基于Zigbee与GPRS的灌溉施肥控制系统的研究与实现

发布时间：2020-05-13 08:02

【摘要】：淡水资源短缺是全世界需要共同面对并解决的重大课题。农业灌溉所需的淡水量十分巨大,淡水短缺状况在农业用水上表现得更为明显。在世界范围内,由于水资源短缺而造成农作物干旱并因此酿成旱灾的情况时有发生,而且这种情况在灌溉技术落后的国家和地区尤为严重。近年来,中国的灌溉技术虽有所发展,并从一定程度上改善了传统农业的灌溉方式,但从整体来看灌溉效率依然十分低下,在面对旱灾时能够发挥的作用也十分有限。同时,为追求农作物产量,很多地区不节制地过量施用化肥农药,不但利用率低,还会对耕地造成严重伤害,破坏土壤结构的平衡。长此以往,我国将很难实现农业生产的可持续发展。针对上述问题,本文分析了我国灌溉技术的发展现状,以海南省果园种植环境为参考,选取香蕉为灌溉实验对象,研究设计了一个基于Zigbee与GPRS的灌溉施肥控制系统。研究内容及方法包括： (1)采集果园环境信息的无线传感器网络的设计。系统采用Zigbee模块实现现场的无线监测,采用GPRS模块实现远程数据的传输,主要由上位机、GPRS+ZigBee模块、ZigBee模块和各类传感器组成,负责对不同深度的土壤水分、环境温湿度、光照、二氧化碳浓度等环境信息进行采集,这些数据将作为灌溉控制的依据。 (2)远程灌溉控制的设计。主要由上位机、GPRS+ZigBee模块、ZigBee模块和底层电磁阀组成,负责处理采集到的环境信息和用户通过控制界面输入的操作信息,最终输出控制各级阀门的指令,实现土壤灌溉的闭环控制。为进一步提高控制精度,本文利用Matlab Simulink建立模糊控制器并仿真验证其可靠性。 (3)远程监控中心的设计。系统采用组态软件设计了用户灌溉施肥监控中心,按照各部分功能的不同设计了不同的子界面。用户通过交互界面实现控制灌溉施肥的同时,也可以查看农田的实时数据、历史数据等监测情况。最后,对系统的监测功能和控制功能进行了试验研究,包括系统能否正常组网启动,不同情况下数据丢包率,数据准确率,采集的延迟时长,控制的准确度等。本系统为海南省果园的精确灌溉提供了一个可行的应用方案和模型。
【图文】：

原理图,原理图,节点,模块

器可采集的环境信息包括土壤温湿度、蕉园小气候的光照、二氧化碳浓度、局部空气温湿度。Zigbee数据传输模块即图2-1中的Zigbee节点，可提供电源接口、RS232/RS485接口、模拟量输入接口和^u关量输出接口。各Zigbee节点在Zigbee&PRS节点的协调下进行组网。组网成功后，底层传感器通过串口 RS232/RS485向Zigbee节点传输采集到的数据，再由Zigbee节点通过无线网络将数据传输给Zigbee&PRS节点。Zigbee+GPRS模块内置Zigbee模块和GPRS模块，是将数据由Zigbee网络传输到远程PC的中心节点，同时Zigbee+GPRS模块也负责协调各Zigbee节点组网。其中，，Zigbee+GPRS模块通过GPRS和互联网相连，但远程PC机想要访问Zigbee+GPRS模块得到传感器网络采集到的数据

原理图,控制部分,硬件结构,底层

可在电磁阀和Zigbee数据传输模块/Zigbee+GPRS模块之间添加继电器隔离放大电路来保证安全。控制部分底层硬件结构原理如图2-2所示。： / 远程计算机1 ！、 “ Zigbee 网络图2-2控制部分底层硬件结构原理图Fig. 2-2 Control Part of the Underlying Hardware Structure Diagram2.2.4.远程监控中心远程监控中心的设计主要包括：灌概制度的设计和交互界面的设计。为实现系统的灵活灌概，可将系统的灌溉模式分为自定义灌概和自动灌概两种。自定义灌溉即是用户可根据自己的判断来决定何时灌概、灌多长时间、灌水还是灌肥。自动灌概即是系统根据无线传感器网络采集到的土壤水分数据来判断植株是否需要灌概。自定义灌概作为对自动灌概的补充,包括了自定义灌水功能和自定义灌肥功能。涉及到灌肥功能，系统要求肥料为水肥。相比传统固体颗粒肥料，水肥具有吸收快，利用率高的特点。水肥经过支管过滤杂质后进入主灌概管道。系统在设计功能时，允许灌水和灌肥同时进行。也可根据情况，先进行灌肥，在进行灌水，保证了系统灌概的灵活性。设计交互界面的时按照各部分功能的不同设计了不同的子界面。用户通过交互界面实现控制灌概施肥的同时，也可以查看农田的实时数据、历史数据等监测情况。交互界面功能结构框图如图2-3所示。12
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP273;S274.2

【参考文献】