低功耗自動灌溉控制器設計

平毅　郭磊

摘 要： 自動灌溉控制技術是農業物聯網發展的方向之一，為了快速、準確感知土壤濕度實現節約型灌溉，在此設計了一種由德州儀器公司提供的低功耗單片機Launchpad為核心的自動灌溉控制器。該控制器利用Arduino土壤濕度傳感器模塊對土壤濕度值進行監測，能夠及時顯示濕度數據信息，并對灌溉設備水泵進行有效的開關控制，從而達到節水的目的。經過多次實驗，測試采樣數據準確，控制效果好，有比較大的推廣價值。

關鍵詞： 農業物聯網； 低功耗； Launchpad； Arduino土壤濕度傳感器

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）10?0104?03

Abstract： The research of automatic irrigation control technology is one of development directions of Internet of Things （IOT） in agriculture. In order to acquire the soil humidity data fast and accurately， a low power irrigation controller based on the MCU of Launchpad offered by TI was designed. The soil humidity is monitored by the controller with Arduino humidity sensor module. It can display the real?time humidity data on liquid crystal screen and control the water pump efficiently to save the water resource. Many experiments show the device can precisely collect the data， control the water pump well and is valuable for promtion.

Keywords： Internet of Things in agriculture； low power consumption； Launchpad； Arduino soil humidity sensor

0 引 言

隨著21世紀的到來，能源危機將接踵而至。比能源危機更可怕的是，作為人類生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，這一狀況還將隨著時間的推移和社會的發展繼續惡化。水資源危機已成為全球性的突出問題，利用科技手段緩解這一危機，將是人類主要出路[1?2]。

由于微控制器和智能傳感器的成本價格日益降低，功能和可靠性大幅提高，物聯網技術已經在農業生產領域有了長足的發展。用高新的物聯網技術實施節水灌溉已成為我國農業乃至國民經濟持續發展帶戰略性的根本大事。

本文旨在設計一套利用低功耗單片機Lauchpad 對作物生長的土壤濕度進行自動監控的系統，它能根據濕度采樣的實時數據對作物進行適時、適量的灌水，起到高效灌溉，節水、節能的作用。

1 本設計任務和總體方案

本設計是基于Lauchpad控制下的自動灌溉控制方案，分別對土壤濕度測量、灌溉控制技術及控制設備的軟硬件各個部分進行了設計研究。本文設計的設計方案主要是依靠Arduino土壤濕度傳感器感知土壤濕度，Launchpad可對土壤濕度進行實時A/D轉換，通過LCD1602進行顯示濕度數據，并根據實際情況來驅動繼電器帶動水泵進行灌溉。

設計方案有以下幾個模塊組成：低功耗控制器Launch Pad，Arduino土壤濕度傳感器，LCD1602液晶顯示器模塊，繼電器模塊，直流水泵模塊，直流穩壓電源模塊。設計框圖如圖1所示。

2 主要模塊設計

2.1 核心控制模塊

本控制器的核心是德州儀器提供的低功耗開發板Launchpad。它的主控芯片型號是MSP430G2553，本身就是為了便攜式設備而量身打造的16位單片機[3?4]。MSP430系列單片機低功耗體現為即使微弱的能量，也能夠驅動單片機工作，在1.8 V以上的電壓下CPU都可以正常工作，最新系列的MSP430單片機甚至可以把這個數值再降低幾乎一半至1.1 V。

本設計中使用MSP430G2553片上AD進行采樣，其采樣精度為10位，參考電壓選為1.5 V和2.5 V，采樣方式選擇為單通道重復采樣，ADC4的核將模擬量轉換成10位數字量并儲存在ADC4MEM寄存器里。

5 結 語

隨著現代電子技術深入農業生產當中[8]，農業生產將會變得更加經濟高效，低功耗灌溉控制器兼具感知土壤濕度及控制作用，并且能夠與無線傳感網有效結合，必將給我國農業經濟帶來物聯網技術的各種好處，促進農業生產良性發展。

參考文獻

[1] 王友貞.節水灌溉與農業可持續發展[M].北京：中國機械出版社，2005.

