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【案例分享】無(wú)線(xiàn)喚醒技術(shù)在灌溉系統上的應用案例
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概述
農業(yè)是一個(gè)國家的經(jīng)濟命脈，國家的發(fā)展離不開(kāi)農業(yè)的發(fā)展。我國作為農業(yè)大國之一，隨著(zhù)農業(yè)的發(fā)展，農業(yè)用水占比也越來(lái)越高。并且我國目前農業(yè)上的灌溉主要還是以傳統的人工灌溉為主。
傳統的人工灌溉主要有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(guò)量灌溉；
- 人員活動(dòng)避免不了影響和破壞農作物的生長(cháng)。
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(cháng)的環(huán)境質(zhì)量，那就必須對傳統的灌溉方法進(jìn)行改進(jìn)，將科技應用到農業(yè)灌溉上。本文簡(jiǎn)要介紹無(wú)線(xiàn)串口模塊的無(wú)線(xiàn)喚醒在灌溉系統上的應用原理。
無(wú)線(xiàn)喚醒
無(wú)線(xiàn)喚醒，也可以理解為空中喚醒（英文名叫Wake On Radio），通過(guò)無(wú)線(xiàn)的手段喚醒處于休眠的節點(diǎn)模塊。
原理
喚醒方在發(fā)射有效數據前加一段較長(cháng)的前導碼；被喚醒方周期性地起來(lái)監聽(tīng)空中的無(wú)線(xiàn)信號，一旦捕捉到正確的前導碼則進(jìn)入接收數據狀態(tài)，若一無(wú)所獲則立即進(jìn)入休眠，等待下一次的喚醒監聽(tīng)。為了保證每次都能正常喚醒被喚醒方，喚醒方發(fā)射前導碼的時(shí)間應略大于被喚醒方醒來(lái)的時(shí)間間隔。如下圖所示:
圖 2無(wú)應答無(wú)線(xiàn)喚醒示意圖
同樣地，若被喚醒方需應答喚醒方，則如下圖所示:
圖 3帶應答無(wú)線(xiàn)喚醒示意圖
方案介紹
方案組成
將無(wú)線(xiàn)喚醒應用到農業(yè)灌溉系統，整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )主要由多個(gè)節點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、主機端服務(wù)器、用戶(hù)端組成，以實(shí)現遠程操作、掌握農作物當前環(huán)境狀態(tài)、合理灌溉。
節點(diǎn)主要由主控制設備
- E31-T50S2
- 各類(lèi)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)主要由主控制芯片、無(wú)線(xiàn)串口模塊（或類(lèi)似的大功率模塊）等組成，也起到了轉發(fā)中繼的作用。網(wǎng)關(guān)所處的位置離各個(gè)節點(diǎn)位置（各個(gè)大棚等）的距離大概相同。當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。
方案原理
主機端服務(wù)器主要由主控制設備、無(wú)線(xiàn)串口模塊E31-T50S2（或類(lèi)似的大功率模塊）、計算機、系統軟件等組成。
用戶(hù)端利用各種終端設備，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與主機端服務(wù)器聯(lián)系起來(lái)。
整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )如上所述，當工作人員需要知道農作物當前所處環(huán)境的狀態(tài)，則控制主機端無(wú)線(xiàn)串口模塊向空中發(fā)出詢(xún)問(wèn)命令信號。當網(wǎng)關(guān)收到正確的詢(xún)問(wèn)命令信號，則向空中發(fā)出一段長(cháng)度適宜的前導碼+詢(xún)問(wèn)命令信號。
當節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)串口模塊監聽(tīng)到正確的前導碼，則進(jìn)入正常工作狀態(tài)，接收詢(xún)問(wèn)命令信號。而后將主控制設備存儲的溫度、土壤水分、液位等信息集成應答信號發(fā)射到空中，發(fā)射完成后轉換到周期性喚醒監聽(tīng)狀態(tài)。
當網(wǎng)關(guān)收到正確的應答信號后，將應答信號轉發(fā)給主機端服務(wù)器。工作人員可以通過(guò)終端軟件查看農作物當前所處環(huán)境的狀態(tài)，如下圖所示:
當工作人員確認需進(jìn)行灌溉，則控制主機端向空中發(fā)出操作命令信號。
當網(wǎng)關(guān)收到正確的操作命令信號，則向空中發(fā)出一段長(cháng)度適宜的前導碼+操作命令信號。當節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)串口模塊監聽(tīng)到正確的前導碼，則進(jìn)入正常工作狀態(tài)，接收操作命令信號，并通過(guò)串口傳輸信號，傳輸完成后則進(jìn)入周期性喚醒狀態(tài)。
主控制設備通過(guò)串口得到來(lái)自無(wú)線(xiàn)串口模塊的信號，分析處理，控制各類(lèi)設備完成灌溉的操作，如下圖所示:
目前，該類(lèi)系統的難點(diǎn)就是節點(diǎn)整體的低功耗。其中節點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)部分已經(jīng)很好地達到了這一目的。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)科技以及新型能源的不斷發(fā)展，這類(lèi)灌溉系統會(huì )更加完善。
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