温室无线智能水表应用系统

　　物联网是继“互联网”浪潮之后的又一次科技革命。北京市市长郭金龙在２０１０年政府工作报告中指出，要“推进‘感知北京’示范建设，积极发展物联网产业”。２００９年北京市农业用水量占水资源使用总量的３４％，因此加快提高农业用水管理水平，实现农业用水的集约化、科学化管理，对于缓解全市日益紧张的水资源形势刻不容缓。近几年来北京市农业用水管理取得了较大的进步，但同时仍存在着一些问题。一方面，由于部分农户节水意识不强，农业灌溉用水仍存在水费平摊的现象；另一方面，一些温室安装了无线智能水表，可以进行水费计量，但由于每个水表出水口压力是一定的，用水高峰时如果各个温室都开阀放水进行灌溉，则存在部分水表出水口压力不足，不能很好灌溉的问题，尤其对喷灌影响更大。为了解决上
述问题，可采用中央调控的用水管理方式在用水高峰时来进行统一的用水调度。互联网的日益完善和网络费用的降低为农用智能水表的网络互联提供了契机。智能水表的网络互联可以实现水表的无线充值、水量的远程采集以及水表阀门的远程控制，减少了农户温室用水管理中存在的问题，从而提高农业用水管理水平。 

　　１　总体设计 

　　温室无线智能水表物联网应用系统由无线智能水表、中继器、村镇用水管理软件、用水管理中心数据发布软件组成。在此系统中，村镇用水管理站通过无线电台与中继器进行连接，中继器通过无线模块与无线智能水表进行连接，从而实现了水表的无线充值、水量的远程采集以及水表阀门的远程控制，也中国农村水利水电·２０１１年第１０期４１可以实现温室大棚用水的中央统一调度，提高温室大棚的水利用效率。系统通过无线通信模块将水表中的水量数据传输到村镇用水管理站，同时各个村镇用水管理站可以通过以太网或ＧＰＲＳ网络将水表数据发送到用水管理中心平台上，平台将接收到的用水数据进行解析后并将其存入到数据库中，同时可通过Ｗｅｂ页面进行展示，用户可以进行网络充值和水量查询。 

　　系统总体结构如图１所示。

　　２　中继站设计 

　　中继器负责接收村镇用水管理站计算机发出的指令，然后将指令转发到无线智能水表中，并根据指令将智能水表中的水量数据上传到村镇用水管理站。系统中的中继器主要采用ＭＳＰ４３０Ｆ１４９单片机进行开发，使用２个串口实现与无线电台和无线模块的连接。中继器使用串口１连接无线电台，实现与村镇用水管理站的无线电台通信。使用串口２与无线模块连接，实现与无线智能水表的短距离无线通信，通信距离约为１０００ｍ。中继器硬件结构图如图２所示。中继器中的Ｐ２口连接拨码开关，通过拨码来配置中继器的地址，这个地址是监控软件通信的重要参数。 

　　中继器的通信协议制定如下：数据以１６进制的数形式进行传输，一包完整的数据包括：引导符号＋中继器地址＋数据区＋结束标记。数据采用十六进制形式表示。具体如下：ＰＣ发送数据协议组成：引导字符＋中继地址＋数据区＋结束字符。
　　说明：
　　（１）引导字符：占１个字节，固定字符为０ｘＡＡ；
　　（２）中继地址：占１个字节，中继器拨码开关可以设置（大小１～２５５）；
　　（３）数据区：见下文协议；
　　（４）结束字符：占２个字节，固定字节为０ｘ０Ｄ，０ｘ０Ａ，表示回车和换行。
　　数据区通信协议为：地址＋命令类型＋数据＋数据＋２字节ＣＲＣ校验。
　　（１）地址：水表地址占４个字节，高位在前，低位在后；
　　（２）命令类型：占１个字节，用不同的数字代表不同的命令类型；
　　（３）数据：水表寄存器的值；
　　（４）校验：ＣＲＣ校验，对前面所有数据进行ＣＲＣ校验，占２个字节，高位在前，低位在后。
　　命令类型编码：有６种类型的命令，如表１所示。