基于嵌入式技术的智能灌溉系统设计与实现
基于cortex-A9处理器实验平台，实现对种植农作物、蔬菜、果树等的土壤温湿度及光照进行远程或本地监测，同时对泵的开关进行控制。
1 目的和要求
1.1 背景
当今时代，随着科技的发展与经济水平的不断提高，人们的生活水平得到了不断改善，人口数量也呈现出不断增长的趋势。人口数量的不断增长，势必会给社会发展带来持续增大的压力，产生一系列尖锐的社会问题。其中，解诀粮食紧张的问题迫在眉睫。传统的农业灌溉系统不仅需要消耗大量的人力、物力，而且效率也不高。因此，对原有的灌溉系统进行有效改进，已成为农业灌溉系统发展的趋势。通常讲智能灌溉系统由传感器、控制器水艺网和后台监控系统、电磁阀以及供水系统等共同组成。首先是传感器将土壤的温、湿度等信息监测并传送到控制器进入控制终端，终端会对来自传感器的信号进行处理(如转换、滤波、放大)后进行转换。当检测得到的湿度值小于事先设定数值时，电磁阀就会开启为喷头输水，喷头就会以不同的角度旋转喷水。同理，检测湿度到达设定值时，控制终端会控制电磁阀关闭灌溉结束。在实际安装过程中，会在电磁阀-.侧安装压力表，这是为了避免远离水源的喷头因水压不足而发生喷头射程减少的现象。整个系统互相协调，即可实现对灌区灌溉的智能控制，这能有效的提高自动化生产效率，降低人力成本和管理成本显著提高效益。更重要的是，他还是一种非常有效的节约水资源的，提高水资源利用效率的方式。
我们设计了一种基于嵌入式的智能灌溉系统，该系统可利用温度传感器、湿度传感器并把采集到的信息传送到嵌入式处理器中。嵌入式处理器利用模糊控制算法对各种信息进行处理，以处理后的结果控制执行机构执行相应的动作，从而实现对整个系统的控制。同时，以智能移动设备为远程控制设备可随时随地观测采集到的数据，并可对系统实现远程控制。
1.2 目的
基于Cortex-A9处理器实验平台，实现对种植农作物、蔬菜、果树等的土壤温湿度及光照进行远程或本地监测，同时对泵的开关进行控制。
1.3 要求
操作者必须熟练掌握ubuntu及其各种操作命令，对Cortex-A9多核开源嵌入式试验箱有基本的认知并能熟练操作。
2 任务分析
本设计的智能灌溉系统控制模块具有一定的可扩展性,经由相应的软硬件测试,满足智能控制的实时性、通用性、低功耗要求。智能灌溉系统模块能够实现与被控设备的连通以及控制信号的发送,可利用网络终端能进行智能化远程控制,实现了智能拉合的控制功能。该系统部署方便,成本低廉,在智慧农业和嵌入式应用等领域有较广阔的应用发展前途。
2.1 实验设备
1)装有ubuntu系统并配置了交叉编译环境的win7电脑。
2) Cortex-A9的多核开源嵌入式实验箱。
3)串口线及网线各一条。
2.2 操作步骤
1)将4412_Smartirrigation_task文件夹压缩成zip格式或者tar.gz格式(方便解压使用unzip或者tar -zxvf命令)
2)配置终端、开发板ip地址 ，必须在同一网关中。
终端ip：连接好串口线以及网线之后点击右上角选择最下面一个选项，选择wire，新建add，选择ipv4，模式选择muanul，再次点击add配置ip，输入完成点击apply即可。
开发板ip：输入ifconfig -a命令查看端口(一般为eth0)，输入ifconfig eth0 IP地址 。
3)将4412_ Smartirrigation task文件夹放在tftpboot文件夹中并传入开发板中，tftp+ip地址–g–r文件名。
4)解压4412 Smartirrigation _task文件夹。
5)进入driver文件夹，挂载两个驱动（am2311.ko、leds_drv.ko、insmod(加载模块到内核)驱动文件。
6)返回上一级，直接给文件夹设置权限chmod +x 文件夹名称–R。
7)进入文件夹 运行start.sh启动文件。
8)使用火狐浏览器输入开发板ip地址即可进入登录页面用户名：hs，密码：123456。
9)成功进入之后即可控制三个模块，led control为灯光控制模块 ，Smartirrigation humiture为温湿度控制模块，Smartirrigation monitor为远程监控控制模块。
