基于MSP430的节水灌溉自动控制系统设计
基于MSP430和模糊PID油田注水流量控制系统
不及其他工艺工程 ， 注水方法 和装备相 对落 后 ， 近年来 ， 随着我
国各 主 力 油 田 已 相 继 进 入 高 或 特 高 含 水 期 ， 油 速 度 变 缓 、 采 含 水 上 升 加 快 、 量 逐 步 下 降 、 本 上 升 的 矛 盾 已无 法 回 避 ， 过 产 成 通
１ 脚的 Ｔ ＿ ２ １ ＿ ２０封装 中 ， 由分 立元件 构成 的桥式驱 动 电路 相 与 比，ＭＤ ８０ Ｌ １２ ０构成的驱动 电路结构简化 ， 内设 过热报警输 出和
自动关 断保 护 电 路 ， 能 更 加 可 靠 。 Ｌ 性 ＭＤＩ２ ０可 采 用 ２种 不 ８０
用检测 仪器 、电机 控制 、家 庭 自动化 等 领域得 到 了广 泛 的应
集 电路 、Ｃ Ｌ Ｄ显 示 电 路 、 盘 电 路 等 。 键
２ １ 以单 片 机 为 核 心 的 控 制 系统 ．
接触的材料 为高合金钢 ， 耐磨耐腐蚀 ， 积相 对较小 ， 体 测量精度
能达 到 １ 左 右 。 ％ ２ ５ 电 机 控 制 ． 驱 动 电路 为 用 于 电机 驱 动 的功 率 集 成 芯 片 Ｌ １２ ０ 它 ＭＤ ８ ０ 。
系 统 由微 功 耗 单 片 机 系 统 、 门控 制 、 源 管 理 模 块 、 Ｃ 阀 电 ＬＤ
显示 、 Ｐ Ｓ 块 等 部 分 组 成 。 系 统 图 的 硬 件 原 理 框 图 如 图 １ ＧＲ 模
所示。
工作 原 理 ： 统 以 ＭＳ ４ ０ １９为 核 心 ， 统 大 部 分 时 问 都 系 Ｐ ３Ｆ４ 系 处 于 低 功 耗 模 式 Ｌ Ｍ０ 当定 时 中 断 到 来 时 ， 醒 Ｃ Ｕ进 入 工 作 Ｐ ， 唤 Ｐ 周期 开 始 新 一 轮 采 集 压 力 、 量 信 号 ， 流 当完 成 采 集 信 号 的 转 换
基于MSP430的智能灌溉系统设计
农 机 化 研 究
第 ７期
基 于 ＭＳ ３ 的 智 能 灌 溉 系 统 设 计 Ｐ４ ０
刘 善 梅 ，彭 辉
４０ ７ ） ３ ０ ０
（ 中农 业 大学 理 学 院 ，武 汉 华 摘
要 ： 针 对 传 统 灌 溉 系统 效 率 差 以及 现 有 智 能 灌 溉 系 统 设 计 复 杂 、 靠 性 差 等 问题 ， 出 了一 种 智 能 灌 溉 系 可 提
０ 引 言
传 统 的人 工灌 溉 方 式 既 浪 费 人 力 和水 资 源 ， 不 又
能和 结 构 自上 而 下 分 为 ３层 ： 中央 监 控 管 理 层 、 间 中 控制层 、 号转换 与执 行层。其 中， 信 中央 监 控 管 理 层 由Ｐ Ｃ机 、 印 机 等 组 成 ， 于 完 成 数 据 处 理 、 表 打 打 用 报 印 、 障报警 、 据查 询 、 中 间 控 制层 发送 控 制 指令 故 数 向 等 功 能 ； 间控 制层 主要 由一 个 到 多个 微 控 制 器 芯 片 中 ＭＳ４ ０ １７组 成 ， 成 与 中 央监 控 层 以及 与 信 号 转 Ｐ３Ｆ４ 完 换 与 执 行 层 的通 信 ； 号 转 换 与 执 行 层 主 要 由传 感 信
２ 系统硬 件设计
２ １ 系统 硬件 总体 设计 ． 本 系统 的硬 件 设 计 的 重 点 在 于 中 间控 制 层 和 信 号转 换 与执 行 层 电 路 的设 计 。 在 硬 件 电 路 设 计 过 程
作者简介 ：刘善梅 （ ９ ９一） 女 ， １７ ， 湖北 襄樊人 ， 士研究 生 ， Ｅ— ａ ） 博 （ ｍ ｉ ｌ
Ｄ， ２个 Ｕ Ａ Ｔ，４ ｋ ｆ ｓ ， ｋ Ｒ Ｍ， ８位 Ｉ 口、 Ｓ Ｒ １ ０ Ｂ ａｈ ５ Ｂ Ａ ４ ｌ Ｏ 硬
基于单片机的智能节水灌溉系统的设计毕业论文
基于单片机的智能节水灌溉系统的设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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基于msp430单片机流量计的设计
基于msp430单片机流量计的设计第一章绪论1、课题研究意义中国的水工业行业是一个新兴行业。
基于该行业的发展现状和我国水资源现状，相关市场对各类水工业行业相关设备的需求将是巨大的。
而作为重要的检测设备之一，流量计在供水和排水，尤其是废水处理领域的作用更是不容小觑。
实现21世纪现代化城市的宏伟蓝图，必须高度重视和合理保护水资源及计划用水、节约用水，这对于我国的社会经济可持续发展具有重大的现实意义和深远的影响。
节约用水的根本目的是提高城市的合理用水水平，减少新水的取用和不必要的排放。
提高人民群众生活用水的质量，切实保护我们赖以生存的水资源环境，首先是宏观节约水资源，保证国民经济建设，增强人们科学用水、计划用水、节约用水的自觉性。
在全社会真正形成一个水资源可持续利用的良好环境，造福人类，造福子孙后代。
