【摘要】：淡水資源短缺是全世界需要共同面對并解決的重大課題。農業(yè)灌溉所需的淡水量十分巨大,淡水短缺狀況在農業(yè)用水上表現(xiàn)得更為明顯。在世界范圍內,由于水資源短缺而造成農作物干旱并因此釀成旱災的情況時有發(fā)生,而且這種情況在灌溉技術落后的國家和地區(qū)尤為嚴重。 近年來,中國的灌溉技術雖有所發(fā)展,并從一定程度上改善了傳統(tǒng)農業(yè)的灌溉方式,但從整體來看灌溉效率依然十分低下,在面對旱災時能夠發(fā)揮的作用也十分有限。同時,為追求農作物產量,很多地區(qū)不節(jié)制地過量施用化肥農藥,不但利用率低,還會對耕地造成嚴重傷害,破壞土壤結構的平衡。長此以往,我國將很難實現(xiàn)農業(yè)生產的可持續(xù)發(fā)展。 針對上述問題,本文分析了我國灌溉技術的發(fā)展現(xiàn)狀,以海南省果園種植環(huán)境為參考,選取香蕉為灌溉實驗對象,研究設計了一個基于Zigbee與GPRS的灌溉施肥控制系統(tǒng)。研究內容及方法包括： (1)采集果園環(huán)境信息的無線傳感器網絡的設計。系統(tǒng)采用Zigbee模塊實現(xiàn)現(xiàn)場的無線監(jiān)測,采用GPRS模塊實現(xiàn)遠程數(shù)據的傳輸,主要由上位機、GPRS+ZigBee模塊、ZigBee模塊和各類傳感器組成,負責對不同深度的土壤水分、環(huán)境溫濕度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境信息進行采集,這些數(shù)據將作為灌溉控制的依據。 (2)遠程灌溉控制的設計。主要由上位機、GPRS+ZigBee模塊、ZigBee模塊和底層電磁閥組成,負責處理采集到的環(huán)境信息和用戶通過控制界面輸入的操作信息,最終輸出控制各級閥門的指令,實現(xiàn)土壤灌溉的閉環(huán)控制。為進一步提高控制精度,本文利用Matlab Simulink建立模糊控制器并仿真驗證其可靠性。 (3)遠程監(jiān)控中心的設計。系統(tǒng)采用組態(tài)軟件設計了用戶灌溉施肥監(jiān)控中心,按照各部分功能的不同設計了不同的子界面。用戶通過交互界面實現(xiàn)控制灌溉施肥的同時,也可以查看農田的實時數(shù)據、歷史數(shù)據等監(jiān)測情況。 最后,對系統(tǒng)的監(jiān)測功能和控制功能進行了試驗研究,包括系統(tǒng)能否正常組網啟動,不同情況下數(shù)據丟包率,數(shù)據準確率,采集的延遲時長,控制的準確度等。本系統(tǒng)為海南省果園的精確灌溉提供了一個可行的應用方案和模型。
【圖文】：

器可采集的環(huán)境信息包括土壤溫濕度、蕉園小氣候的光照、二氧化碳濃度、局部空氣溫濕度。Zigbee數(shù)據傳輸模塊即圖2-1中的Zigbee節(jié)點，可提供電源接口、RS232/RS485接口、模擬量輸入接口和^u關量輸出接口。各Zigbee節(jié)點在Zigbee&PRS節(jié)點的協(xié)調下進行組網。組網成功后，底層傳感器通過串口 RS232/RS485向Zigbee節(jié)點傳輸采集到的數(shù)據，再由Zigbee節(jié)點通過無線網絡將數(shù)據傳輸給Zigbee&PRS節(jié)點。Zigbee+GPRS模塊內置Zigbee模塊和GPRS模塊，是將數(shù)據由Zigbee網絡傳輸?shù)竭h程PC的中心節(jié)點，同時Zigbee+GPRS模塊也負責協(xié)調各Zigbee節(jié)點組網。其中，，Zigbee+GPRS模塊通過GPRS和互聯(lián)網相連，但遠程PC機想要訪問Zigbee+GPRS模塊得到傳感器網絡采集到的數(shù)據

可在電磁閥和Zigbee數(shù)據傳輸模塊/Zigbee+GPRS模塊之間添加繼電器隔離放大電路來保證安全�？刂撇糠值讓佑布Y構原理如圖2-2所示。： / 遠程計算機1 ！ 、 “ Zigbee 網絡圖2-2控制部分底層硬件結構原理圖Fig. 2-2 Control Part of the Underlying Hardware Structure Diagram2.2.4.遠程監(jiān)控中心遠程監(jiān)控中心的設計主要包括：灌概制度的設計和交互界面的設計。為實現(xiàn)系統(tǒng)的靈活灌概，可將系統(tǒng)的灌溉模式分為自定義灌概和自動灌概兩種。自定義灌溉即是用戶可根據自己的判斷來決定何時灌概、灌多長時間、灌水還是灌肥。自動灌概即是系統(tǒng)根據無線傳感器網絡采集到的土壤水分數(shù)據來判斷植株是否需要灌概。自定義灌概作為對自動灌概的補充,包括了自定義灌水功能和自定義灌肥功能。涉及到灌肥功能，系統(tǒng)要求肥料為水肥。相比傳統(tǒng)固體顆粒肥料，水肥具有吸收快，利用率高的特點。水肥經過支管過濾雜質后進入主灌概管道。系統(tǒng)在設計功能時，允許灌水和灌肥同時進行。也可根據情況，先進行灌肥，在進行灌水，保證了系統(tǒng)灌概的靈活性。設計交互界面的時按照各部分功能的不同設計了不同的子界面。用戶通過交互界面實現(xiàn)控制灌概施肥的同時，也可以查看農田的實時數(shù)據、歷史數(shù)據等監(jiān)測情況。交互界面功能結構框圖如圖2-3所示。12
【學位授予單位】：海南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP273;S274.2

【參考文獻】

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本文編號：2661642