基于ARM和电力线载波的智能灌溉控制系统研究

李国强; 王猛; 张杰; 周蕊; 张建涛; 郑国清; 《节水灌溉 》 2021 北大核心

摘要：针对当前灌溉设备控制系统智能化水平低等问题,设计了一种基于ARM嵌入式系统和电力线载波的智能灌溉控制系统。该系统由5个模块组成:数据处理控制模块、数据通讯模块、数据采集模块、控制驱动模块和人机交互模块。数据处理控制模块的中央处理器采用基于ARM Cortex-M3架构的32位微处理器STM32F103CBT6。数据通讯模块的电力线载波采用总线主站控制器PB620芯片搭建。软件采用实时操作系统μC/OS-II,内核版本V2.91。基于土壤实时墒情数据、短期气象预报等多源数据,构建土壤水分盈亏量预测模型和灌溉量估算模型,分别用于估算土壤墒情和作物适宜灌溉量。结果表明,该系统实现了土壤墒情监测、灌溉量智能计算和自动轮灌等功能。电力线载波实现了土壤墒情传感器、电磁阀供电和通讯功能,并节省了通信电缆。网络通信丢包率均值为0.09%,电力线载波误码率小于0.01%,电磁阀响应时间均值为0.497 s。在籽粒产量不降低情况下,模型生成方案比传统灌溉方案节水31.37%。相比设置灌溉上下限参数的自动化灌溉控制系统,该系统具有设备操作简单,安装成本低,运行可靠稳定,灌溉量自动估算和调节等特点,有效提高了大田灌溉效率和用水效率,具有良好的应用前景。

关键词： 灌溉控制系统 智能灌溉 灌溉策略 物联网 电力线载波 ARM嵌入式系统