无线唤醒在灌溉系统上的应用

农业是一个国家的经济命脉,国家的发展离不开农业的发展。我国作为农业大国之一,随着农业的发展,农业用水占比也越来越高。并且我国目前农业上的灌溉主要还是以传统的人工灌溉为主。传统的人工灌溉主要有3大缺点:

为了降低人工成本,合理地利用水资源,同时提高作物生长的环境质量,那就必须对传统的灌溉方法进行改进,将科技应用到农业灌溉上。本文简要介绍无线串口模块的无线唤醒在灌溉系统上的应用原理。

随着无线串口模块的应用越来越广发,越来越多的公司在自己的无线串口模块上面添加了无线唤醒的功能。香港马会资料管家婆,绝大部分无线串口模块都带有无线唤醒这一功能,如E32-433T30SE31-T50S2E30-T100S2

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1  具备无线唤醒功能的串口模块(来自香港马会资料管家婆官网)

无线唤醒,也可以理解为空中唤醒(英文名叫Wake On Radio),顾名思义,通过无线的手段唤醒处于休眠的节点模块。简单介绍下原理:唤醒方在发射有效数据前加一段较长的前导码;被唤醒方周期性地起来监听空中的无线信号,一旦捕捉到正确的前导码则进入接收数据状态,若一无所获则立即进入休眠,等待下一次的唤醒监听。为了保证每次都能正常唤醒被唤醒方,唤醒方发射前导码的时间应略大于被唤醒方醒来的时间间隔。如下图所示:

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2无应答无线唤醒示意图(来自LoRa官方AN文档《LoraLowEnergyDesign_STD.pdf》)

同样地,若被唤醒方需应答唤醒方,则如下图所示:

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3带应答无线唤醒示意图(来自LoRa官方AN文档《LoraLowEnergyDesign_STD.pdf》)

将无线唤醒应用到农业灌溉系统,整个系统网络主要由多个节点、网关、主机端服务器、用户端组成,以实现远程操作、掌握农作物当前环境状态、合理灌溉。以香港马会资料管家婆的E31-T50S2为例进行介绍。节点主要由主控制设备、E31-T50S2、各类控制器、温度传感器、土壤水分传感器、液位传感器等组成,如下图所示:

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网关主要由主控制芯片、无线串口模块E31-T50S2(或类似的大功率模块)等组成,也起到了转发中继的作用。网关所处的位置离各个节点位置(各个大棚等)的距离大概相同。当然如果在比较小的网络里,也可以将网关部分取缔。

主机端服务器主要由主控制设备、无线串口模块E31-T50S2(或类似的大功率模块)、计算机、系统软件等组成。

用户端利用各种终端设备,通过互联网与主机端服务器联系起来。

整个系统网络如上所述,当工作人员需要知道农作物当前所处环境的状态,则控制主机端无线串口模块向空中发出询问命令信号。当网关收到正确的询问命令信号,则向空中发出一段长度适宜的前导码+询问命令信号。当节点无线串口模块监听到正确的前导码,则进入正常工作状态,接收询问命令信号。而后将主控制设备存储的温度、土壤水分、液位等信息集成应答信号发射到空中,发射完成后转换到周期性唤醒监听状态。当网关收到正确的应答信号后,将应答信号转发给主机端服务器。工作人员可以通过终端软件查看农作物当前所处环境的状态,如下图所示:

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当工作人员确认需进行灌溉,则控制主机端向空中发出操作命令信号。当网关收到正确的操作命令信号,则向空中发出一段长度适宜的前导码+操作命令信号。当节点无线串口模块监听到正确的前导码,则进入正常工作状态,接收操作命令信号,并通过串口传输信号,传输完成后则进入周期性唤醒状态。主控制设备通过串口得到来自无线串口模块的信号,分析处理,控制各类设备完成灌溉的操作,如下图所示:

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目前,该类系统的难点就是节点整体的低功耗。其中节点的无线部分已经很好地达到了这一目的。随着物联网科技以及新型能源的不断发展,这类灌溉系统会更加完善。

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