基于CAN总线的智能农田灌溉系统_盛群初赛创意书

(20110113)：(基于CAN总线的智能农田灌溉系统)1目录一、摘要................................................................2二、作品介绍............................................................3三、工作原理............................................................43.1系统工作原理概述.................................................43.2Can总线工作原理.................................................43.3中央控制器（湿度数据接收控水）...................................53.4终端控制单元（湿度采集处理发射）.................................6四、作品功能、特色......................................................7五、作品结构............................................................8（一）硬件部分.......................................................8（二）软件部分.......................................................95.2.1终端控制器工作流程图......................................95.2.2中央控制器工作流程图.....................................105.2.3总线初始化及工作流程图...................................10(20110113)：(基于CAN总线的智能农田灌溉系统)2作品创意书一、摘要我国作为传统农业大国，长期以来一直沿用引水到田的灌溉方式，不仅灌溉效果不好，对旱情适应力差，而且盲目地频繁灌溉、过量灌溉造成了水资源的极大浪费。当前大田灌溉的自动控制系统多为直接进口，成本昂贵，难以得到大面积推广。基于上述现状，本文以盛群HT46R232MCU为主控芯片，设计了基于Can总线的智能农业灌溉系统。本系统通过终端湿度传感器检测农田里的湿度并实时报告给中央控制单元，并在中央控制区显示。当湿度低于预设的最低门限值时，中央控制单元发送控制命令，农田终端接收命令后驱动喷灌装置喷水，直到湿度达到所设定的上限值时停止。农民在家可通过显示模块随时了解农田里的湿度状况。同时农民也可通过按键修改湿度的上下门限值或进行特殊控制。本系统借鉴了物联网的思想，充分发挥了HOLTEKMCU强大的控制作用和Can总线优良的数据传输能力，成本低廉，铺设及操作方便，实用价值高，市场前景较为广阔。关键词：智能灌溉Can总线HT46R232湿度传感器(20110113)：(基于CAN总线的智能农田灌溉系统)3二、作品介绍目前我国现代化农业落后，灌溉过程中无法准确知道农作物的需水量，盲目的频繁灌溉、过量灌溉造成了水资源的极大浪费。本系统借鉴先进的设计思想，开发具有自主知识产权的基于现场总线的灌溉控制系统及与之配套的中央控制器和终端控制单元，提出了基于Can总线和盛群HOLTEKMCU的智能农田灌溉系统。从而达到降低投入成本，提高设备的可靠性、易操作性、可升级性和标准化的目标，满足农业现代化对自动化技术的发展需求。本系统由中央控制单元、终端控制单元及Can总线三大部分构成。终端通过湿度传感器实时检测农田湿度，A/D转换后经Can总线报告给中央控制单元，并在中央控制区显示。当农田湿度低于预先设定的最低湿度门限值时，中央控制单元发送控制命令，农田里终端单片机接收命令后驱动喷灌装置喷水，直到湿度超过所设定的上限值时停止。根据农作物不同生长阶段对水的需求，农民可在家设置湿度的上下门限值。同时通过显示模块可以随时了解每块农田的湿度状况，以便合理安排农业生产。另外也可根据需要进行特殊控制，如强行启动或终止喷灌。本系统中中央控制器和终端控制单元都是以盛群HOLTEKMCU为主控芯片，上行下行数据是通过接口电路在Can总线上传输。充分发挥了HOLTEKMCU强大的控制作用和Can总线优良的数据传输能力。(20110113)：(基于CAN总线的智能农田灌溉系统)4三、工作原理3.1系统工作原理概述本系统的设计方案是基于微控、CAN总线传感器测量技术，分机采用湿度传感器采集农田的湿度信息，并把数据打包通过CAN总线传输模块传回总机，总机根据采集的相应数据，做出处理后显示在显示器上，并且可以通过总机远程设置分机的湿度判决门限，可以做到根据不同农田里的农作物生长所需水分的需求量的不同，分别设置。使得不同农田里的分机及时、精确、高效地控制流到田地的水流量大小。