随着我国对水工业行业的重视程度提高以及各类相关法律法规的颁布，各类相关工程项目相继启动，流量计市场的潜量是巨大的。
液体流量计产品的生产和研发的技术水平较高。
上世纪50年代末期，流量计开始应用于我国工业生产，在70和80年代期间，发展迅速。
2、流量计发展趋势及市场前景2008年全球流量计的市场规模达到28.3亿美元，较2007年增长约3.9%。
据预测，到2013年，全球流量计市场规模将达到34.8亿美元。
2008~2013年的年均复合增长率会达到4.2%。
面临激烈的竞争环境，以及为了应对全球节能减排的诉求，各个行业用户更加关注生产工厂的运行效率，尽可能降低能耗，以提高竞争力。
因此，大量的投第三章 硬件设计1、流量测量电路当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象成为霍尔效应。
两端具有的电位差称为霍尔电势U，表达式为：U=K×I×B/d，其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场的磁感应强度，d是薄片厚度。
霍尔开关在霍尔原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成。
基于MSP430F169单片机的节能灌溉系统
基于MSP430F169单片机的节能灌溉系统李嫒;郭建强;李芳;董昊逸;漆淼;魏康;顾若男【期刊名称】《自动化技术与应用》【年(卷),期】2013(032)008【摘要】该系统利用土壤湿度、温度、次日天气、植物种类等信息作为模糊控制系统的输入变量,通过对输出的精确化来模糊决策灌水量,采用MSP430F169单片机的混合微处理能力,通过采集,分析,规划实现全天候的喷灌控制,并根据植物生长规律,自适应调节规划参数实现自动模糊控制,以达到“精确灌溉”和“节水降耗”的目的.【总页数】4页(P73-75,84)【作者】李嫒;郭建强;李芳;董昊逸;漆淼;魏康;顾若男【作者单位】西南交通大学物理科学与技术学院,四川成都 611756;西南交通大学物理科学与技术学院,四川成都 611756;西南交通大学物理科学与技术学院,四川成都 611756;西南交通大学物理科学与技术学院,四川成都 611756;西南交通大学物理科学与技术学院,四川成都 611756;西南交通大学物理科学与技术学院,四川成都611756;西南交通大学物理科学与技术学院,四川成都 611756【正文语种】中文【中图分类】TP368.1【相关文献】1.基于MSP430F147低功耗单片机节能灌溉系统研究 [J], 刘丹娟;肖江2.基于MSP430F169单片机和红外的多点温、湿度无线监测系统的设计 [J], 袁淑瑛;刘中原3.基于MSP430F169单片机的直流电子负载的设计 [J], 邵建设;郜文华;向云;熊文君4.基于MSP430F169单片机的声音定位系统 [J], 罗丽;马尚昌;汤志亚;黄敏;秦锐敏;尤媛;郭佳5.基于单片机的大规模农业智能灌溉系统设计与实现 [J], 郭锋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于PLC的节水灌溉控制系统【毕业作品】
BI YE SHE JI(201 届)基于PLC的节水灌溉控制系统PLC-based Irrigation Water Control System Design所在学院电子信息学院专业班级电气工程及其自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月日摘要传统的节水灌溉控制是完全由人工控制的，这样比较有局限性，而且人有事情也走不开，必须有人看管。
在一定程度上，发挥不了高效的作用。
针对这种情况，开发一种基于PLC的灌溉节水控制系统，实现与喷灌系统有机的结合起来，是喷灌系统在无人干预的情况下，通过控制器，按照规定的程序自动进行喷灌。
通过软件设置来实现适应多种运行方式的需要，实现无人值守或半无人值守。
本控制系统选用三菱FX2n-64mr作为控制器。
在总体设计中，讨论冲孔加工机设备的结构、工作原理，控制方案的选定。
在硬件设计中，完成PLC的选型和外部低压电器的选用，设计了硬件接线图。
在软件设计中，给出程序流程图，并设计出程序。
制作与调试部分验证了先前的设计，通过硬件与软件的配合，使系统可靠运行，达到预期设计目的。
