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：

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过量灌溉；

人员活动避免不了影响和破坏农作物的生长。

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。成都亿佰特电子科技有限公司，绝大部分无线串口模块都带有无线唤醒这一功能，如E32-433T30S，E31-T50S2，E30-T100S2等

 

图 1  具备无线唤醒功能的串口模块（来自成都亿佰特电子科技有限公司官网）

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:

 

图 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:

图 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。以成都亿佰特电子科技有限公司的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:

 

网关模块主要由主控制芯片、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:

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:
 

 

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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　　审核编辑：汤梓红