嵌入式技术在城市绿地灌溉中的应用

李翔

摘要：随着物联网时代的到来和嵌入式技术的发展，农田绿地自动灌溉控制技术在我国也有应用。针对小型庭院的控制系统硬件成本高，管理不科学，本文所研究的系统，可以减少硬件服务器端成本，硬件安装简单，支持无线和有线传感器，并且可以在PC端通过web访问、手机端APP进行查看控制。

关键词：单片机;远程控制;传感器

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）11-0085-01

城市中处处可见的绿化植被，不仅能净化空气，又能改变生态环境。为了更好的维护城市长远的健康发展，城市绿化水平不断发展和绿化面积增大应该是必然的，同时，相应的绿化用水量也增加很多。对于水资源缺乏的城市，就需要借助科技手段缓解水资源供水紧张的严峻形势，满足植物客观的对水的需求，在使用较小的水资源和经济成本下，达到水资源被高效利用的一种效果，嵌入式技术的应用就是其一。

1 嵌入式技术在城市灌溉中的优点

按照目前业界和学术界对嵌入式系统的普遍看法，嵌入式系统被定义为以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。城市绿地面积大小不一，人工浇灌费时费力，通过嵌入式技术的应用，可通过手机、电脑远程观测土壤墒情，并且控制水的灌溉，不仅方便灵活，并且能够有效地节约用水。

2 整体框架设计

本系统能够在线监测土壤温湿度、大气环境，结合作物生理特点，精准把握灌溉时机和灌溉量，减少无效灌溉量，节约农业用水。并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率作用。本系统主要由采集控制主机，有线和无线传感器、电磁阀、远程监测与控制系统平台组成、网络摄像头组成[1]。其框架结构如图1所示。

如图1所示，采集控制中心负责管理无线有线传感器的采集和电磁阀的开关，传感器和电磁阀通过RS485线与采集控制中心相联。采集控制中心可通过以太网、wife方式把数据远程传输到服务器中，用户在手机和PC端可进行查看数据参数和控制设备，可以设置采集时间间隔，土壤温度及水分的数据上下限，并可进行短信预警，并且可以通过网络摄像头实时观察庭院植被情况[2]。

3 硬件系统组成

小型喷灌系统的主要硬件组成部分[3]：（1）采集控制中心。主要是由单片机主板、继电器组成。本系统采用的单片机是以STM32F407为核心，该单片机是32位微控制器，最高主频168MHz，闪存容量1MB，其具有高性能、低成本、低功耗等优点。单片机根据采集到的土壤温度和土壤湿度来对比用户设置的参数判断是否灌溉，如果需要灌溉，则通过P1.0端口发出信号，到关耦，关耦打开12V的继电器，继电器控制电磁阀，打开开关进行灌溉，否则关闭。（2）LCD触摸屏。采用4英寸真彩触摸屏幕，背景亮度高，内置智能操作系统，可手指直接触摸操作。背光可自行选择关闭，以降低功耗。（3）有线和无线传感器。可根据小型庭院现场情况，来选择无线或有线传感器，本系统应用中，采用了三个无线土壤湿度和一个无线土壤温度传感器，传感器探针316L不锈钢;德国Heraeus公司进口A级ST-1-PT1000精密铂电阻，温度测量范围-55℃～150℃。无线传感器内置无线模块，实现传感器数据无线传输到采集控制器。采集控制中心采取三个土壤湿度传感器的平均值来判断是否灌溉，能让数据更加精准。（4）电磁阀。采用市面常用的1.2寸全铜电磁阀，继电器的触点控制电磁阀电源的接通。网络摄像头，可以随时查看绿地植被情景。

4 软件系统介绍

采集控制中心。远程服务器端，采用可视化编程语言设计界面友好的环境监测与管理系统，实现对被监测环境的远程监测。其工作状态有自动、手动模式。在自动模式下，用户可根据需要设置参数的上下限预警数值，自动控制设备的启动和停止，可短信等方式发出预警通知。软件平台可远程实时监控各传感器数据。完善的数据管理功能，支持数据库管理、数据查询、导出、统计分析、图表分析等各项数据处理方式。

5 施工情况

由于针对的是小型庭院，面积小，在施工过程中，可不用水泵。同时为保证水压，尽量从主水管道接水。本系统中，由于植被的多样性，主要采用喷灌方式。并且鉴于灌溉面积小，所使用喷头少，支管少，灌溉系统维护起来方便。

6 结语

本系统基于STM32F407单片机，采集土壤湿度、温度等数据参数后，通过网络上传数据，可通过手机和计算机端远程对植被灌溉进行查看和控制。所采用的硬件比较精简，并且成本低，方便灵活，适合小型庭院。

参考文献

[1]黄英来，田仲富，孙晓芳.嵌入式系统原理及应用开发教程[M].清华大学出版社，2017.

[2]林菁，王骥，沈玉利，徐国保.基于嵌入式技术智能灌溉系统设计[J].通信技術，2009，（5）：105-109.

[3]唐富平.现代都市农业节水灌溉发展战略思考[J].中国农业信息，2016，（7）：33-34.

Application of Embedded Technology in Urban Green Space Irrigation

LI Xiang

（Beijing Vocational College of Agriculture， Beijing  102208）

Abstract：With the advent of the Internet of Things era and the development of embedded technology， automatic irrigation control technology of farmland green space has also been applied in China.In view of the high hardware cost and unscientific management of the control system of small courtyard， the system studied in this paper can reduce the cost of hardware server side， simple hardware installation， support wireless and wired sensors， and can be viewed and controlled through web access on PC side and APP on mobile phone side.

Key words：microcontroller; remote control; sensor