关键词：PLC;节水灌溉；自动控制AbstractTraditional irrigation water control is completely controlled by hand, such limitations, and things could not get away, must not be left unattended. Not efficient role to play in a certain extent.This situation, the development of the PLC-based irrigation water control system, combine with sprinkler system, sprinkler system in the absence of intervention by the controller, in accordance with the procedure laid down automatic sprinkler irrigation.Software is set to meet the needs of a variety of operating mode for unattended or semi-unattended.The control system to selected the Mitsubishi FX2n-64mr as a controller. To discuss the structure of the punching machine equipment in the overall design, working principle, the selected control program.In the hardware design, complete PLC selection and the selection of an external low-voltage electrical design of the hardware wiring diagram.Program flow chart is given in the software design, and design procedures.Verify the previous design, production and debug part with hardware and software, to make the system reliable operation, to achieve the desired design purposes.Key Words:PLC;water-saving irrigation;automatic control目录1 引言 (5)2 总体设计 (5)2.1方案确定 (5)2.2节水灌溉控制结构 (6)2.3节水灌溉控制系统工作原理 (7)3 硬件设计 (8)3.1PLC I/O分配 (8)3.2PLC选型 (8)3.3主电路设计与原理图 (9)3.4PLC控制电路设计与电路图 (10)3.5传感器检测模块 (11)4 软件设计 (15)4.1系统总流程图 (15)4.2程序设计 (16)4.3人机界面设计 (18)4.3.1 触摸屏工作原理 (18)4.3.2 Client Ver1.1编程软件 (18)4.3.3 人机界面设计 (19)5 接线和调试 (21)5.1接线 (21)5.2调试 (21)6 结论 (25)致谢 (26)参考文献 (27)附录1 主电路原理图 (28)附录2 控制电路原理图 (29)1 引言我国水资源短缺，利用率低，水浪费严重，供需矛盾突出，严重制约我国社会经济的发展。
基于 MSP430 的灌区无线传感点对点通信系统设计
基于 MSP430 的灌区无线传感点对点通信系统设计唐跃平;包俊宁;张志坚;诸杰;智永明【摘要】为解决我国传统农业用水利用率低的现状，针对现代化灌区监测所面临的布线复杂、安装维护麻烦等问题，以MSP430单片机为核心，SI4463作为射频芯片，结合电源、存储、数据采集等模块为灌区智能监测系统设计一款无线传感通信系统。
简单的时钟同步设计和传输协议使系统能更加快捷地进行数据传输。
系统根据灌区温度、雨量、土壤墒情等环境情况，设计不同的传感器采集电路用以采集并传输，是一款符合水文监测要求的智能监控系统通信模块。
%To change the status of water utilization rate of China's traditional agricultural low, according to problems of complex wiring facing by modern irrigation monitoring, trouble of installation maintenance and other issues, based on MSP430 MCU as the core, SI4463 as a radio frequency chip, combined with power supply, storage and data acquisition module, it designs a wireless sensor communication system for irrigation smart monitoring system. Simple clock synchronization design and transmission protocol make the system more efifcient for data transmission. According to the environment of irrigation area of temperature, rainfall, soil moisture content, the system has different sensor acquisition circuits used in acquisition and transmission. It is the intelligent monitoring system communication module meeting the hydrological monitoring requirements.