采用分布式嵌入式系统的灌溉控制系统

采用分布式嵌入式系统的灌溉控制系统摘要:在农业领域的技术引进可以在减轻农民工作量的同时，提高作物的生产力和质量。分布式嵌入式系统(DES)有助于农民创造合适的环境去收割作物，即使是在不稳定的自然天气条件下。分布式嵌入式系统有效地测量和控制在作物生长周期必要的、不同的参数，如水的可用性，温度，湿度等等。土壤质量与作物发育取决于灌水方法。本文提出控制器局域网络（CAN）通信，用来处理分布式节点用于灌溉系统之间的通信。关键词:分布式嵌入式系统，控制器局域网络，灌溉系统一、引言人类生活的基本需要和工业排料的需求主要是农产品[6]。食品需求也随着全球人口的增加而增加。为了满足这些要求，就需要整改传统的农业方法，以提高农业部门的生产力[4]。通过在农业领域的新技术，生产力和质量可以显著提高。反过来说，这又有效地降低了产品的人力资源和其他能源资源的成本[4]。农产品高度依赖于由天气条件决定的温度、灌溉等的调度[3]。随着最新技术的使用，监测天气条件并进行相应的安排，也可能实现[4，3]。作物的增强可以让国家经济更好地增长[2，6]。在不同的温度和湿度下对农药、肥料和灌溉的要求[2，1，4]，农业作物更是需要独特的计划[2，1，4]。通过测量土壤湿度、温度、农药和肥料的数量来设计一个更好的灌溉调度，从而控制土壤中的农药和肥料的数量[5，6]。最近漂移灌溉技术（DIT）是农业和旱作区最有用的、最受欢迎的灌溉技术[4,5]。在我们的论文中，我们提出了自动灌溉系统的更好的不同的农业产品，使用控制器局域网络（CAN）为基础的分布式嵌入式系统（DES）。在我们的工作中，我们已经成功地开发和建立不同的节点之间的通信。二、CAN介绍在1980年代后期，CAN最初是由罗伯特博世设计，用来减少车辆线束的复杂性[7]。CAN使用两个有线串行通信传输网络中的分布式节点之间的信息，不同的比特率高达1兆字节/秒的最大值[7]。CAN建立异步通信，采用不归零（NRZ）为数据传输数位模式方案[7]。在不归零位模式由于相同位长，序列数据损失发生在抖动和高频处的噪声。抖动问题可以通过在同一个位之间插入一个边缘来解决。此边缘也可以用来建立接收到的数据和接收节点的时钟之间的同步。在CAN里，这个边缘可以插入在发射机节点的位填充机制，而边缘可以通过填充机制在接收节点处删除。位填充方法在第五位的情况下，如果超过五个相同的位被发现，则在消息帧中增加一个位的反极性。在缓冲区中存储数据之前，接收节点通过在接收节点上的填充删除边缘。图1显示了用于在不同节点之间传输数据的数据帧格式。CAN协议的两个不同的版本是常用的，(1)CAN2.0A和(2)CAN2.0B基于不同数据帧头部分的框架[7]。图1CAN数据帧格式A.CAN2.0A数据帧头场分布CAN2.0A数据帧头由18位组成，前11位被用作帧标识符。第12位被称为远程传输请求（RTR）位，用来区分数据帧和数据请求帧[7]。下一位被用作标识符扩展（IDE）点，用来确定标准型框架（CAN2.0A）和扩展型（CAN2.0B）之间的区别。一位称为R0，保持储备未来的目的。下面的4位形成一个数据长度码字段，指定以数据传送的字节数[7]。B.CAN2.0B数据帧头的场分布CAN2.0B数据帧头包括38位。前11位被用作帧基标识符。下一个隐性位基标识符作为替代远程请求位（SRR）。以下IDE位主导地位表明接下来的18位是扩展标识符字段，即扩展帧（CAN2.0B）。一位被称为远程传输请求（RTR）位用来区分数据帧和数据请求帧[7]之间。接下来的两位标记为R0和R1，保持储备未来的目的。下面的4位形成一个数据长度码字段，指定以数据传送的字节数[7]。在上述两种情况下，下一个64位（8字节）字段被称为携带信息的数据字段。接下来的15位形成一个循环冗余校验（循环冗余校验）字段来检查数据的完整性。接下来的2位保持隐性，作为确认字段和下一位表示帧结束（EOF）领域。