[2] 陳正雄，史群.對節水灌溉的幾點認識[J].節水灌溉，2002（3）：35.

[3] 王丹丹，李林凱，鄒亮，等.基于MSP430的微弱信號檢測裝置的設計[J].現代科學儀器，2013（5）：87?89.

[4] 王玲玲，嚴錫君，嚴妍.無線傳感器網絡在溫室農業中的應用研究[J].節水灌溉，2013（6）：54?56.

[5] 沈建華.MSP430系列16位超低功耗單片機原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[6] 秦龍.MSP430單片機C語言應用程序設計[M].北京：電子工業出版社，2000.

[7] 洪利，章揚，李世寶.MSP430單片機原理與應用實例詳解[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[8] 李道亮.農業物聯網導論[M].北京：科學出版社，2010.

[9] 胡風華，李敬兆.無線傳感器網絡的節點分布均勻性分析[J].現代電子技術，2013，36（5）：41?43.

[10] 宋艷.基于物聯網技術的智能農業種植系統設計[J].現代電子技術，2013，36（24）：38?39.

[11] 劉沖，顏廷萌，張志新，等.無線傳感網絡節點軟件高效遠程更新方法設計[J].現代電子技術，2013，36（19）：37?39.

摘 要： 自動灌溉控制技術是農業物聯網發展的方向之一，為了快速、準確感知土壤濕度實現節約型灌溉，在此設計了一種由德州儀器公司提供的低功耗單片機Launchpad為核心的自動灌溉控制器。該控制器利用Arduino土壤濕度傳感器模塊對土壤濕度值進行監測，能夠及時顯示濕度數據信息，并對灌溉設備水泵進行有效的開關控制，從而達到節水的目的。經過多次實驗，測試采樣數據準確，控制效果好，有比較大的推廣價值。

關鍵詞： 農業物聯網； 低功耗； Launchpad； Arduino土壤濕度傳感器

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）10?0104?03

Abstract： The research of automatic irrigation control technology is one of development directions of Internet of Things （IOT） in agriculture. In order to acquire the soil humidity data fast and accurately， a low power irrigation controller based on the MCU of Launchpad offered by TI was designed. The soil humidity is monitored by the controller with Arduino humidity sensor module. It can display the real?time humidity data on liquid crystal screen and control the water pump efficiently to save the water resource. Many experiments show the device can precisely collect the data， control the water pump well and is valuable for promtion.

Keywords： Internet of Things in agriculture； low power consumption； Launchpad； Arduino soil humidity sensor

0 引 言

隨著21世紀的到來，能源危機將接踵而至。比能源危機更可怕的是，作為人類生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，這一狀況還將隨著時間的推移和社會的發展繼續惡化。水資源危機已成為全球性的突出問題，利用科技手段緩解這一危機，將是人類主要出路[1?2]。

由于微控制器和智能傳感器的成本價格日益降低，功能和可靠性大幅提高，物聯網技術已經在農業生產領域有了長足的發展。用高新的物聯網技術實施節水灌溉已成為我國農業乃至國民經濟持續發展帶戰略性的根本大事。

本文旨在設計一套利用低功耗單片機Lauchpad 對作物生長的土壤濕度進行自動監控的系統，它能根據濕度采樣的實時數據對作物進行適時、適量的灌水，起到高效灌溉，節水、節能的作用。

1 本設計任務和總體方案

本設計是基于Lauchpad控制下的自動灌溉控制方案，分別對土壤濕度測量、灌溉控制技術及控制設備的軟硬件各個部分進行了設計研究。本文設計的設計方案主要是依靠Arduino土壤濕度傳感器感知土壤濕度，Launchpad可對土壤濕度進行實時A/D轉換，通過LCD1602進行顯示濕度數據，并根據實際情況來驅動繼電器帶動水泵進行灌溉。