【期刊名称】《水利信息化》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】6页(P29-34)【关键词】无线传感网络;点对点通信;通信系统;灌区监测;节水灌溉;MSP430单片机【作者】唐跃平;包俊宁;张志坚;诸杰;智永明【作者单位】水利部南京水利水文自动化研究所，江苏南京 210012; 水利部水文水资源监控工程技术研究中心，江苏南京 210012;河海大学计算机与信息学院，江苏南京 210098;水利部南京水利水文自动化研究所，江苏南京 210012; 水利部水文水资源监控工程技术研究中心，江苏南京 210012;水利部南京水利水文自动化研究所，江苏南京 210012; 水利部水文水资源监控工程技术研究中心，江苏南京 210012;水利部南京水利水文自动化研究所，江苏南京 210012; 水利部水文水资源监控工程技术研究中心，江苏南京 210012【正文语种】中文【中图分类】S27灌区是我国农业和农村经济发展的重要基础设施。
基于单片机的节水灌溉自动控制系统的设计
基于单片机的节水灌溉自动控制系统的设计摘要：随着我国农业发展水平的不断提升，农业灌溉问题已受到社会的广泛关注，传统的漫灌方式已越来越不能满足我国社会发展的需要，“节水”逐渐成为我国农业灌溉追求的目标，“如何实现对农业的节水灌溉”对于农业的可持续发展具有重要意义，基于单机片的节水灌溉自动控制系统便应运而生。
据此本文在对基于单片机的节水灌溉自动控制系统进行整体功能分析的基础上，对节水灌溉自动系统的硬件及软件设计提出了一些科学合理的思路，希望能使我国的农业发展水平更上一层楼。
关键词：单片机；节水灌溉；自动控制；系统设计一、基于单片机的节水灌溉自动控制系统的功能组成一般农业灌溉面积较大，这对节水灌溉自动控制系统的功能提出了更高的要求，节水灌溉自动控制系统在功能上可划分为三部分，分别为信号处理系统、控制系统及实施系统。
其中信号处理部分主要负责信号的收集与处理工作，由传感器和信号处理器构成，信号处理器将采集的农田灌溉区和蓄水池信息进行处理，例如灌溉区的湿度、温度以及蓄水池的水量等，并将其转换为特定的信号输入到传感器，传感器则将输入的信号传递至控制部分。
实施系统则负责对灌溉区的灌溉工作以及对蓄水池的储水放水工作。
控制系统是节水灌溉自动控制系统的重要部分，其功能的正常发挥是保证节水灌溉自动控制系统正常运转的首要前提。
首先控制部分对传感器输入的信号进行分析和处理，根据农田灌溉区和蓄水池的综合情况，对蓄水池和灌溉区的水开关进行控制，例如在少雨季节，灌溉区湿度较低，信号处理系统将这一信息传递至控制系统，控制系统则根据此信号做出打开蓄水池水闸的决定，对少水的灌溉区进行灌溉，其次控制系统应可通过显示器使操作人员对农田灌溉区和蓄水池的各项参数进行清晰的掌握，从而使操作人员及时做出合理调整。
最后控制系统应设置报警功能，一旦检测到可能威胁到系统正常运转的因素应立刻发出警报，例如灌溉区湿度过低或过高等等。
二、基于单片机的节水灌溉自动控制系统硬件设计对节水灌溉自动控制系统的硬件设计是以单片机为核心，以外围扩展电路为辅助构成的，降低了系统的能源消耗，且其抗干扰能力强，在一定程度上提高了系统运行的稳定性，单片机是主模块的核心器件，本文所选单片机是型号为AT89C51，内部存储数据达到了256字节。
基于单片机的节水灌溉自动控制系统的设计
基于单片机旳节水浇灌自动控制系统旳设计第1章绪论1.1引言伴随中国农业现代化进程旳加紧，农业构造旳调整以及我国加入WTO等原因，农业浇灌自动化技术旳规定越来越高，浇灌控制器在我国有着巨大旳市场。
节水浇灌控制器近期在中国应朝着价格低，性能可靠操作简便旳方向发展。
但从长远旳利益考虑，新旳只能化技术，传感技术和农业科技旳引入应用和普及，将会有智能化程度更高，性能更稳定可靠旳浇灌控制器出现。
通过数年旳发展，国外浇灌控制器已逐渐趋于成熟系列化，但价格昂贵，国内虽引进某些，大多数是农业示范区，单位。
虽然国外生产旳浇灌控制器性能越来越高，但没有考虑我国特殊旳自然气候土地资源农业经济状况等原因，因而国外引进旳浇灌控制器在国内应用并不普及。
国内虽然有多家研制浇灌器，但多数是小规模，试验和理论旳探究应用不够普及。
