基于物联网的小麦智能灌溉系统的设计

发布时间：2020-07-13 21:12

【摘要】：我国农业种植面积广大,而且一直都是农民凭借经验进行人工灌溉,故用于灌溉的水资源消耗一直很大。随着近几年环境的恶化,大部分地区的小河、水井等都已经干枯,所以提高水资源的利用率、加快转变农业的发展方式迫在眉睫。国家也一直在号召农业现代化,随着国家政策的推出,越来越多的技术被逐渐地应用在农业上,比如智能控制、物联网技术、云计算等。针对目前的形式,本文以小麦田为例,设计了一套基于物联网的小麦智能灌溉系统。基于物联网的小麦智能灌溉系统主要包括四部分:下位机的终端监控设备模块、网关模块、上位机的智能灌溉决策模型和交互界面。终端监控设备用于监测小麦的环境参数和控制电磁阀的开关,该部分主要完成了Zig Bee芯片、各类传感器和电源模块的软硬件设计。网关模块是整个智能灌溉系统的协议转换设备,它将来自终端监控模块的数据包进行分析、压缩和融合后,利用4G网络传输到上位机,此部分主要是Zig Bee、处理器、4G模块的硬件电路设计和网关处理数据的软件工作流程设计。上位机的智能灌溉决策模型主要包括规则模型和数学模型,规则模型是根据小麦灌溉管理的专家知识和种植人员的经验设计的,数学模型是利用彭曼公式和水平衡方程对小麦需水量和所需灌溉量进行的建模,这两种模型均可对小麦的灌溉进行预报和决策,从而达到节水灌溉的目的。最后设计了可实时显示的监控界面,将采集的信息和灌溉决策更直观的展现给用户。本文设计的基于物联网的小麦智能灌溉系统以Zig Bee技术和4G技术相结合的方式实现无线传输,解决了有线传输中布线麻烦、不易维修等问题。同时,该系统的智能灌溉决策模型给出了两种基于不同的灌溉策略下的灌溉决策方法,提高了小麦智能灌溉的准确性,为小麦节水灌溉提供了参考,具有一定的实际意义。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S274.2;TP391.44;TN929.5
【图文】：

架构图,系统总体,架构

2 系统的整体设计及相关技术2 系统的整体设计及相关技术系统整体设计本文设计的小麦智能灌溉系统主要包括四个方面：下位机的终端监控设备网关模块、上位机的智能灌溉决策模型和交互界面。终端监控设备用于监的环境参数如温度、湿度、光照、土壤水分等，并将这些参数通过 Zigbee送到网关模块；网关模块将这些数据包进行分析、压缩和融合后，再利用将数据发送到上位机；上位机通过交互界面实时显示采集数据值；并利用溉决策系统分析处理信息，从而计算出小麦所需的用水量和灌溉量，最后结果通过网关模块反馈给终端节点，从而控制电磁阀的开关。系统总体架 1：

网格图,网格

图 2 网格部署Fig2 Grid layout形网格中：2 2covS = 2πr + 2r 2r = (2π + 4)r2maxS = 4πr ( )2cov2maxS2π + 4 rC = = * 100% 81.83%S 4πr= 形网格中：( 2 2 cov30 1 3r rS = 7πr - 48 πr - = 3π + 6 360 2 2 2 2maxS = 7πr ( )2cov2max3π + 6 3 rSC = = * 100% = 90.11%S 7πr

结构图,内部模块,结构图

图 8 CC2530 内部模块结构图Fig8 CC2530 internal module structure通过图 8 所示的 CC2530 内部模块结构图可以将 CC2530 内部可以分为无线CPU 及内存和其他这三个模块。（1）无线电是 RF 内核控制模拟无线模块，包括数据包过滤、无线收发器识别模块和一个射频数据接口，其工作频带范围：2.400~2.4835GHz。（2）CC2530 使用的 8051CPU 内核为单周期，每个指令周期为 12 个时钟，代码预取功能。一般是以单周期访问 SFR、DATA 和主 SRAM 的三个不同的器访问总线（SFR、DATA 和 CODE/XDATA），映射到 DATA 存储空间和TA 存储空间的 8-KB SRAM 是一个具有超低功耗的 SRAM，当数字部分掉电候，该存储空间能够保留属于自己的部分内容[34]。（3）CC2530 拥有电源接口，用于为开发板提供 3.3V 的工作电压；ADC 接进行模数转换；RS232 接口，这是串口通信接口；仿真接口，实现程序的调下载；扩展接口，预留的 IO 接口，可用于连接各类传感器；天线接口，用

【参考文献】