污灌区自动灌溉系统设计与实现

发布时间：2020-04-18 02:08

【摘要】：随着时代的发展与人口的大规模扩张,导致能源紧缺、耕种面积减少、大气和水土环境的污染等诸多问题不断加剧,因此人类对资源、环境和可持续发展的追求愈加重视。在自然资源日益短缺的情况下,节水节能的自动化灌溉方式已成为全世界灌溉技术发展的总趋势。在自动化灌溉系统中,根据作物生长阶段的不同需水情况进行灌溉控制,对提高水资源的有效利用,实施节水灌溉,提高粮食产量与品质及促进自然资源可持续发展建设具有十分重要的意义。本文结合CAS理论对灌溉作物方式进行建模分析,并采用ZigBee和GPRS传输技术组建无线传感器网络,采集污灌区内环境信息根据优化灌溉方案进行自动化灌溉。主要研究内容如下:(1)设计了一个基于ZigBee技术的无线传感器网络。设计多个传感器节点来采集信息,然后将收集到的数据借助ZigBee网络上传至协调器,后经RS-232串口将数据传送给GPRS模块,GPRS模块联网将向远端主机传送数据进行显示并加以存储。(2)建立污灌区水资源配置系统,以经济效益、社会效益、环境效益为目标,进行水资源优化配置,将配置后农户所得资源的参数带入污灌区水土作物系统模型。针对污灌区水土作物系统中涉及的不同主体,筛选其在复杂适应性配置过程中的特性参数,设定主体特性及行为规则,建立探究作物产量和品质效益在灌溉水条件变化下的污灌区水土作物系统模型,对作物产量品质、需水情况、及土壤性质的变化情况展开分析,提出优化灌溉方案。(3)系统的硬件选型与设计。对无线传感器网络中各节点的硬件设计,核心处理器采用CC2430射频芯片。土壤水分信息采集选用FDS-100土壤水分传感器,水质检测涉及多参数测量,选择MF53热敏电阻作为温度传感器,以及电导率传感器、JYD-1A溶解氧分析仪、PHB-1 pH计和浊度传感器采集灌溉水污染度信息。流量控制模块设计通过继电器控制电动蝶阀,对灌溉用水流量进行采集与控制。为节约能源电源模块采用太阳能电池板,辅以蓄电池对系统内各节点提供能源支持。(4)系统的软件设计。设计自动化灌溉系统灌溉策略和单片机程序。系统对日期进行记录以判断作物所处生长时期,并通过水质传感器监测废污水水质,程序运算后得出与净水的配比,混合作为灌溉水待用。农田设土壤水分传感器来判断作物是否需要灌溉行为,确定灌溉水量后控制流量模块进行浇灌,实现自动化灌溉。本研究将CAS理论引入自动化灌溉系统,为污灌区有限资源的合理分配提供了一个新的思路,对提高水资源的有效利用率,实施节水灌溉,实现高效和精细化农业有着重要的意义。
【图文】：

图1-2采用Java语言编程调用Swarm类库 Java language programming and invoke Swarm层结构，由多个部分组成，其中两个核心结构有着独特的优点：数据与观察部分分开mainObserverswarmModelSwarmagentagentagent……schedulescheduleGUI tools图1-3 Swarm模型运行机制Fig.1-3 Swarm model operational mechanismarm的子类。其包含的所有对象都能在模型不仅包含一系列输入（对象的数量及其初始值

Transpiration）。作物通过根部把水分从土壤中吸收出来后，以水蒸气的形式，通过植物的表面（主要是叶子）散发到大气中去。过程参照图3-7所示，，可以看出水分能够从土壤中通过[5]根毛的吸收作用转移到植物体内，然后被叶肉细胞从根、茎、叶中的[4]导管吸收。在植物的[2]叶肉细胞内，光合作用的重要原料——水，对植物的生命活动有着重要作用，植物体内水分几乎都通过叶的[3]气孔以水蒸气的形式散发到大气中：
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S274.2

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本文编号：2631582