究其原因一则是开发性能完善旳浇灌控制系统需要大量旳人力和物力旳投入，需要多部门，多学科旳融合，这在一定程度上限制了性能旳完善，适应性强旳控制器旳开发。
另一方面是目前开发出来旳浇灌控制器价格昂贵，农民尽管懂得能节省人力和浇灌用水提高产量，但由于一次性投入太大，多数农民承受不起，这也在一定程度上限制了浇灌控制器旳普及。
综上所述，西方发达国家在节水浇灌控制器旳开发上已越来越成熟，并且发展趋势是研制大型分布式控制系统和小面积单片机控制系统，并能有通讯功能，能与上位机进行通信，并可由危机对其编程操作。
同步伴随人工智能技术旳发展，模糊控制，神经网络等技术为节水浇灌控制器旳研制开辟了广阔旳应用前景。
而国内在浇灌控制器旳研制方面还没有形成规模大，应用范围广旳成套控制产品。
国内旳某些高尔夫球场等大面积场地浇灌控制，一般引用国外现成旳成套浇灌控制产品，而广大农村可根据我国国情和各地经济和技术发展旳实际状况，采用简朴可行旳节水浇灌控制措施及对应旳排灌机械和设备，大力发展可靠实用和操作简便旳节水浇灌控制器，这样做不仅具有广阔旳市场，并且有巨大旳社会和经济效益。
基于单片机的节水灌溉自动控制系统的设计
基于单片机的节水灌溉自动控制系统的设计一、引言随着水资源的日益紧张，节约用水成为了一个迫切需要解决的问题。
灌溉系统是水资源使用中较大的一项，如何在灌溉过程中节约用水成为了关注的焦点。
本文将介绍一种基于单片机的节水灌溉自动控制系统的设计，通过对土壤湿度的监测和控制，实现灌溉的自动化和节约用水的目的。
二、系统设计1.系统架构本系统由传感器模块、单片机模块、执行器模块和人机交互模块组成。
传感器模块负责采集土壤湿度数据，单片机模块负责处理数据和控制执行器的动作，执行器模块负责控制水泵的开关，人机交互模块用于用户对系统进行设置。
2.传感器模块传感器模块采用土壤湿度传感器来测量土壤湿度，常用的传感器有电阻式土壤湿度传感器和电容式土壤湿度传感器。
传感器将测量到的湿度值转化为电信号输入单片机模块进行处理。
3.单片机模块单片机模块采用单片机作为核心控制器，通过串口通信接收传感器模块的数据，并根据事先设定的湿度阈值判断当前土壤是否需要浇水。
如果土壤过干，则通过执行器模块控制水泵开始浇水，否则停止浇水。
此外，单片机模块还可以实现计时器功能，设置灌溉时间等。
4.执行器模块执行器模块由继电器构成，用于控制水泵的开关。
当单片机模块发出浇水信号时，继电器吸合使水泵开始工作，当达到设定的浇水时间后，继电器断开，停止水泵的工作。
5.人机交互模块人机交互模块由LCD显示屏和按键组成。
用户可以通过按键来设置灌溉时间、湿度阈值和其他参数。
并通过LCD显示屏来显示当前的湿度值和系统的工作状态。
三、系统工作流程1.系统启动后，单片机读取传感器模块的数据，并通过LCD显示屏显示当前的湿度值。
2.单片机根据用户设置的湿度阈值判断当前的土壤湿度是否需要浇水。
3.如果土壤过干，单片机通过执行器模块控制水泵开始浇水。
4.当达到设定的浇水时间后，单片机通过执行器模块控制水泵停止工作。
5.系统不断重复上述步骤，实现对土壤湿度的监测和控制，以及节约用水的目的。
基于MSP430滴灌控制系统的设计
基于MSP430滴灌控制系统的设计◆赵国良本文设计了一种基于MSP430的智能滴灌系统，系统以农作物生长环境的温湿度以及净辐射量为输入信号，通过MSP430对这些信息进行分析，最终控制电磁阀来控制农作物滴灌阀门的通断来实现农作物的智能灌溉。
经试验证明，该滴灌系统水资源的利用率可达95%以上，施肥效果可提高一倍以上，相比于传统的浇灌施水，大幅度降低了水资源的浪费。
一、引言水在人类的日常生活以及生产中占据着不可替代的作用。
但我国是一个干旱且严重缺水的国家，人均水资源量仅为世界平均水平的25%，我国669座城市中有近六成的城市供水不足，因此如何充分利用水资源，最大限度降低水资源的浪费成为我国经济发展过程中优先考虑的问题。
在我国水资源问题日益严重的背景下，农业灌溉用水占据全国用水总量的63%，其中有超过90%的水资源被用于农业灌溉，因此降低农业用水，提高农业灌溉用水的效率便成为当前农业智能化发展过程中不可或缺的一部分。
针对这样的问题，文中设计了一种基于MSP430的智能滴灌控制系统，系统以农作物当前生长环境的温湿度、土壤湿度以及水分蒸腾量作为信号输入至主控制器进行决策判断，通过为控制器来控制滴灌阀门的通断，除此之外用户还可以利用RS232串口通信协议对当前的环境参数以及用水量进行查看以及存储，实现了农作物滴灌的智能化。
二、系统的总体设计方案整个系统在MSP430的控制下运行，温湿度传感器将当前农作物生长环境的温湿度以及水分的蒸腾量采集得到之后，送至MSP430进行信号的处理，所有信号经过固化在MSP430中的蒸腾量控制模型的计算后得出农作物滴灌系统的供水量以及供水时间。
系统采用净辐射传感器采集农作物生长环境的净辐射值，经过固化在MSP430中的额灌溉模型计算出农作物的蒸腾量，从而自动得出滴灌时长，进而实现了农作物滴灌的智能控制。
系统的总体设计方案如图1所示。