3 主要内容
3.1 需求分析
本项目设计了一套智能灌溉系统，用户可以根据传感器探测到的大棚内的生态环境，可自行使用网络终端调控合适的环境。采用Cortex-A9架构系列的Exynos4412处理器为核心控制器,搭建了置放于户内的Boa固定服务器,并设计了移动客户端软件。用户凭借自身的移动客户端软件,就可以采用有线或者APP等无线方式对自己远端的农业设备进行数据采集和遥控。系统能够自动感应采集周围环境的温湿度,并根据采集到的温湿度值反馈给终端,用户可随时通过手机APP或web浏览器远程控制棚内的温湿度,该系统基于智云物联平台设计,通过无线传感器采用温湿度，通过电机控制是否进行灌溉，同时采用了无线网络通信技术。客户通过web或android手机App对环境进行控制。
智能灌溉系统可以实现如下功能:
1)可以通过led灯的亮灭控制光照强度。
2)可通过温湿度传感器向终端发送数据。
3)用户可通过移动终端控制是否进行灌溉。
3.2 总体设计
3.2.1 系统模块
如图3-1所示
3.2.2 系统总体结构设计
智能灌溉系统的总体设计思路是利用温湿度传感器采集环境温度和湿度，采用步进电机对是否进行灌溉控制，，将上述无线传感器通过zigbee无线网络与协调器节点通信，协调器节点通过串口与终端网关通信，终端通过wifi接入互联网，在网页上对其进行控制。
3.2.3 系统功能分析
通常讲智能灌溉系统由传感器、控制器水艺网和后台监控系统、电磁阀以及供水系统等共同组成。该研究的准则是“智慧、环保和安全为本”， 实现对灌区灌溉的智能控制，这能有效的提高自动化生产效率，降低人力成本和管理成本显著提高效益。本文所研究的智能灌溉控制系统是根据人们日常农业生产的环境融入智能技术所实现的智慧农业。整个控制系统主要是实现如下功能。
温湿度参数采集控制系统。智能灌溉系统主要通过温湿度传感器采集环境温湿度参数,并且把采集到的模拟信号转换为数据信号显示到LED屏幕上。
1)Led灯控制系统
通过网页登陆远程控制LED灯的光照强度以及亮灭。
2)直流电机控制系统
该模块用来仿真灌溉系统。
3)用户交互控制系统
用户交互控制系统主要通过网页端,可以看到温湿度参数，以及远程控制光照强度和是否进行灌溉。
各系统之间的关系如图3-2所示：
3.3 详细设计
3.3.1 登录界面与主页
1)在Ubuntu中使用火狐浏览器输入开发板ip地址（192.168.1.1）即可进入登录页面。用户名：hs ；密码：123456。
2)成功进入即可看到两个控制模块 ，led灯控制模块和温湿度控制模块 。
3.3.2 温湿度控制
1)设置温湿度的预警值，当温湿度超过预警值时，电机会控制进行灌溉。
2)温湿度正常时，按照之前的正常状态继续工作。
3.3.3 直流电机控制
当检测得到的湿度值小于事先设定数值时，电磁阀就会开启为喷头输水，喷头就会以不同的角度旋转喷水。同理，检测湿度到达设定值时，控制终端会控制电磁阀关闭灌溉结束。该模块用来仿真灌溉系统。
3.4 代码设计流程图
3.4.1 项目启动流程图
如图3-4-1所示：
3.4.2 项目核心设计流程图
如图3-4-2所示：
3.5 系统测试
智能灌溉系统控制系统登录页面如图3-5-1所示:
LED灯控制如图3-5-2所示:
温湿度控制界面如图3-5-3所示:
4 总结
本次课程设计为期一周，我们设计了一种基于嵌入式的智能灌溉系统，该系统可利用温度传感器、湿度传感器等对现场的环境信息进行采集，并把采集到的信息传送到嵌入式处理器中，可提高系统的实时性和智能化水平，运用模糊控制的系统控制算法，对不易建立精确数学模型的控制对象能够进行很好的处理，最终对系统实现远程控制，能够随时随地对系统的运行状况进行监视和控制。远程控制设备为智能手机，具有操作方便、携带便捷等特点。系统采集到的数据及处理后的结果数据可以通过 3G 网络实时发送到智能手机上，同时也可以通过手机上的一些控制键控制系统执行相应的动作，在原有灌溉系统的基础上进行改造，具有成本低、易于维护等特点。
