低功耗自动灌溉控制器设计

平毅　郭磊

摘 要： 自动灌溉控制技术是农业物联网发展的方向之一，为了快速、准确感知土壤湿度实现节约型灌溉，在此设计了一种由德州仪器公司提供的低功耗单片机Launchpad为核心的自动灌溉控制器。该控制器利用Arduino土壤湿度传感器模块对土壤湿度值进行监测，能够及时显示湿度数据信息，并对灌溉设备水泵进行有效的开关控制，从而达到节水的目的。经过多次实验，测试采样数据准确，控制效果好，有比较大的推广价值。

关键词： 农业物联网； 低功耗； Launchpad； Arduino土壤湿度传感器

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 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

随着21世纪的到来，能源危机将接踵而至。比能源危机更可怕的是，作为人类生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，这一状况还将随着时间的推移和社会的发展继续恶化。水资源危机已成为全球性的突出问题，利用科技手段缓解这一危机，将是人类主要出路[1?2]。

由于微控制器和智能传感器的成本价格日益降低，功能和可靠性大幅提高，物联网技术已经在农业生产领域有了长足的发展。用高新的物联网技术实施节水灌溉已成为我国农业乃至国民经济持续发展带战略性的根本大事。

本文旨在设计一套利用低功耗单片机Lauchpad 对作物生长的土壤湿度进行自动监控的系统，它能根据湿度采样的实时数据对作物进行适时、适量的灌水，起到高效灌溉，节水、节能的作用。

1 本设计任务和总体方案

本设计是基于Lauchpad控制下的自动灌溉控制方案，分别对土壤湿度测量、灌溉控制技术及控制设备的软硬件各个部分进行了设计研究。本文设计的设计方案主要是依靠Arduino土壤湿度传感器感知土壤湿度，Launchpad可对土壤湿度进行实时A/D转换，通过LCD1602进行显示湿度数据，并根据实际情况来驱动继电器带动水泵进行灌溉。

设计方案有以下几个模块组成：低功耗控制器Launch Pad，Arduino土壤湿度传感器，LCD1602液晶显示器模块，继电器模块，直流水泵模块，直流稳压电源模块。设计框图如图1所示。

2 主要模块设计

2.1 核心控制模块

本控制器的核心是德州仪器提供的低功耗开发板Launchpad。它的主控芯片型号是MSP430G2553，本身就是为了便携式设备而量身打造的16位单片机[3?4]。MSP430系列单片机低功耗体现为即使微弱的能量，也能够驱动单片机工作，在1.8 V以上的电压下CPU都可以正常工作，最新系列的MSP430单片机甚至可以把这个数值再降低几乎一半至1.1 V。

本设计中使用MSP430G2553片上AD进行采样，其采样精度为10位，参考电压选为1.5 V和2.5 V，采样方式选择为单通道重复采样，ADC4的核将模拟量转换成10位数字量并储存在ADC4MEM寄存器里。

5 结 语

随着现代电子技术深入农业生产当中[8]，农业生产将会变得更加经济高效，低功耗灌溉控制器兼具感知土壤湿度及控制作用，并且能够与无线传感网有效结合，必将给我国农业经济带来物联网技术的各种好处，促进农业生产良性发展。

参考文献

[1] 王友贞.节水灌溉与农业可持续发展[M].北京：中国机械出版社，2005.

[2] 陈正雄，史群.对节水灌溉的几点认识[J].节水灌溉，2002（3）：35.

[3] 王丹丹，李林凯，邹亮，等.基于MSP430的微弱信号检测装置的设计[J].现代科学仪器，2013（5）：87?89.

[4] 王玲玲，严锡君，严妍.无线传感器网络在温室农业中的应用研究[J].节水灌溉，2013（6）：54?56.

[5] 沈建华.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[6] 秦龙.MSP430单片机C语言应用程序设计[M].北京：电子工业出版社，2000.

[7] 洪利，章扬，李世宝.MSP430单片机原理与应用实例详解[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[8] 李道亮.农业物联网导论[M].北京：科学出版社，2010.

[9] 胡风华，李敬兆.无线传感器网络的节点分布均匀性分析[J].现代电子技术，2013，36（5）：41?43.

[10] 宋艳.基于物联网技术的智能农业种植系统设计[J].现代电子技术，2013，36（24）：38?39.

[11] 刘冲，颜廷萌，张志新，等.无线传感网络节点软件高效远程更新方法设计[J].现代电子技术，2013，36（19）：37?39.