图1 系统总体设计方案三、系统的硬件设计系统采用MSP430作为主控制器来对当前的环境参数以及农作物的需水情况进行分析。
基于MSP430的智能灌溉系统设计
基于MSP430的智能灌溉系统设计刘善梅;彭辉【摘要】针对传统灌溉系统效率差以及现有智能灌溉系统设计复杂、可靠性差等问题,提出了一种智能灌溉系统设计的新方案.该方案以自带12位ADC的MSP430单片机作为嵌入式微处理器,以PC机为上位机,构成一种主从式系统,在简化系统硬件设计的同时,有效地实现了智能节水灌溉的目的.该系统工作稳定、可靠性高,具有较好的适用性.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2010(032)007【总页数】4页(P117-120)【关键词】MSP430单片机;智能灌溉系统;ADC;PC上位机【作者】刘善梅;彭辉【作者单位】华中农业大学,理学院,武汉,430070;华中农业大学,理学院,武汉,430070【正文语种】中文【中图分类】TP273+.50 引言传统的人工灌溉方式既浪费人力和水资源，又不能准确及时地满足植被的水分和营养需求[1]。
因此，随着计算机技术和传感器技术的发展,智能灌溉系统应运而生，并且取得了很大的发展。
现有的智能灌溉系统控制器通常采用MCS51等其它微控制器作为控制芯片，并配以较多的模拟电路和逻辑门电路,其设计复杂,功耗、稳定性和可靠性难以得到保证,所以很有必要利用新型的性能更高的器件来重新设计系统。
TI公司的MSP430系列单片机集成了大量的外围部件,是低工作电压、超低功耗、高性能的微控制器。
与MCS51等其它微控制器相比，MSP430具有很多优势：它具有16位处理器；内部集成了8路12位高精度A/D，2个USART，140kBflash，5kBRAM，48位IO口、硬件乘法器、看门狗，比较器等丰富的资源；能够工作在1.8～3.6V的宽电压范围内；具有5种低功耗工作模式，在不同的模式下消耗电流为0.1～340μA[3]。
本文以MSP430F147作为微控制器,同时结合其它外围器件分别从硬件和软件两个方面介绍一种新型的可靠性高、稳定性强、经济适用并且具有高度开放性的智能灌溉系统。
基于MSP430的水池水温、水位监测系统设计
基于MSP430的水池水温、水位监测系统设计田芳明;谭峰;赵文阳【摘要】为利用江水对水稻格田进行灌溉,研制了基于MSP430f149单片机的水池水位、水温实时监测系统.该系统以MSP430f149单片机作为微控制器核心部件,通过水位传感器、水温传感器实时采集蓄水池及主渠的水位及水温信息,通过JZ878数传电台将数据传送到PC机显示及存储.该监测系统不需人工测量,实现了自动化远程监测,系统已在黑龙江省逊克农场使用一年,结果表明:系统具有采集精度高、低成本、实用性强、可靠性高等特点.【期刊名称】《黑龙江八一农垦大学学报》【年(卷),期】2013(025)002【总页数】4页(P70-73)【关键词】MSP430F149;水温;水位;监测【作者】田芳明;谭峰;赵文阳【作者单位】黑龙江八一农垦大学信息技术学院,大庆163319;黑龙江八一农垦大学信息技术学院,大庆163319;黑龙江八一农垦大学信息技术学院,大庆163319【正文语种】中文【中图分类】TP274.2在我国东北三江平原上，农业自动化正在逐步改善当中，在这个过程中，解决水利问题是刻不容缓的。
三江平原地带水源丰富，但是，如果要将水资源合理的利用到田地里，还需要经过一番合理计划与安排，例如水稻的灌溉，在灌溉之前要了解江水的温度，如果温度过低会导致植物生长过慢，间接影响农作物的产量，所以，在引用江水灌溉之前需要将江水引入晒水池中，利用太阳光的热能将水的温度升高，当达到适合农作物生长的温度时再进行灌溉，这种做法有利于农作物的生长，进而提高产量。
系统能够实时采集江水的温度、晒水池的水温和水位以及主渠中的水温和水位，并通过无线数传电台发送到上位机进行显示、存储。
系统可以实时监测晒水池的水温和水位情况，及时进行注水和灌溉，为实行精细农业提供技术基础，同时，还可以节约人力资源，不需亲临现场亦可对晒水池的情况了如指掌，具有广阔的应用前景。
1 系统总体结构设计及工作原理系统是由多个下位机和PC 机构成的分布式多点无线数据采集系统，具体结构如图1 所示。
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基于MSP430的节水灌溉自动控制系统设计摘要:针对传统的自动灌溉系统存在的效率低、稳定性差等问题,本文提出了一种新的自动灌溉控制方案。
本方案以MSP430为主控芯片,结合CC1101作为无线通讯模块简化布线,上位机辅助判断减轻MCU运算负担。
简约的硬件设计配合功能完善的上位机完成自动控制灌溉、历史环境参数记录、环境异常短信警告等功能。
该系统稳定、可靠,具有较好的实用性及可延展性。
关键词:MSP430 自动控制上位机轮询方式当前我国农业灌溉水平低,但是节水潜力巨大,节水灌溉技术的应用和推广,是缓解我国水资源紧缺的战略选择,是建立节水型社会的需要[1]。