不同分机系统根据传感器反馈的数据的大小控制流到田间的水量，使农作物及时的获得所需的水分，控制过程中当灌溉到作物所需的水量时，系统会及时的关闭水源的流入，这样则避免水资源的浪费，有效的实现节水灌溉的设计要求。系统设计的功能主要有：湿度传感器对农田湿度进行采集，采集的湿度数据经单片机处理后，传回主机转化成可显示、可比较、符合农田条件的数据。在总机处采用键盘可以输入湿度阈值，湿度数据可以经过与阈值比较后输出驱动信号，用以驱动电磁阀灌水设备。采集的湿度数据经过CAN总线传输模块后，可以从分节点传回到总机，并在总机显示采集的湿度数据和阈值设置数据。3.2Can总线工作原理Can网络即控制器局域网（ControllerAreaNetwork）属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通讯网络，被公认为是最有前途的现场总线之一。CAN总线的应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络，广泛应用于控制系统中的各检测和执行机构之间的数据通信。由于其设计成本低，通讯可靠，在各种远程实时控制系统中得到了广泛应用。CAN总线采用多主竞争方式工作和非破坏性总线仲裁技术，总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，各节点之间实(20110113)：(基于CAN总线的智能农田灌溉系统)5现自由通信。当多个节点同时向总线发信息时，优先级较低的节点会主动退出发送，而优先级较高的节点不受影响。大大节省了总线冲突仲裁时间，在网络负载很重的情况下，也不会出现网络瘫痪的情况。因此，适用于分布式监控系统的数据通讯。图2Can总线与节点单片机通信框图3.3中央控制器（湿度数据接收控水）中央控制器由控制模块、显示模块、操作模块和接口模块组成。HOLTEKMCU作为控制模块；液晶显示作为显示模块，显示当前农田里湿度状况，便于农民实施掌握信息。键盘作为操作模块，农民可以在家农作物的特殊生长需求，足不出户进行远程实时控制。图2主机数据处理显示、发射框图Can总线湿度与上下限显示模块HT46R232控制处理模块键盘SJA1000(can控制器)Can控制器Can收发器TX0SJA1000RX0HT46R232单片机TXDCANHPCA82C250RXDCANLCANHCANL(20110113)：(基于CAN总线的智能农田灌溉系统)6如图2，使SJA1000收发模块处于接收状态，接收的数据通过HT46R232单片机处理后在显示模块显示，同时显示上下限值。键盘引起的外部中断也可以随时改变预先设置的上下限，然后将修改命令通过SJA1000通过总线传到分机，已设置不同地段的上下限值分机检测到的数据在上下限范围内时，分机控制继电器断开(停止灌溉)，在范围外时控制继电器闭合，开始灌溉。3.4终端控制单元（湿度采集处理发送）终端控制单元由控制模块、感应模块、驱动模块和接口模块组成。HOLTEKMCU作为控制模块；湿度传感器和AD转换装置作为感应模块，检测土壤的湿度信息并通过AD转换后报告给控制单元；继电器和喷灌装置作为驱动模块，接受来自控制单元的控制命令，完成喷灌功能；由Can总线控制器SJA1000和Can总线收发器82C250作为接口模块，完成单片机与总线之间的上下行通信。图3分机湿度采集处理发送框图采集处理发送部分的结构如图3，将以HT46R232为控制中心，一方面湿度传感器采集到的农田湿度数据经过HT46R232内置的AD转换模块后发送到Can总线上传给总机。另一方面来自总线上的命令经HT46R232处理后控制电磁继电器驱动喷水装置。AD转换模块HT46R232控制处理模块SJA1000(can控制器)根湿度传感器电磁继电器喷水装置(20110113)：(基于CAN总线的智能农田灌溉系统)7四、作品功能、特色主要功能：1、检测农田湿度并在中央控制区实时显示；2、当农田湿度小于预先设定的下门限时开始喷水，达到上门限时停止喷水；3、可通过按键修改每块农田的湿度上下门限值；4、可通过按键对农田灌溉进行特殊人为控制。主要特色：1、低成本；2、极高的总线利用率；3、很远的数据传输距离(长达10Km)和高速的数据传输速率（高达1Mbit/s）；4、可靠的错误处理和检错机制，发送的信息遭到破坏后，可自动重发；5、节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；6、采用盛群HT46R232内置的AD转换功能，可减少使用AD模块。(20110113)：(基于CAN总线的智能农田灌溉系统)8五、作品结构（一）硬件部分以下为系统方块示意图：盛群单片机（总机）盛群单片机（分机）SJA1000(can控制器)82C250(can收发器)Can总线显示模块键盘矩阵AD转换继电器灌溉装置湿度传感器AD转换继电器灌溉装置湿度传感器盛群单片机（分机）SJA1000(can控制器)82C250(can收发器)82C250(can收发器)SJA1000(can控制器)(20110113)：(基于CAN总线的智能农田灌溉系统)9（二）软件部分5.2.1终端控制器工作流程图(20110113)：(基于CAN总线的智能农田灌溉系统)105.2.2中央控制器工作流程图5.2.3总线初始化及工作流程图