摘 要： 自动灌溉控制技术是农业物联网发展的方向之一，为了快速、准确感知土壤湿度实现节约型灌溉，在此设计了一种由德州仪器公司提供的低功耗单片机Launchpad为核心的自动灌溉控制器。该控制器利用Arduino土壤湿度传感器模块对土壤湿度值进行监测，能够及时显示湿度数据信息，并对灌溉设备水泵进行有效的开关控制，从而达到节水的目的。经过多次实验，测试采样数据准确，控制效果好，有比较大的推广价值。

关键词： 农业物联网； 低功耗； Launchpad； Arduino土壤湿度传感器

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 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

随着21世纪的到来，能源危机将接踵而至。比能源危机更可怕的是，作为人类生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，这一状况还将随着时间的推移和社会的发展继续恶化。水资源危机已成为全球性的突出问题，利用科技手段缓解这一危机，将是人类主要出路[1?2]。

由于微控制器和智能传感器的成本价格日益降低，功能和可靠性大幅提高，物联网技术已经在农业生产领域有了长足的发展。用高新的物联网技术实施节水灌溉已成为我国农业乃至国民经济持续发展带战略性的根本大事。

本文旨在设计一套利用低功耗单片机Lauchpad 对作物生长的土壤湿度进行自动监控的系统，它能根据湿度采样的实时数据对作物进行适时、适量的灌水，起到高效灌溉，节水、节能的作用。

1 本设计任务和总体方案

本设计是基于Lauchpad控制下的自动灌溉控制方案，分别对土壤湿度测量、灌溉控制技术及控制设备的软硬件各个部分进行了设计研究。本文设计的设计方案主要是依靠Arduino土壤湿度传感器感知土壤湿度，Launchpad可对土壤湿度进行实时A/D转换，通过LCD1602进行显示湿度数据，并根据实际情况来驱动继电器带动水泵进行灌溉。

设计方案有以下几个模块组成：低功耗控制器Launch Pad，Arduino土壤湿度传感器，LCD1602液晶显示器模块，继电器模块，直流水泵模块，直流稳压电源模块。设计框图如图1所示。

2 主要模块设计

2.1 核心控制模块

本控制器的核心是德州仪器提供的低功耗开发板Launchpad。它的主控芯片型号是MSP430G2553，本身就是为了便携式设备而量身打造的16位单片机[3?4]。MSP430系列单片机低功耗体现为即使微弱的能量，也能够驱动单片机工作，在1.8 V以上的电压下CPU都可以正常工作，最新系列的MSP430单片机甚至可以把这个数值再降低几乎一半至1.1 V。

本设计中使用MSP430G2553片上AD进行采样，其采样精度为10位，参考电压选为1.5 V和2.5 V，采样方式选择为单通道重复采样，ADC4的核将模拟量转换成10位数字量并储存在ADC4MEM寄存器里。

5 结 语

随着现代电子技术深入农业生产当中[8]，农业生产将会变得更加经济高效，低功耗灌溉控制器兼具感知土壤湿度及控制作用，并且能够与无线传感网有效结合，必将给我国农业经济带来物联网技术的各种好处，促进农业生产良性发展。

参考文献

[1] 王友贞.节水灌溉与农业可持续发展[M].北京：中国机械出版社，2005.

[2] 陈正雄，史群.对节水灌溉的几点认识[J].节水灌溉，2002（3）：35.

[3] 王丹丹，李林凯，邹亮，等.基于MSP430的微弱信号检测装置的设计[J].现代科学仪器，2013（5）：87?89.

[4] 王玲玲，严锡君，严妍.无线传感器网络在温室农业中的应用研究[J].节水灌溉，2013（6）：54?56.

[5] 沈建华.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[6] 秦龙.MSP430单片机C语言应用程序设计[M].北京：电子工业出版社，2000.

[7] 洪利，章扬，李世宝.MSP430单片机原理与应用实例详解[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[8] 李道亮.农业物联网导论[M].北京：科学出版社，2010.

[9] 胡风华，李敬兆.无线传感器网络的节点分布均匀性分析[J].现代电子技术，2013，36（5）：41?43.

[10] 宋艳.基于物联网技术的智能农业种植系统设计[J].现代电子技术，2013，36（24）：38?39.

[11] 刘冲，颜廷萌，张志新，等.无线传感网络节点软件高效远程更新方法设计[J].现代电子技术，2013，36（19）：37?39.

