農(nóng)業(yè)是一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)命脈,國家的發(fā)展離不開農(nóng)業(yè)的發(fā)展。我國作為農(nóng)業(yè)大國之一,隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展,農(nóng)業(yè)用水占比也越來越高。并且我國目前農(nóng)業(yè)上的灌溉主要還是以傳統(tǒng)的人工灌溉為主。傳統(tǒng)的人工灌溉主要有3大缺點(diǎn):
灌溉人工成本高;
人工灌溉不容易掌控用水量,容易造成灌溉不充分或過量灌溉;
人員活動避免不了影響和破壞農(nóng)作物的生長。
為了降低人工成本,合理地利用水資源,同時(shí)提高作物生長的環(huán)境質(zhì)量,那就必須對傳統(tǒng)的灌溉方法進(jìn)行改進(jìn),將科技應(yīng)用到農(nóng)業(yè)灌溉上。本文簡要介紹無線串口模塊的無線喚醒在灌溉系統(tǒng)上的應(yīng)用原理。
隨著無線串口模塊的應(yīng)用越來越廣發(fā),越來越多的公司在自己的無線串口模塊上面添加了無線喚醒的功能。成都億佰特電子科技有限公司,絕大部分無線串口模塊都帶有無線喚醒這一功能,如E32-433T30S,E31-T50S2,E30-T100S2等
圖 1 具備無線喚醒功能的串口模塊(來自成都億佰特電子科技有限公司官網(wǎng))
無線喚醒,也可以理解為空中喚醒(英文名叫Wake On Radio),顧名思義,通過無線的手段喚醒處于休眠的節(jié)點(diǎn)模塊。簡單介紹下原理:喚醒方在發(fā)射有效數(shù)據(jù)前加一段較長的前導(dǎo)碼;被喚醒方周期性地起來監(jiān)聽空中的無線信號,一旦捕捉到正確的前導(dǎo)碼則進(jìn)入接收數(shù)據(jù)狀態(tài),若一無所獲則立即進(jìn)入休眠,等待下一次的喚醒監(jiān)聽。為了保證每次都能正常喚醒被喚醒方,喚醒方發(fā)射前導(dǎo)碼的時(shí)間應(yīng)略大于被喚醒方醒來的時(shí)間間隔。如下圖所示:
圖 2無應(yīng)答無線喚醒示意圖(來自LoRa官方AN文檔《LoraLowEnergyDesign_STD.pdf》)
同樣地,若被喚醒方需應(yīng)答喚醒方,則如下圖所示:
圖 3帶應(yīng)答無線喚醒示意圖(來自LoRa官方AN文檔《LoraLowEnergyDesign_STD.pdf》)
將無線喚醒應(yīng)用到農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要由多個(gè)節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、主機(jī)端服務(wù)器、用戶端組成,以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作、掌握農(nóng)作物當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)、合理灌溉。以成都億佰特電子科技有限公司的E31-T50S2為例進(jìn)行介紹。節(jié)點(diǎn)主要由主控制設(shè)備、E31-T50S2、各類控制器、溫度傳感器、土壤水分傳感器、液位傳感器等組成,如下圖所示:
網(wǎng)關(guān)模塊主要由主控制芯片、無線串口模塊E31-T50S2(或類似的大功率模塊)等組成,也起到了轉(zhuǎn)發(fā)中繼的作用。網(wǎng)關(guān)所處的位置離各個(gè)節(jié)點(diǎn)位置(各個(gè)大棚等)的距離大概相同。當(dāng)然如果在比較小的網(wǎng)絡(luò)里,也可以將網(wǎng)關(guān)部分取締。
主機(jī)端服務(wù)器主要由主控制設(shè)備、無線串口模塊E31-T50S2(或類似的大功率模塊)、計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)軟件等組成。
用戶端利用各種終端設(shè)備,通過互聯(lián)網(wǎng)與主機(jī)端服務(wù)器聯(lián)系起來。
整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如上所述,當(dāng)工作人員需要知道農(nóng)作物當(dāng)前所處環(huán)境的狀態(tài),則控制主機(jī)端無線串口模塊向空中發(fā)出詢問命令信號。當(dāng)網(wǎng)關(guān)收到正確的詢問命令信號,則向空中發(fā)出一段長度適宜的前導(dǎo)碼+詢問命令信號。當(dāng)節(jié)點(diǎn)無線串口模塊監(jiān)聽到正確的前導(dǎo)碼,則進(jìn)入正常工作狀態(tài),接收詢問命令信號。而后將主控制設(shè)備存儲的溫度、土壤水分、液位等信息集成應(yīng)答信號發(fā)射到空中,發(fā)射完成后轉(zhuǎn)換到周期性喚醒監(jiān)聽狀態(tài)。當(dāng)網(wǎng)關(guān)收到正確的應(yīng)答信號后,將應(yīng)答信號轉(zhuǎn)發(fā)給主機(jī)端服務(wù)器。工作人員可以通過終端軟件查看農(nóng)作物當(dāng)前所處環(huán)境的狀態(tài),如下圖所示:
當(dāng)工作人員確認(rèn)需進(jìn)行灌溉,則控制主機(jī)端向空中發(fā)出操作命令信號。當(dāng)網(wǎng)關(guān)收到正確的操作命令信號,則向空中發(fā)出一段長度適宜的前導(dǎo)碼+操作命令信號。當(dāng)節(jié)點(diǎn)無線串口模塊監(jiān)聽到正確的前導(dǎo)碼,則進(jìn)入正常工作狀態(tài),接收操作命令信號,并通過串口傳輸信號,傳輸完成后則進(jìn)入周期性喚醒狀態(tài)。主控制設(shè)備通過串口得到來自無線串口模塊的信號,分析處理,控制各類設(shè)備完成灌溉的操作,如下圖所示:
目前,該類系統(tǒng)的難點(diǎn)就是節(jié)點(diǎn)整體的低功耗。其中節(jié)點(diǎn)的無線部分已經(jīng)很好地達(dá)到了這一目的。隨著物聯(lián)網(wǎng)科技以及新型能源的不斷發(fā)展,這類灌溉系統(tǒng)會更加完善。
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審核編輯:湯梓紅
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