設計方案有以下幾個模塊組成：低功耗控制器Launch Pad，Arduino土壤濕度傳感器，LCD1602液晶顯示器模塊，繼電器模塊，直流水泵模塊，直流穩壓電源模塊。設計框圖如圖1所示。

2 主要模塊設計

2.1 核心控制模塊

本控制器的核心是德州儀器提供的低功耗開發板Launchpad。它的主控芯片型號是MSP430G2553，本身就是為了便攜式設備而量身打造的16位單片機[3?4]。MSP430系列單片機低功耗體現為即使微弱的能量，也能夠驅動單片機工作，在1.8 V以上的電壓下CPU都可以正常工作，最新系列的MSP430單片機甚至可以把這個數值再降低幾乎一半至1.1 V。

本設計中使用MSP430G2553片上AD進行采樣，其采樣精度為10位，參考電壓選為1.5 V和2.5 V，采樣方式選擇為單通道重復采樣，ADC4的核將模擬量轉換成10位數字量并儲存在ADC4MEM寄存器里。

5 結 語

隨著現代電子技術深入農業生產當中[8]，農業生產將會變得更加經濟高效，低功耗灌溉控制器兼具感知土壤濕度及控制作用，并且能夠與無線傳感網有效結合，必將給我國農業經濟帶來物聯網技術的各種好處，促進農業生產良性發展。

參考文獻

[1] 王友貞.節水灌溉與農業可持續發展[M].北京：中國機械出版社，2005.

[2] 陳正雄，史群.對節水灌溉的幾點認識[J].節水灌溉，2002（3）：35.

[3] 王丹丹，李林凱，鄒亮，等.基于MSP430的微弱信號檢測裝置的設計[J].現代科學儀器，2013（5）：87?89.

[4] 王玲玲，嚴錫君，嚴妍.無線傳感器網絡在溫室農業中的應用研究[J].節水灌溉，2013（6）：54?56.

[5] 沈建華.MSP430系列16位超低功耗單片機原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[6] 秦龍.MSP430單片機C語言應用程序設計[M].北京：電子工業出版社，2000.

[7] 洪利，章揚，李世寶.MSP430單片機原理與應用實例詳解[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[8] 李道亮.農業物聯網導論[M].北京：科學出版社，2010.

[9] 胡風華，李敬兆.無線傳感器網絡的節點分布均勻性分析[J].現代電子技術，2013，36（5）：41?43.

[10] 宋艷.基于物聯網技術的智能農業種植系統設計[J].現代電子技術，2013，36（24）：38?39.

[11] 劉沖，顏廷萌，張志新，等.無線傳感網絡節點軟件高效遠程更新方法設計[J].現代電子技術，2013，36（19）：37?39.

摘 要： 自動灌溉控制技術是農業物聯網發展的方向之一，為了快速、準確感知土壤濕度實現節約型灌溉，在此設計了一種由德州儀器公司提供的低功耗單片機Launchpad為核心的自動灌溉控制器。該控制器利用Arduino土壤濕度傳感器模塊對土壤濕度值進行監測，能夠及時顯示濕度數據信息，并對灌溉設備水泵進行有效的開關控制，從而達到節水的目的。經過多次實驗，測試采樣數據準確，控制效果好，有比較大的推廣價值。

關鍵詞： 農業物聯網； 低功耗； Launchpad； Arduino土壤濕度傳感器

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）10?0104?03

Abstract： The research of automatic irrigation control technology is one of development directions of Internet of Things （IOT） in agriculture. In order to acquire the soil humidity data fast and accurately， a low power irrigation controller based on the MCU of Launchpad offered by TI was designed. The soil humidity is monitored by the controller with Arduino humidity sensor module. It can display the real?time humidity data on liquid crystal screen and control the water pump efficiently to save the water resource. Many experiments show the device can precisely collect the data， control the water pump well and is valuable for promtion.