摘 要： 自动灌溉控制技术是农业物联网发展的方向之一，为了快速、准确感知土壤湿度实现节约型灌溉，在此设计了一种由德州仪器公司提供的低功耗单片机Launchpad为核心的自动灌溉控制器。该控制器利用Arduino土壤湿度传感器模块对土壤湿度值进行监测，能够及时显示湿度数据信息，并对灌溉设备水泵进行有效的开关控制，从而达到节水的目的。经过多次实验，测试采样数据准确，控制效果好，有比较大的推广价值。

关键词： 农业物联网； 低功耗； Launchpad； Arduino土壤湿度传感器

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 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

随着21世纪的到来，能源危机将接踵而至。比能源危机更可怕的是，作为人类生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，这一状况还将随着时间的推移和社会的发展继续恶化。水资源危机已成为全球性的突出问题，利用科技手段缓解这一危机，将是人类主要出路[1?2]。

由于微控制器和智能传感器的成本价格日益降低，功能和可靠性大幅提高，物联网技术已经在农业生产领域有了长足的发展。用高新的物联网技术实施节水灌溉已成为我国农业乃至国民经济持续发展带战略性的根本大事。

本文旨在设计一套利用低功耗单片机Lauchpad 对作物生长的土壤湿度进行自动监控的系统，它能根据湿度采样的实时数据对作物进行适时、适量的灌水，起到高效灌溉，节水、节能的作用。

1 本设计任务和总体方案

本设计是基于Lauchpad控制下的自动灌溉控制方案，分别对土壤湿度测量、灌溉控制技术及控制设备的软硬件各个部分进行了设计研究。本文设计的设计方案主要是依靠Arduino土壤湿度传感器感知土壤湿度，Launchpad可对土壤湿度进行实时A/D转换，通过LCD1602进行显示湿度数据，并根据实际情况来驱动继电器带动水泵进行灌溉。

设计方案有以下几个模块组成：低功耗控制器Launch Pad，Arduino土壤湿度传感器，LCD1602液晶显示器模块，继电器模块，直流水泵模块，直流稳压电源模块。设计框图如图1所示。

2 主要模块设计

2.1 核心控制模块

本控制器的核心是德州仪器提供的低功耗开发板Launchpad。它的主控芯片型号是MSP430G2553，本身就是为了便携式设备而量身打造的16位单片机[3?4]。MSP430系列单片机低功耗体现为即使微弱的能量，也能够驱动单片机工作，在1.8 V以上的电压下CPU都可以正常工作，最新系列的MSP430单片机甚至可以把这个数值再降低几乎一半至1.1 V。

本设计中使用MSP430G2553片上AD进行采样，其采样精度为10位，参考电压选为1.5 V和2.5 V，采样方式选择为单通道重复采样，ADC4的核将模拟量转换成10位数字量并储存在ADC4MEM寄存器里。

5 结 语

随着现代电子技术深入农业生产当中[8]，农业生产将会变得更加经济高效，低功耗灌溉控制器兼具感知土壤湿度及控制作用，并且能够与无线传感网有效结合，必将给我国农业经济带来物联网技术的各种好处，促进农业生产良性发展。

参考文献

[1] 王友贞.节水灌溉与农业可持续发展[M].北京：中国机械出版社，2005.

[2] 陈正雄，史群.对节水灌溉的几点认识[J].节水灌溉，2002（3）：35.

[3] 王丹丹，李林凯，邹亮，等.基于MSP430的微弱信号检测装置的设计[J].现代科学仪器，2013（5）：87?89.

[4] 王玲玲，严锡君，严妍.无线传感器网络在温室农业中的应用研究[J].节水灌溉，2013（6）：54?56.

[5] 沈建华.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[6] 秦龙.MSP430单片机C语言应用程序设计[M].北京：电子工业出版社，2000.

[7] 洪利，章扬，李世宝.MSP430单片机原理与应用实例详解[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[8] 李道亮.农业物联网导论[M].北京：科学出版社，2010.

[9] 胡风华，李敬兆.无线传感器网络的节点分布均匀性分析[J].现代电子技术，2013，36（5）：41?43.

[10] 宋艳.基于物联网技术的智能农业种植系统设计[J].现代电子技术，2013，36（24）：38?39.

[11] 刘冲，颜廷萌，张志新，等.无线传感网络节点软件高效远程更新方法设计[J].现代电子技术，2013，36（19）：37?39.