基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)

1、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)捅要水是基礎(chǔ)性的自然資源，又是戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源。由于經(jīng)濟(jì)條件和客觀土地面積的限制，我國(guó)在節(jié)水灌溉控制領(lǐng)域的研究起步較晚，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉發(fā)展相對(duì)滯后，水資源有效源利用率不高。因此，探索一種新型節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文運(yùn)用“物聯(lián)網(wǎng)”概念實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉智能化，把復(fù)雜多變的農(nóng)業(yè)環(huán)境作為一種需要與互聯(lián)網(wǎng)連接的“物品”，通過部署具有自組網(wǎng)能力的灌溉監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，將農(nóng)業(yè)對(duì)象

2、劃分為互相連接的無(wú)線區(qū)域，實(shí)現(xiàn)“全局監(jiān)控，局部灌溉”的思想。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：(1)研究了平面型灌溉區(qū)域網(wǎng)絡(luò)部署模型。針對(duì)農(nóng)田或牧場(chǎng)等平面型區(qū)域，依據(jù)無(wú)線傳感網(wǎng)平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型研究其網(wǎng)絡(luò)容量，估算覆蓋范圍；依據(jù)環(huán)狀能耗模型部署覆蓋優(yōu)先網(wǎng)絡(luò)和連通優(yōu)先網(wǎng)絡(luò)的研究；依據(jù)蜂窩網(wǎng)格模型部署矩形區(qū)域的研究。(2)實(shí)現(xiàn)了灌溉系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。硬件是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，通過硬件可行性分析，系統(tǒng)采用AltiumDesignerWinter09設(shè)計(jì)了Zi

3、gBee灌溉節(jié)點(diǎn)、傳感器數(shù)據(jù)采集和處理、電磁閥驅(qū)動(dòng)等模塊。ZigBee灌溉節(jié)點(diǎn)是整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的核心，實(shí)現(xiàn)了液晶顯示、串口通信、AD采集和DCDC變換等功能。本系統(tǒng)使用ZigBee實(shí)現(xiàn)大面積覆蓋并完成數(shù)據(jù)采集，通過協(xié)調(diào)器接入現(xiàn)有WiFi信息網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至應(yīng)用層。(3)研究了灌溉系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。結(jié)合感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層組成的三層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)，系統(tǒng)采用模塊化程序設(shè)計(jì)，使用IAREmbeddedWkbench

4、f8051開發(fā)環(huán)境在ZigBee協(xié)議棧基礎(chǔ)上開發(fā)了DHT21驅(qū)動(dòng)，增加WiFi事件響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集傳輸。采用VB語(yǔ)言在VS2005環(huán)境下開發(fā)了客戶端軟件，包括用戶管理軟件設(shè)計(jì)、通訊軟件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。通信軟件采用C／S架構(gòu)、通過調(diào)用TCP類實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程連接WiFi設(shè)備，將接收到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)或?qū)?shù)據(jù)庫(kù)中更新的命令發(fā)送到指定網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備。用戶管理軟件通過對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、修改、添加和刪除等功能。量3110億m3，其中

5、農(nóng)業(yè)耗水占747％，T“業(yè)耗水占107％，生活耗水占124％，生態(tài)與環(huán)境補(bǔ)水耗水占22％。全國(guó)綜合耗水率(消耗量占用水量的百分比)為53％，干旱地區(qū)耗水率普遍大于濕潤(rùn)地區(qū)。各類耗水率差別較大，農(nóng)田灌溉為62％，工業(yè)為24％，城鎮(zhèn)生活為30％，農(nóng)村生活為85％。2008年農(nóng)業(yè)用水為232317億m3，農(nóng)田灌溉消耗量為19282億m’，約占農(nóng)業(yè)用水的83％。12國(guó)內(nèi)外節(jié)水灌溉發(fā)展?fàn)顩r灌溉節(jié)水是農(nóng)業(yè)節(jié)水的一種【5】。所謂灌溉節(jié)水，就是在滿足農(nóng)

6、作物需水的前提下盡量減少水資源供給或耗損，以獲得較高的有效利用率。節(jié)水灌溉從過程上考慮，主要體現(xiàn)在兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是減少農(nóng)田土壤的水分蒸發(fā)損失，有效的利用天然降水和灌溉水資源；二是提高作物水分利用率，減少作物的水分蒸騰消耗，獲得較高的作物產(chǎn)量和用水效益。(1)國(guó)外節(jié)水灌溉發(fā)展?fàn)顩r目前世界范圍內(nèi)較流行的節(jié)水灌溉方法有噴灌、滴灌、微灌以及滲灌等，這些灌溉方法在各大洲都不同程度的得到應(yīng)用。北美洲農(nóng)業(yè)節(jié)水發(fā)展水平較高，以美國(guó)為例：美國(guó)土地面積936

7、萬(wàn)km2，耕地面積約占19％，人口255億，人均土地及耕地面積為37hm2和o73hm2，分別為我國(guó)的8倍和47倍。美國(guó)的灌溉面積占總耕地的125％161。美國(guó)農(nóng)業(yè)在宏觀上注重監(jiān)控，微觀上注重實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)控。主要體現(xiàn)在：①在節(jié)水灌溉方式上，目前美國(guó)50％的灌溉面積采用噴灌，43％的為地面灌溉，6％為滴灌，1％為其它方式。其中噴灌80％為中軸式移動(dòng)噴灌。這種噴灌方式具有需要?jiǎng)趧?dòng)力少，一次性投入大，灌溉效率高，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)[71。②依靠高新