照;罗泰;夏玉;黄开星;邓鹏
【摘要】自动灌溉节水技术的高低关系到现代农业发展的快慢,本文设计了一种基于WIFI的智能节水浇灌控制器系统,可以对土壤的湿度进行检测分析和处理,从而实现智能浇灌.该系统的创新点在于系统体积小,灵活性强,易于操作,抗干扰性强,性价比高,具有较好的推广价值.
【期刊名称】《电子测试》
【年(卷),期】2019(000)001
【总页数】2页(P41-42)
【关键词】WIFI;自动节水浇灌;智慧农业;单片机
【作者】郭紫照;罗泰;夏玉;黄开星;邓鹏
【作者单位】荆楚理工学院电子信息工程学院,湖北荆门,448000;荆楚理工学院电子信息工程学院,湖北荆门,448000;荆楚理工学院电子信息工程学院,湖北荆
门,448000;荆楚理工学院电子信息工程学院,湖北荆门,448000;荆楚理工学院电子信息工程学院,湖北荆门,448000
【正文语种】中文
0 引言
新型农业信息化为现代农业提供了技术支撑，对于水资源紧缺的中国来说，发展智能化节水灌溉系统十分重要的现实意义，远程可视化操作系统可以促进智能灌溉的
有效管理和用户新体验。

众所周知，物联网技术的应用之一就是智慧农业，将物联网中的传感器技术运用到智能节水灌溉中，通过检测土壤湿度，依照特定算法，做出响应，通过发送控制命令给电磁控制器，实现智能灌溉的操作。

本系统设计并完成了基于WIFI的可视化自动灌溉系统，该系统以智能灌溉技术为最终目的，实现了基于WIFI的可视化自动灌溉系统。

文章首先介绍了系统总体方案设计，画了系统原理图，设计了系统硬件电路（单片机最小系统设计； WIFI电路设计；土壤湿度检测电路设计；电磁阀驱动电路设计）。

本系统还具有远程控制和可视化的功能，可实现智能灌溉，有一定的市场前景[1]。

1 系统总体方案设计
本WIFI可视化智能浇灌的系统可以实时的监控土壤湿度，并通过WIFI传到手机上，即便是家中没有人，也可对植物进行浇灌，在浇水的时候，系统可根据植株所需水分的不同，对植株进行浇水控制。

系统以STM32F401RE为控制核心，运用
土壤湿度传感器进行土壤湿度数据的收集，然后通过控制按钮调整上下限，单片机控制水泵浇水，同时蜂鸣器发出通知，当土壤湿度达到上限时，系统关闭，停止浇水，从而达到浇水的目的，本系统还可以通过WIFI连接手机实时看到监察区域的湿度和植株生长状况，从而远程监管。

系统原理框图如图1所示。

图1 系统原理框图
2 系统硬件电路设计
2.1 单片机最小系统设计
本设计中单片机最小系统的控制芯片采用STM32F401RE。

STM32F401RE单片
机内部含有振荡器的时钟电路，最小系统包括震荡电路和复位电路。

在单片机复位端RST口上，当单片机上有电流流过的时候，时钟电路就开始运行，但当运行过
程中有大于2个周期的高电平存在并通过RST端口时，单片机就会进行复位操作。

还有一种情况单片机是会进行复位操作的，那就是在定时器计数益处时。

当系统单
片机进入死循环或运行出错时，可通过复位使其重新运行，方便对系统更好的控制。

2.2 WIFI 电路设计
WIFI模块采用ESP8266芯片，该芯片集成度高，使用方便，且性价比高，外围电路简单[2][3]。

本模块调试采用 USB 转串口模块，波特率采用9600bit/s，以引脚作为依据链接配合下面的扩展工作。

ESP8266工作电压很低，只需要3.3V~5V就可以正常运行，可以直接用LiPo电池供电，功耗低，很符合现在环保的理念。

WIFI智能节点可以接入Internet网，节点可以扩充，不会破坏现有装修，智能手机可以进行局域网控制和远程控制。

WIFI模块电路图如图2所示。

图2 WIFI模块电路图
2.3 土壤湿度检测电路设计
本设计中湿度的采集可以用DHT11湿度传感器来采集，在系统调试时把湿度传感器看作一个可调的变阻器，在其采集到湿度时，电阻阻值发生变化，检测到湿度最小时电阻阻值为10KΩ，当湿度太大超过可测湿度时阻值为0.1Ω。

电阻变化量是
根据湿度传感器采集的湿度的大小来决定的[4]。

随着电阻值的变化，电路的输出
电压也跟着变化，可调节电阻值得到想要的电压，满足电路的需求。

2.4 电磁阀驱动器电路设计
电磁阀可以按时呈现打开或半打开的状态来控制，本次研究使用的是一个简单的驱动常闭电磁阀全打开的驱动电路。

其中三极管的导通是由光电耦合器的作用来实现的，进而控制电磁阀的开关。

当电磁阀打开时，相对应的LED灯也会打开，可以
指示电磁阀的工作状态[5]。

电路的导通和截止选用的是大功率管TIP122来控制的，而且这里必须用大功率管来控制，因为电磁阀导通时电流比较大。

3 系统软件设计
本系统系统软件设计主要包括：土壤湿度检测程序设计、显示程序设计、报警程序设计等。

STM32F401RE单片机系统初始化后，设置湿度的上下限值，单片机接
收采集器采集的湿度值，进行数据处理，判断是否超过报警值，若超过报警值，马上发出报警信号，同时手机APP显示报警信息，同时开启水泵，湿度值达到标准后自动关闭水泵。

当湿度值超过设定的湿度上下限时，蜂鸣器就会发出声音警示，同时用户手机APP也能及时收到相应的报警信息，确保及时处理。

系统软件流程图如图3所示。

4 系统测试
在进行系统测试的时候，将土壤湿度阀值调到57%RH的湿度环境。

在测试的过程中，将系统放在不同的地方进行了测试，测出该地方的湿度，采用湿度测试仪进行测量，确保测试的精度，土壤湿度检测的结果与电磁阀控制效果如表1所示。

图3 系统软件流程图
表1 土壤湿度检测的结果与电磁阀控制结果序号湿度（RH）电磁阀开关情况1 26% 启动2 35% 启动3 45% 启动4 50% 启动5 58% 停止6 65% 停止
5 结语
本设计通过简单的操作，实时显示传感器的测量值和各控件的运行状态，通过人机结合，为作物生长创造理想条件。

利用WIFI将浇灌情况通过摄像头随时随地传送到手机，使人们对灌溉情况了如指掌，实现手动控制和手控制相结合的控制方法，使浇灌更方便。

利用湿度传感器，最大限度的利用水资源，节约用水，增加农作物的产量，降低农产品的成本。

本可视化自动节水浇灌控制系统可以为我们的生活带来方便，在外地时我们再也不用担心家里的植物会因为我们的疏忽而枯萎，在我们空闲的时间我们可以随时随地的看见植物的生长情况。

参考文献
【相关文献】
[1]李兴华,宋鹏宇,王想实,周薇.基于物联网技术的远程智能灌溉系统的设计与实现[J].电脑知识与技术,2016(08).
[2]徐亮,陆锦军,焦振宇.一种AGV调度用组合式无线通信模块的设计[J].电子器件,2018(02).
[3]向启源,邓鹏.基于WIFI的智能温湿度检测系统设计[J].信息通信,2018(03).
[4]孙红艳,张鹏.浴室湿度控制系统的研究[J].微型机与应用,2012,(22).
[5]杨建军.醇/油双燃料在内燃机上应用的标定研究[D].天津大学,2009.。