最后的3位称为间歇场,提供最小时间间隔的连续消息[7，8]。总线上的“多主”通信的概念是，如果CAN的总线是理想的，每一个节点都可以作为主，并可以在任何时间发送帧。如果是多个节点准备在同一时间发送信息的情况，CAN被分配给该节点和具有最高标识符值的帧的节点[7，8]。一旦帧被发送，它是由所有的接收器接收，但是只有受关注的接收器节点应该接收帧而其他接收器节点应该拒绝帧。这可以通过适当设置的帧过滤器来实现[7]。三、proposed系统proposed系统实现了最低努力获得最大质量作物的自动灌溉管理。这种优化的实现可以通过为不同的作物设计不同的灌溉计划。漂移灌溉是农业领域最受欢迎的技术。在这个灌溉系统中，适当大小的管道铺设在作物和水源之间，通过泵和阀机构之间的同步，水可以以受控的方式供应给植物。通过漂浮着适当数量的肥料/农药的水，可以很容易地满足作物对肥料/农药的要求，也可以很容易地管理由嵌入式系统控制的泵和阀系统。应用嵌入式系统进行灌溉控制，自动降低人工成本，提高生产的时间调度，可以更好地管理系统。在所获得的电流参数和作物的具体要求的基础上，一个适当的算法嵌入在嵌入式系统中，激活水的输送控制方式所需的执行器。提出的系统分布在三个主要部分A)一种获取电流参数的测量系统B)用于优化的分析和控制系统C)执行器系统A.测量系统图2测量系统框图测量系统如图2所示，测量不同参数的领域，按照预先设计的计划，提供了系统的分析与控制（ACS）。测量系统由不同的传感器，如pH传感器，温度传感器，湿度传感器等来测量作物周围的不同的字段参数。这些传感器通常将物理参数的模拟电子信号转换为使用模拟数字转换器（ADC）和数字形式输入节点控制单元（NCU）。NCU采用预定义的参数比较这些电流参数和存储的上限和下限阈值的各参数，如果值跨越门槛限制，NCU立即报告中央决策控制单元（计算机监控器）进一步行动。B.分析及控制系统（ACS）为了给作物提供了有利的环境条件，本单位收到NCUs分析数据并选择特定的驱动器激活相应的政策。中央管理和控制单元（计算机监控器）是预先对不同作物进行适当调度的。基于现有作物，农户在系统中执行适当的程序应用。在特定的应用程序的激活下，控制系统获取相关参数的阈值限制数据的变化。通过分析变化测量的参数和实际作物的需求，计算机监控器决定并发送控制信息给执行系统（AS）。分析和控制系统如图3所示，保持之间的所有单位的农场管理优化适当的沟通。图3分析和控制系统框图C.执行系统图4执行系统框图执行系统，如图4所示，ACS和所需的农场面积控制执行机构沟通。为调度执行设备的控制，ACS和中央执行机构控制单元（CACU）共享特定领域的致动器装置信息段。一旦信息被接收，执行器的控制单元（ASCU）就传递命令和控制程度。在命令的基础上，联合激活所需的致动器装置，启动电机在管道抽水和为了更好的液体流量管理进行开/关阀顺序。D系统的实现在提出的系统中，两个独立的总线被用来处理系统通信。首先从CAN总线传输测量系统测量参数的数字化信息，ACS。帧标识符场，如表1所示的前三位表示测量类别代码和八位标识符场休息是NCU的身份。在数据字段中的八个字节，第一个和第五个字节包含有关参数类型的信息。二总线是用来建立ACS和执行系统之间的通信的。表1帧标识符字段，如表二所示的第一个三位表示控制类代码，和其余的八位标识符字段代表执行器设备的身份。在数据字段中的八个字节，第一个和第五个字节包含有关控制类型的信息。表2载波侦听多址接入（CSMA）协议应用于选择优先级最高的标识符的数据帧从许多其他可用的帧发送CAN总线。在CSMA协议决策的基础上，选定节点框架让计算机监控器进一步行动。计算机监控器分析数据并发送命令执行系统操作。然后，计算数据帧发送控制信息驱动装置，在驱动装置的过滤机制决定发送的帧接受或拒绝执行舵机系统的控制操作。四、实验工作我们使用两个由飞思卡尔CAN总线通信的硬件演示板demo9s08dz60已经开发了试验台的驱动控制系统。软件是在C语言中使用代码战士仿真工具开发的。