【摘要】：作為一個農(nóng)業(yè)大國,我國農(nóng)田覆蓋面積大,農(nóng)田灌溉是農(nóng)業(yè)發(fā)展中的重要一環(huán),但目前水資源的短缺阻礙了我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展。傳統(tǒng)的農(nóng)田灌溉多以人工灌溉為主,這種灌溉方式不僅加重了農(nóng)民的負(fù)擔(dān),同時也造成水資源的巨大浪費。近年來隨著國家相關(guān)政策的推出,物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和智能控制等技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛。本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中應(yīng)用廣泛的ZigBee和GPRS技術(shù),利用本文所建立的灌溉預(yù)測模型和灌溉決策模型,設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能灌溉管理系統(tǒng)。本文的主要研究內(nèi)容分為三個部分:灌溉系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集和傳輸、灌溉管理平臺的開發(fā)和灌溉決策部分的設(shè)計。1)灌溉系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集和傳輸是通過終端監(jiān)控節(jié)點和無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點來實現(xiàn)。其中終端監(jiān)控節(jié)點用以實時監(jiān)測農(nóng)田的環(huán)境信息,并控制電磁閥的開斷,該部分主要完成ZigBee終端監(jiān)控模塊、傳感器模塊、電磁閥控制模塊、功率放大電路和電源模塊的軟硬件設(shè)計;無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點將終端監(jiān)控節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和融合后,由GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴衔粰C,該部分主要完成微處理器、ZigBee協(xié)調(diào)器模塊和GPRS模塊的軟硬件設(shè)計。2)灌溉管理平臺主要完成數(shù)據(jù)庫和交互界面的設(shè)計。數(shù)據(jù)庫采用SQL server數(shù)據(jù)管理軟件,負(fù)責(zé)農(nóng)田信息、氣象信息、灌溉決策信息和工作人員信息的管理;交互界面的設(shè)計采用Visual Studio開發(fā)環(huán)境,以實現(xiàn)所設(shè)計的功能。3)灌溉決策部分利用水量平衡方程得到灌溉時間間隔,綜合考慮近期氣象變化、土壤含水量變化等環(huán)境因素在最佳時間進(jìn)行灌溉,節(jié)約用水的同時起到了灌溉預(yù)測的作用,又通過建立的數(shù)學(xué)模型計算出灌溉量,為工作人員提供決策依據(jù)。本文設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能灌溉管理系統(tǒng)把ZigBee和GPRS技術(shù)結(jié)合起來,既能滿足農(nóng)田環(huán)境信息的短距離、低功耗的無線通信,又能實現(xiàn)覆蓋范圍廣、通信質(zhì)量高的遠(yuǎn)程監(jiān)控。同時,灌溉管理系統(tǒng)的灌溉預(yù)測模塊和灌溉決策模塊相互配合,提高了智能灌溉系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性。通過對系統(tǒng)軟硬件的測試,系統(tǒng)各部分均能實現(xiàn)預(yù)期的功能,提高了農(nóng)田灌溉智能化程度的同時也節(jié)約了水資源,對高標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)田建設(shè)有一定的實際參考意義。圖47幅,表9個,參考文獻(xiàn)65篇。
【圖文】：

圖 3-12 STM32F103RCT6 芯片管腳圖器最小系統(tǒng)器若要實現(xiàn)其功能，一般需要電源、復(fù)位電路、時鐘電路、調(diào)動電路[44]，，其外圍電路設(shè)計如圖 3-13 所示。VBAT1PC132PC143PC154PD0/OSCIN5PD1/OSCOUT6NRST7PC08PC19PC210PC311VSSA12VDDA13PA014PA115PA216PA317VSS18VDD19PA420PA521PA622PA723PC424PC525PB026PB127PB2/BOOT128PB10/I2C2_SCL/U3_TX29PB1536PC637PC738PC839PC940PA841PA942PA1043PA1144PA1245PA13/JTMS/SWDIO46VSS47VDD48PA14/JTCK/SWCLK49PA1550PC1051PC1152PC1253PD254PB355PB456PB557PB658PB759BOOT060PB861PB962VSS63VDD64C46C4512Y48MHzRESET0.1μfC4910KR11VDRESETVCC1SWDIO2SWCLK3GND4SWD1 3 5 BOOR1310KGNDBOOT0 BOOT0BOOT1SWCLKSWDIO

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 終端監(jiān)控節(jié)點軟件設(shè)計 終端監(jiān)控節(jié)點軟件開發(fā)環(huán)境軟件設(shè)計的目的是實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，也是提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。本系統(tǒng)終端的軟件設(shè)計采用 IAR 集成開發(fā)環(huán)境，IAR Embedded Workbench 是瑞典ems 公司開發(fā)的適用于多種微處理器的集成開發(fā)環(huán)境[48]。它能夠進(jìn)行 C 語言時是一套完整的嵌入式應(yīng)用開發(fā)軟件，可以在無硬件的條件下模擬ARM內(nèi)程序的調(diào)試和仿真。另外與 TI 公司的 Z-Stack 協(xié)議棧高度契合，能為 CC25美的支持，具有可選擇內(nèi)存模式、代碼緊湊、內(nèi)部含有相應(yīng)芯片的程序速度支持高效浮點等特點，其軟件開發(fā)的界面如圖 4-1 所示。
【學(xué)位授予單位】：西安工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S274;TP391.44;TN929.5

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本文編號：2601621