现有的智能灌溉系统控制器通常采用MCS51等其它微控制器作为控制芯片,并配以较多的模拟电路和逻辑门电路,其设计复杂,功耗、稳定性和可靠性难以得到保证[2]。
如今,随着计算机技术的飞速发展,一些复杂的数据处理完全可以交给计算机通过上位机软件完成。
本文将分别从硬件编程和软件上位机两个方面,结合外围电路,介绍一种以MSP430为主控制器的、稳定的农田自动灌溉系统。
1 系统整体构架及工作原理概述这种农田自动灌溉系统的整体执行思路,本系统采用的是离散型控制系统,其具有三级结构。
系统从下到上依次为:传感器检测与灌溉执行部分,MCU自动检测控制部分,田间监控中心。
底层的传感器有多种,分别对土壤的温度、湿度等进行检测。
本系统能根据采集到的土壤湿度情况进行自动控制灌溉,其余采集到的环境参数供人员参考,做出合适的施肥灌溉决定。
这些传感器或设备受到MCU控制,将信息呈递到单片机,通过其内部集成的12位ADC 对数据进行处理,从而判断是否需要灌溉,并将数据通过无线通讯模块发送到田间监控中心。
田间监控中心可以修改田间各节点判断灌溉的标准值,能够按时接收并储存各节点的环境参数,记录灌溉情况,通过折线图或列表形式显示。
当田间发生火灾或其他异常情况时,软件通过网络自动发出短信提示人员前去查看。
此外,上位机能自动从网上下载天气信息,协助实现自动灌溉功能。
2 系统硬件部分2.1 主控芯片MSP430系列单片机是由TI公司1996年推出的一种16位超低功耗、具有精简指令集的混合信号处理器。
本系统的主控模块采用MSP430F2553微处理器。
MSP430系列单片机是具有精简指令集的超低功耗的16位单片机。
它的最高工作频率可达25MHz,同时具有256KB Flash、16 KB RAM,内含硬件乘法器、12位ADC,以及SPI模块[3]等,四种超低功耗模式,非常适合低功耗产品开发。
它具有五种低功耗模式,在不同的模式下消耗电流为0.1～340 uA[4],是目前功耗最低的单片机。
另外它从低功耗模式转到活跃模式,需要的时间仅为6 us,可以被快速唤醒。
因此该微处理器被广泛用在智能传感器、实用检测仪器、点击控制、便捷式仪表等领域[5,6]。
2.2 传感器选用本系统的检测部分分别对土壤的温度、湿度等环境参数进行检测,其中土壤温度传感器采用DS18B20,土壤湿度传感器采用FDR土壤湿度传感器。
土壤温度传感器采用的是不锈钢封装的DS18B20,如图2所示。
其具有现场安装简单、控制方便、系统性能好、易于扩展等特点[7],插入土壤对地温进行检测,精度较高、工作稳定,单片机与其进行单总线通讯获取温度值。
FDR(Frequency Domain Reflectometry) 土壤湿度传感器,见图3,利用电磁脉冲原理,根据电磁波在土壤中传播频率测试土壤的表观介电常数ε,得到土壤容积含水量(θｖ)[8,9]。
其输出信号为模拟电压0～1.1V,本系统利用MSP430F5438内部的12位ADC直接对其采集到的数据进行处理得到土壤湿度。
2.3 电源模块系统供电采用电源转换器直接将220 V交流电转为12 V直流电,用于给水泵和土壤湿度传感器供电。
MSP430单片机的供电电压为3.3 V,为保证散热效果,采用二级降压的方式分散热量,集成LM2596与LM1117,依次将12 V直流电压转为5 V和3.3 V电压,取3.3 V为MSP430F5438、土壤温度传感器及无线通讯模块供电。
电路图如图4所示。
2.4 灌溉控制模块灌溉控制模块由单片机、继电器和水泵组成。
单片机根据采集到的土壤湿度,结合此时地温等条件,判断是否需要进行灌溉。
满足灌溉条件时,由P3.0口送出控制信号控制至光耦,光耦接通使继电器开启,从而开启水泵。
系统中水泵的额定电压为12V,继电器作为水泵的开关,选用12V继电器,因此在电路中并联续流二极管保护电路。
如图5所示。
2.5 无线通讯模块本系统采用的无线通讯模块为美国TI公司出品的CC1101。
CC1101是一款低于1 GHz高性能射频收发器,其内部集成了一个高度可配置的调制解调器,支持多种调制格式,最高数据传输率为500 kb/s。
在发射状态下,其发射功率可通过编程调节,最大发射功率可达+10 dBm,接收灵敏度最佳为-110 dBm,抗干扰能力强,且功耗极低,可用于极低功耗的RF应用。
它与MSP430F5438结合,使系统更为节能。
3 单片机控制部分3.1 田间节点及灌溉控制部分田间节点以MSP430F5438为控制核心,结合各传感器、继电器、水泵、无线模块,共同构成。
以开发平台IAR Embedded Workbench为开发环境,对MSP430F5438进行C程序开发,这款软件具备高度优化的IAR A VR C/C++编译器,可以有效提高用户的工作效率。
对田间节点的环境参数检测、数据发送及控制灌溉,由MSP430F5438单片机控制执行。
土壤湿度的上下阈值保存在E2PR OM中,可通过上位机软件发送更改预设值命令,更改土壤湿度预设值即灌溉条件。