一个演示板作为计算机监控器，另一个演示板配置作为致动器的控制装置来使用，在不同距离的公交网络上建立了两个演示板之间的通信。我们连接直流电动机（5V直流电机）和LED连接在董事会的port-3致动器装置。致动器装置和调度的激活被建立作为接收的数据参数的函数。CRO的波形数据帧/秒的数据速率参考如图5所示。图5五、结论与未来工作在本文中作者提出了一种方法，通过CAN和相关技术在实际领域的应用，来使农业获得更好的生产力，因此作者开发了不同的数据传输速度下的两个自由规模的演示板之间的控制器局域网络通信。CAN通信测试是用不同的125kb/秒、600kb/秒的数据速率给1米、5米、10米的距离测试的，在测试台上成功建立了所有的数据帧通信。在接收端，执行机构如直流电机和LED，发现工作的控制方式令人满意。很明显的，进一步观察到的抖动水平和噪声增加的距离和数据速率，表明了远程通信系统的进一步改进方向。六、参考文献[1]G.V.Satyanarayana,SD.Mazaruddin,”WirelessSensorBasedRemoteMonitoringSystemforAgricultureUsingZigBeeandGPS”,ConferenceonAdvancesinCommunicationandControlSystems2013(CAC2S2013),pp.110-114,2013.[2]N.R.Patel,S.S.Thakare,D.S.Chaudhari,”AReviewofDifferentParameterMonitoringSystemsforIncreasingAgriculturalYield”InternationalJournalofInnovativeTechnologyandExploringEngineering(IJITEE)ISSN:2278-3075,Volume-2,Issue-4,March2013[3]Mr.S.G.Galande,Dr.G.H.Agrawal,“EffectsofDripIrrigation,EmbeddedSystemandFertilizersonSugarcane”,InternationalJournalofEngineering,BusinessandEnterpriseApplications(IJEBEA),pp.5-8,ISSN(Print):2279-0020,ISSN(Online):2279-0039,Augest-November-2012[4]N.Priyanka1,Aravind,”ModernIndianAgriculturalSystemusingGSM”,[IJESAT]InternationalJournalofEngineeringScience&AdvancedTechnology,Volume-2,Issue-5,1354–1356,ISSN:2250–3676.September-Octber-2012.[5]ChandrikaChanda1,SurbhiAgarwal2,Er.B.PersisUrbanaIvy,AP(SG)3,”ASurveyofAutomatedGSMBasedIrrigationSystems”,InternationalJournalofEmergingTechnologyandAdvancedEngineering,ISSN2250-2459,Volume2,Issue10,pp.370-373,October2012.[6]DeeptiBansal,S.R.NReddy,”WSNBasedClosedLoopAutomaticIrrigationSystem”,InternationalJournalofEngineeringScienceandInnovativeTechnology(IJESIT),Volume2,Issue3,May201