Keywords： Internet of Things in agriculture； low power consumption； Launchpad； Arduino soil humidity sensor

0 引 言

隨著21世紀的到來，能源危機將接踵而至。比能源危機更可怕的是，作為人類生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，這一狀況還將隨著時間的推移和社會的發展繼續惡化。水資源危機已成為全球性的突出問題，利用科技手段緩解這一危機，將是人類主要出路[1?2]。

由于微控制器和智能傳感器的成本價格日益降低，功能和可靠性大幅提高，物聯網技術已經在農業生產領域有了長足的發展。用高新的物聯網技術實施節水灌溉已成為我國農業乃至國民經濟持續發展帶戰略性的根本大事。

本文旨在設計一套利用低功耗單片機Lauchpad 對作物生長的土壤濕度進行自動監控的系統，它能根據濕度采樣的實時數據對作物進行適時、適量的灌水，起到高效灌溉，節水、節能的作用。

1 本設計任務和總體方案

本設計是基于Lauchpad控制下的自動灌溉控制方案，分別對土壤濕度測量、灌溉控制技術及控制設備的軟硬件各個部分進行了設計研究。本文設計的設計方案主要是依靠Arduino土壤濕度傳感器感知土壤濕度，Launchpad可對土壤濕度進行實時A/D轉換，通過LCD1602進行顯示濕度數據，并根據實際情況來驅動繼電器帶動水泵進行灌溉。

設計方案有以下幾個模塊組成：低功耗控制器Launch Pad，Arduino土壤濕度傳感器，LCD1602液晶顯示器模塊，繼電器模塊，直流水泵模塊，直流穩壓電源模塊。設計框圖如圖1所示。

2 主要模塊設計

2.1 核心控制模塊

本控制器的核心是德州儀器提供的低功耗開發板Launchpad。它的主控芯片型號是MSP430G2553，本身就是為了便攜式設備而量身打造的16位單片機[3?4]。MSP430系列單片機低功耗體現為即使微弱的能量，也能夠驅動單片機工作，在1.8 V以上的電壓下CPU都可以正常工作，最新系列的MSP430單片機甚至可以把這個數值再降低幾乎一半至1.1 V。

本設計中使用MSP430G2553片上AD進行采樣，其采樣精度為10位，參考電壓選為1.5 V和2.5 V，采樣方式選擇為單通道重復采樣，ADC4的核將模擬量轉換成10位數字量并儲存在ADC4MEM寄存器里。

5 結 語

隨著現代電子技術深入農業生產當中[8]，農業生產將會變得更加經濟高效，低功耗灌溉控制器兼具感知土壤濕度及控制作用，并且能夠與無線傳感網有效結合，必將給我國農業經濟帶來物聯網技術的各種好處，促進農業生產良性發展。

參考文獻

[1] 王友貞.節水灌溉與農業可持續發展[M].北京：中國機械出版社，2005.

[2] 陳正雄，史群.對節水灌溉的幾點認識[J].節水灌溉，2002（3）：35.

[3] 王丹丹，李林凱，鄒亮，等.基于MSP430的微弱信號檢測裝置的設計[J].現代科學儀器，2013（5）：87?89.

[4] 王玲玲，嚴錫君，嚴妍.無線傳感器網絡在溫室農業中的應用研究[J].節水灌溉，2013（6）：54?56.

[5] 沈建華.MSP430系列16位超低功耗單片機原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[6] 秦龍.MSP430單片機C語言應用程序設計[M].北京：電子工業出版社，2000.

[7] 洪利，章揚，李世寶.MSP430單片機原理與應用實例詳解[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[8] 李道亮.農業物聯網導論[M].北京：科學出版社，2010.

[9] 胡風華，李敬兆.無線傳感器網絡的節點分布均勻性分析[J].現代電子技術，2013，36（5）：41?43.

[10] 宋艷.基于物聯網技術的智能農業種植系統設計[J].現代電子技術，2013，36（24）：38?39.

[11] 劉沖，顏廷萌，張志新，等.無線傳感網絡節點軟件高效遠程更新方法設計[J].現代電子技術，2013，36（19）：37?39.