单片机控制灌溉的基本流程如图6所示。
田间监控中心有中央通讯模块,通讯模块由MSP430F5438和CC1101组成。
中央通讯模块通过串口与上位机进行通讯,对田间节点采用轮询方式进行无线传输,避免信息拥塞。
此外,用户还可直接使用上位机软件发送灌溉命令到单片机,开启水泵灌溉。
3.2 无线通讯部分本系统中无线收发模块采用CC1101,正常情况下,每隔固定的时间发送一次数据,因此通讯模式为轮询通讯模式。
轮询方式的工作原理为,总线信道上有一个主站和N个子站,主站向子站发送询问命令,子站收到后才可利用信道,以避免信息拥塞。
通过MSP430编程对CCll01的4线SPI接口和GDO2测试接口进行配置,结合MSP430的时钟,将各田间节点的CC1101设置成轮询通讯模式。
4 系统上位机软件部分4.1 开发环境本上位机软件收集单片机检测的温度、湿度、PH值等数据,经过适当处理,存储到数据库中并以折线图和列表的形式显示。
由于Windows API复杂、难度大,本上位机采用C#语言,在Visual Studio 环境下开发完成。
.NET集成了大量类库,使用非常方便,可以满足用户的各种要求。
4.2 软件上下位机通讯设计本上位机使用SerialPort类进行串口通信,SerialPort类为应用程序提供了通过串口收发数据的简便方法,具有功能强大,通信快速,实时性好等特点。
此外还使用了Timer控件,当Timer控件启动后,每个一个固定时间段触发相同时间。
用Timer控件实现了数据接收。
4.3 自动绘图功能的实现关于折线图的显示,本上位机使用ZedGragh控件进行折线图的绘制,ZedGragh是一个开源的.NET图表类库。
此类库比.NET自带类库使用更加灵活方便。
使用DataGridView 控件实现以列表的形式显示数据。
Form1窗体是本上位机的主窗体,拥有各种功能按钮,并进行折线图显示,List窗体是Form1窗体的子窗体,负责进行列表显示。
系统采集全天的温度信息并以折线图显示界面如图8所示。
4.4 异常时短信报警功能的实现报警是指,当上位机接收到的某些数据超过上限值时会发送短信提醒用户,如田间发生火灾等。
手机短信发送是本上位机的扩展功能。
通过C#pcarrier:运营商名称userid:新浪网上注册的手机号password:成功注册手机后的反馈密码mobilenumber:目标手机号码content:所要发送短消息的内容msgtype:发送短消息以文本信息形式发送,输入”Text”4.5 上位机软件其他功能原理及实现数据保存,通过上位机控制根据用户需求将接受到的数据保存起来,以便以后可以再次读取历史数据。
为了数据的安全性,本上位机将数据保存到数据库中,使用的是Oracle数据库。
基本功能实现流程如图9所示。
天气信息通过中国气象局提供的API获取,根据获得的晴雨天气,给下位机发送信息协助判断、控制灌溉。
历史数据可按照温度、湿度、pH值按钮显示不同数据,可以选择具体时间或具体节点查看环境情况。
5 结语本文介绍的节水灌溉自动控制系统,利用MSP430单片机内部的ADC模块使得电路设计简单化,田间各节点的单片机收集环境参数并自动判断灌溉,上位机通过网络获取天气信息、检测环境参数正常,辅助判断是否应灌溉,并且能对田间每各节点的灌溉参数进行修改,实现自动控制灌溉。
实验证明,该系统具备较好的稳定性,节能且运行可靠,可以满足基本农业生产需要,使用方便,节水节能。
但对于数据的处理性不强,仍需做完善。
在硬件和软件方面仍具备可延展性,可采集周边环境参数如光照、雨量、CO2等,结合信息融合、PID等算法,提高系统对周围环境的分析能力,满足不同用户的需求。
参考文献[1] 马成,周进祥.浅析我国农业节水灌溉现状及发展[J].科技传播,2009,9下:31-32.[2] 刘善梅,彭辉.基于MSP430的智能灌溉系统设计[J].农机化研究,2010,7:117-120.[3] 齐怀琴,张松,王晗.基于MSP430F5438的超低功耗森林火灾预警系统设计[J].测控技术,2013,32(1):28-31.[4] Texas Instruments Incorporated. Msp430x1xx Family User´s Guide[EB/OL].2009-10-01..[5] 秦龙.MSP430单片机应用系统开发典型实例[M].北京:中国电力出版社,2005:1-345.[6] 胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机[M].北京:北京航天航空大学出版社,2001:1-316.[7] 张军.智能温度传感器DS18B20及其应用[J].仪表技术,2010,4:68-70.[8] 李元寿,王根绪,程玉菲,等.FDR在高寒草地土壤水分测量中的标定及其应用[J].干旱区地理,2006,29(4):543-547.[9] 吕国华,李子忠,赵炳祥,等.频率域反射仪测定土壤含水量的校正与田间验证[J].干旱地区农业研究,2008,26(4):33-37.。