基于Zigbee技术的水肥一体化调节系统的设计与试验

发布时间：2020-07-27 20:37

【摘要】：本课题来自福建省自然科学基金项目编号(KJd16075A),基于物联网水肥一体化控制系统研究。水肥一体化技术是21世纪农业领域新兴的生产控制技术,它是一门将传统的农业生产模式转换成施肥与灌溉为一体的新农业科学技术。然而,我国南北地形差异大,标准的智能化农业设施在南方无法普及。当前的精准农业技术仍然有待提高,尤其是农业生产过程中水、肥的利用率。在现阶段实行农业可续持发展,则必须结合农业自动化技术、电子信息技术、传感网络技术等相关学科。本课题采用Zigbee无线传感网络对作物的生长环境参数进行无线传输,检测的环境参数包括:光照强度、空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度等,实现了水肥一体化系统根据环境参数来定量控制灌溉。利用OpenCV图像处理软件来评估作物的生长状况,匹配出植株缺氮肥等级,从而及时调节水肥溶液的施肥浓度。并开发了远程控制人机交互界面,实现远程控制。课题通过数据分析得出控制因子温度(7)_1x(8)、湿度(7)_2x(8)、光照强度(7)_3x(8)对因变量灌溉时间长度y有着非常显著的影响。三个因素的主次关系为x_2(29)x_3(29)x_1的结论。水肥一体化系统的溶液配制精度较高,pH值最大误差为0.1,EC值最大误差为12PPM,最小为5PPM,最大方差为140。Zigbee网络具有很好的自组网、自我修复以及自我愈合的功能。本课题以番茄生长过程对氮肥的需求为例,通过试验以及数据比较得出:番茄幼苗在不同的氮肥浓度营养液中,植株生长情况各有不同,氮肥浓度过低会导致植株生长缓慢。利用水肥一体化控制系统,合理地控制水培营养液的氮肥浓度,对于番茄植株的生长具有促进的作用。
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S126;S365
【图文】：

硬件框图,水肥,一体化控制系统

5)水肥一体化均是采用 PLC 作为控制单元，成本高。本课题所设计的水肥一体化控制系统是以STM32系列单片机作为核心处理器，其硬件框图如图1-1所示：

整体结构

图 2-1 整体结构图Figure 2-1 The diagram of overall structure在水肥一体化控制系统的执行功能，可以将整体检测部分，控制部分和管理部分。部分是整个系统的参数输入部分，检测环境参度和二氧化碳浓度四个环境因子，采用 Zigbee据传输，每个节点都可以实现这四个环境参数的对数据信息进行检测，所以减少了大量的布线成化了环境检测的工作量。Zigbee 网络采用簇状任意位置环境参数的检测，提高了数据的可靠性物生长图像信息的采集，来进行作物缺氮肥情行数据融合分析，计算所需水、肥的配比修正值EC 传感器来自动调节施肥时间和施肥浓度。制部分是以 STM32F103RCT6 单片机做为控制核心络中的协调器进行数据交互。控制部分实现了

网络结构图,网络结构

在中国又名紫蜂网络，它的名称灵感来自于蜜蜂字舞向同伴传递食物的位置信息。Zigbee 技术是两十年的研发成果，具有低功耗、自组网、自愈合的著名公司联合推出致力于未来物联网行业无线组网研发的目的是用于军事应用，随着 Zigbee 技术的不泛被用于汽车网络、医疗监护、工业物联网等诸多术是运用在应用层的一种低速率局域网络，Zigbee 技符合 IEEE802.15.4 国际标准，并在符合国际标准的域运用的场合需求，研发了特定的网络层和应用层，功能[48]。Zigbee 的通信网络可以根据不同场合下，设置，它可以工作的频段有 2.4GHz、915MHz 和 868特点，使 Zigbee 的通信网络避免了在重要场合对重场、医院、军事基地等。它的信息传输速率根据不同根据不同检测信息的传输，来选择不同频段，这可率和功耗。Zigbee 网络结构如图 3-1 所示：

【参考文献】