一种智能农田浇灌系统的制作方法

本发明涉及农田浇灌系统技术领域，更具体地说，特别涉及一种智能农田浇灌系统。

背景技术：

RFID(无线射频识别, Radio FrequencyIdentification) 是一种非接触式自动识别技术,经过多年发展，RFID 系统的应用领域越来越广泛，在日常生活中得到了广泛的应用，如第二代居民身份证，公交卡，校园一卡通等。

传统的农田浇灌方式需要专人看管机井浪费人力，收费时又经常遇到困难。因此，需要一套方便快捷的智能浇灌系统来解决这些问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种智能农田浇灌系统，使用 FM1702SL 射频芯片实现读写 IC 卡的射频通信， 通过电量芯片 ADE7758 把用水量转换为电量方便的实现用水量的扣费。以微处理器 PIC24FJ64GA006 为核心通过对寄存器的读写控制来实现智能浇灌的目的，并通过 GPRS 模块实现与数据中心的通信，保证了该系统的安全性。

智能浇灌系统包括用水管理软件、主控模块、射频通信模块、电量计量模块、GPRS 模块以及外围电路。智能浇灌系统的软件设计包括系统各个模块的初始化，通信程序，射频卡的读写。所述主控模块的主控芯片为PIC18F14K50，主控模块与水泵开关相连，并控制水泵的开关；所述射频模块的射频芯片为FM1702SL射频芯片，实现读写IC卡的射频通信；电量计量模块的电量芯片为ADE7758，可计量水泵的用电量实现用水量的扣费。主控模块通过对寄存器的读写控制GPRS模块实现与数据中心的通信。

管理人员通过用水管理软件以及射频卡读写器进行开卡，充值等操作。充值成功后，用户使用 IC 卡在读卡区域刷卡，系统读取 IC 卡信息并通过 GPRS 模块和数据中心通信，验证当前 IC 卡的卡片信息和数据中心存储的是否一致，系统接收数据中心返回的信息并做出判断。当卡片信息不一致时，系统对卡片进行停卡操作，用户需要去管理中心重新激活卡片才能使用。当卡片信息一致并且有余额的情况下，主控模块打开水泵开关，水泵开始抽水。同时电量计量模块开始计量水泵的用电量，并在数码管上显示。在当前用户浇灌过程中，有其他用户来刷卡取水，浇灌系统不做任何反应继续执行当前用户的取水操作。当前用户浇灌完后再刷一次卡，主控模块通过读取 IC 卡的扇区信息，判断该用户为当前开泵取水用户， 然后执行关水泵操作抽水停止， 电量计量结束同时停止 IC 卡扣费。 并通过 GPRS模块上传该用户的卡片信息。

与现有技术相比，本发明通过使用 FM1702SL 射频芯片实现读写 IC 卡的射频通信， 通过电量芯片 ADE7758 把用水量转换为电量方便的实现用水量的扣费。以微处理器 PIC24FJ64GA006 为核心通过对寄存器的读写控制来实现智能浇灌的目的，并通过 GPRS 模块实现与数据中心的通信，系统使用方便、工作稳定、可靠性高，有很好的实用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述系统总体框图。

图2是本发明所述系统主控模块电路。

图3是本发明所述系统射频模块电路。

图4是本发明所述系统发射接收电路。

图5是本发明所述系统电量计量模块电路。

图6是本发明所述系统GPRS 模块电路。

图7是本发明所述系统软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1所示，本发明提供一种智能浇灌系统，智能浇灌系统由用水管理软件、主控模块、射频通信模块、电量计量模块、GPRS 模块以及外围电路组成。管理人员通过用水管理软件以及射频卡读写器进行开卡，充值等操作。充值成功后，用户使用 IC 卡在读卡区域刷卡，系统读取 IC 卡信息并通过 GPRS 模块和数据中心通信，验证当前 IC 卡的卡片信息和数据中心存储的是否一致，系统接收数据中心返回的信息并做出判断。当卡片信息不一致时，系统对卡片进行停卡操作，用户需要去管理中心重新激活卡片才能使用。当卡片信息一致并且有余额的情况下，主控模块打开水泵开关，水泵开始抽水。同时电量计量模块开始计量水泵的用电量，并在数码管上显示。在当前用户浇灌过程中，有其他用户来刷卡取水，浇灌系统不做任何反应继续执行当前用户的取水操作。当前用户浇灌完后再刷一次卡，主控模块通过读取 IC 卡的扇区信息，判断该用户为当前开泵取水用户， 然后执行关水泵操作抽水停止， 电量计量结束同时停止 IC 卡扣费。 并通过 GPRS模块上传该用户的卡片信息。

