基于61單片機農(nóng)牧區(qū)新能源智能噴灌系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

 農(nóng)業(yè)、牧業(yè)都離不開水，而水資源的總量又是有限的，而且很多地方水資源的運送非常困難，所以如何更加節(jié)約水資源、如何更加有效率的利用有限的水資源是一個非常嚴峻的問題。為了有效節(jié)約水資源、提高水資源利用率，本文結(jié)合幾種較常見的傳感器與SPCE061A單片機、太陽能電池板設(shè)計了一款比較廉價的、自帶能源的、更好的適應(yīng)于西藏牧區(qū)的智能噴灌系統(tǒng)。本文的設(shè)計可以在一定程度上提高水資源的利用率，也可以為智能灌溉的發(fā)展提供一個參考方向。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

文中設(shè)計中硬件包括，凌陽公司的SPCE061A單片機1和太陽能電池板2、控制器、蓄電池、土壤濕潤傳感器、光照傳感器、雨滴傳感器、小型抽水機、滅蚊燈、逆變器、繼電器3等。本文中主要利用土壤濕潤傳感器、光照傳感器、雨滴傳感器4采集環(huán)境信息并傳遞給單片機，通過SPCE061A單片機對傳感器數(shù)據(jù)進行分析5和計算控制控制抽水機、音樂播放、滅蚊器工作。

1.1. 1 SPCE061A簡介

SPCE061A是繼μ’nSP(Microcontroller and Signal Processor)系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A里只內(nèi)嵌32K字的閃存(FLASH)。較高的處理速度使μ’nSP能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。 16位µ’nSP微處理器;工作電壓(CPU)VDD為2.4～3.6 V (I/O)VDDH為2.4～5.5 V;CPU時鐘：0.32～49.152 MHz;內(nèi)置2 K字SRAM;內(nèi)置32 K FLASH;可編程音頻處理;晶體振蕩器;系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電僅為2µA@3.6 V;個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預(yù)置初始計數(shù)值);2個10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道;32位通用可編程輸入/輸出端口;14個中斷源可來自定時器A/B，時基，2個外部時鐘源輸入，鍵喚醒;具備觸鍵喚醒的功能;使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4 K位/秒)，能容納210秒的語音數(shù)據(jù);鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號;32768 Hz實時時鐘;7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器;聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益控制(AGC)功能;具備串行設(shè)備接口;具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(LVD)功能;內(nèi)置在線仿真電路ICE (In-Circuit Emulator)接口;具有保密能力;具有WatchDog功能。

1.1.2 SPR4096簡介

針對凌陽科技公司的存儲器芯片SPR4096/SPR1024，開發(fā)的簡易燒寫器。該燒寫器配合PC機ResWriter工具(凌陽科技教育推廣中心提供，下文敘述)，通過EZ—Probe下載線，完成對SPR4096/1024存儲器芯片的擦除、寫入、校驗等功能。并且在SPR模組上留有與SPCE061A單片機的接口，可以很容易地實現(xiàn)SPR模組與61板連接。

1.1.3 系統(tǒng)工作原理簡介

采集各種牧草適宜的濕度信息存入單片機，在單片機里錄入程序每隔一段時間控制系統(tǒng)通過濕度傳感器將土壤中的濕度測量出來并且傳給單片機，然后單片機將收到的濕度

與牧草所需的濕度相對比，如果濕度大于或等于牧草所需濕度則程序停止，如果濕度小于牧草所需濕度，則在夜晚到來的時候單片機控制系統(tǒng)開始噴灌，同時傳感器繼續(xù)測量土壤濕度，一旦土壤濕度達到牧草所需濕度則立即停止噴灌。而系統(tǒng)所帶的降雨傳感器則在系統(tǒng)開始工作時監(jiān)測天氣，一旦出現(xiàn)降雨，馬上通知系統(tǒng)讓整個系統(tǒng)處于暫停階段，降雨結(jié)束后，濕度傳感器重新測量土壤濕度，如果濕度大于或等于牧草所需濕度則程序停止，如果濕度小于牧草所需濕度，則單片機控制系統(tǒng)開始噴灌，同時傳感器繼續(xù)測量土壤濕度，一旦土壤濕度達到牧草所需濕度則立即停止噴灌。太陽能電池板則在平時陽光充足時收集太陽能，并將電能存入系統(tǒng)所帶電瓶，在太陽能不充足無法支撐整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時使用，這樣可以保證系統(tǒng)在一般情況下野外生存，不用自備備用電池、更不用時時人工監(jiān)測。而光照傳感器通過AD采樣區(qū)分白天黑夜，當(dāng)黑夜到來的時候控制滅蚊燈點亮消除蚊蟲的威脅。大量的科學(xué)研究及事實表明音樂有加速動植物生長的效果，所以在單片機里存有簡單的音樂，當(dāng)白天點亮充足的時候讓喇叭播放音樂。

下面列出實施方案的硬件部分框圖，如圖1所示。

1.2 SPCE061A單片機軟件設(shè)計

SPCE061A單片機軟件主要包括初始化函數(shù)、音樂播放子函數(shù)、D/A函數(shù)以及主函數(shù)。值得一提的是本設(shè)計將控制的核心部分放在為播放音樂提供數(shù)據(jù)的中斷里，實現(xiàn)了控制的及時性，為其它需要較高實時性的項目提供了一個巧妙的實現(xiàn)方法。軟件設(shè)計的主程序流程框圖見圖2，子函數(shù)詳細功能見表1。

2 測試結(jié)果

利用太陽能提供能源、單片機主控、各種傳感器輔助對農(nóng)牧場實施智能噴灌已經(jīng)實現(xiàn)。同時在原有的基礎(chǔ)上添加了滅蚊燈的功能，可以有效驅(qū)除蚊蟲的威脅、更能在夜晚給牧民帶來一絲溫暖、一份心靈上的慰藉。因為音樂在促進動植物生長上的顯著效果，我們添加了音樂播放功能，除了促進動植物的生長外更能給牧民排解部分孤獨。電路中設(shè)計有USB手機充電口，所以我們多了一個驚喜的功能。系統(tǒng)可以為牧民提供隨時充電的功能、更加人性化。

3 整體實物圖

本項目運用凌陽公司的SPCE061A單片機作為主控芯片結(jié)合太陽能電池板、控制器、蓄電池、土壤濕潤傳感器、光照傳感器、雨滴傳感器、小型抽水機、滅蚊燈、逆變器、繼電器等制作了一套使用太陽能為系統(tǒng)供能的適用于農(nóng)牧區(qū)的新能源智能噴灌系統(tǒng)，整體實物圖如圖3所示。

4 結(jié)束語

文中結(jié)合幾種較常見的傳感器與SPCE061A單片機、太陽能電池板設(shè)計了一款比較廉價的、自帶能源的、更好的適應(yīng)于西藏牧區(qū)的智能噴灌系統(tǒng)。這樣不僅能夠鍛煉學(xué)生單片機的使用更能讓學(xué)生學(xué)習(xí)到如何將單片機與各種模塊聯(lián)合使用。本文的設(shè)計可以在一定程度上提高水資源的利用率，也可以為智能灌溉的發(fā)展做一個參考方向。