主控模块由单片机 PIC24FJ64GA006 以及一些外围电路组成。主控芯片使用PIC18F14K50，通过它的丰富的接口，可以方便的与各个模块通信。高性能的 RISC CPU，灵活的振荡器结构，以及低功耗管理，这些特性可以很好的完成浇灌系统工作 。单片机 PIC24FJ64GA006 的串行外设接口（SPI）是用于同其他外设或单片机器件进行通信的串行接口。这些外设器件可以是串行 EEPROM、移位寄存器、显示驱动器和 A/D 转换器等。本发明使用 PIC18F14K50 的 SPI 接口和射频芯片，电量芯片进行通信。SPI 模式允许同时同步发送和接收 8 位数据。使用以下4个引脚来实现通信：串行数据输出（SDO），串行数据输入（SDI），串行时钟（SCK），从选择（NSS）。主控模块相关电路如图 2 所示。

射频通信模块主要由 FM1702SL 芯片以及一些外围电路组成， 完成系统的射频通信功能。FM1702SL是复旦微电子股份有限公司设计的基于ISO14443 标准的非接触式读卡机芯片，支持 13.56MHz 频率下的 TYPEA 非接触通信协议，支持多种加密算法。支持SPI接口模式，可以方便的与主控芯片通信。FM1702SL 芯片的 SPI 管脚与主控芯片的SPI管脚相连，RSTPD是 FM1702SL 硬件复位管脚, 当系统上电或者 FM1702SL 出现异常情况时, 主控芯片给 RSTPD管脚上输入一个大于512个时钟周期的低电平即可硬件复位 FM1702SL。IRQ 是 FM1702SL 中断使能管脚, 给主控芯片提供中断信号, 标识 FM1702SL 执行完一个完整命令。射频模块相关电路如图 3 所示。

FM1702SL芯片的 TX1 和 TX2 管脚是用来发射调制过的 13.56MHz 载波信号，辅助几个无源器件来匹配和滤波就可以直接驱动天线。RX 管脚用来接收卡片发出的信号，FM1702SL采用了正交解调电路来解调 RX 管脚上的 ISO14443 标准的副载波信号。发射接收电路如图4所示。

电量计量使用 ADE7758 芯片实现了一个小型的电量表。ADE7758 是美国 ADI 公司开发的一种体积小、动态范围可达 1000∶1 的新型电能测量集成电路,它具有数字积分、数字滤波和实用电能监测、计量等功能。ADE7758 通过 SPI 方式与主控芯片通信，通过计量电量来实现用水量的计量。电量计量模块相关电路如图 5 所示。

GPRS 模块是一个集成化的模块，通过购买现成的GPRS模块SIM900外加一些外围电路来实现无线通信。在模块上电之前，要确保模块外围电路接口连接正确，无短路等异常情况以免损坏模块。通过PWRKEY键给模块开机，然后读取模块STATUS脚判断是否开机。通过串口发送大写AT\r去同步波特率。SIM900通过它的串口与主控芯片进行通信，使浇灌系统连接到数据中心通信，同步用户IC卡信息，来防止复制卡片，恶意修改卡片信息等不安全行为。GPRS模块相关电路如图 6 所示。

智能浇灌系统的软件设计包括系统各个模块的初始化，通信程序，射频卡的读写。智能浇灌系统底层软件可在PIC开发工具下用C语言编写。具体流程为先对各个端口进行初始化，再由主控芯片发送命令对各个模块进行初始化。主控芯片接收到初始化成功的信息后， 等待接收用户卡片送来的卡片操作命令，接收到操作命令后，主控芯片发送射频卡处理命令到FM1702SL，同时GPRS模块和电量计量模块也根据主控芯片发送来的命令进行相关操作。软件流程如图 7 所示。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。