【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(nóng)業(yè)灌溉所需的淡水量十分巨大,淡水短缺狀況在農(nóng)業(yè)用水上表現(xiàn)得更為明顯。在世界范圍內(nèi),由于水資源短缺而造成農(nóng)作物干旱并因此釀成旱災(zāi)的情況時有發(fā)生,而且這種情況在灌溉技術(shù)落后的國家和地區(qū)尤為嚴(yán)重。 近年來,中國的灌溉技術(shù)雖有所發(fā)展,并從一定程度上改善了傳統(tǒng)農(nóng)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(zāi)時能夠發(fā)揮的作用也十分有限。同時,為追求農(nóng)作物產(chǎn)量,很多地區(qū)不節(jié)制地過量施用化肥農(nóng)藥,不但利用率低,還會對耕地造成嚴(yán)重傷害,破壞土壤結(jié)構(gòu)的平衡。長此以往,我國將很難實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(shù)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(shí)驗(yàn)對象,研究設(shè)計了一個基于Zigbee與GPRS的灌溉施肥控制系統(tǒng)。研究內(nèi)容及方法包括： (1)采集果園環(huán)境信息的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。系統(tǒng)采用Zigbee模塊實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的無線監(jiān)測,采用GPRS模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸,主要由上位機(jī)、GPRS+ZigBee模塊、ZigBee模塊和各類傳感器組成,負(fù)責(zé)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(jìn)行采集,這些數(shù)據(jù)將作為灌溉控制的依據(jù)。 (2)遠(yuǎn)程灌溉控制的設(shè)計。主要由上位機(jī)、GPRS+ZigBee模塊、ZigBee模塊和底層電磁閥組成,負(fù)責(zé)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(shí)現(xiàn)土壤灌溉的閉環(huán)控制。為進(jìn)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(yàn)證其可靠性。 (3)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的設(shè)計。系統(tǒng)采用組態(tài)軟件設(shè)計了用戶灌溉施肥監(jiān)控中心,按照各部分功能的不同設(shè)計了不同的子界面。用戶通過交互界面實(shí)現(xiàn)控制灌溉施肥的同時,也可以查看農(nóng)田的實(shí)時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等監(jiān)測情況。 最后,對系統(tǒng)的監(jiān)測功能和控制功能進(jìn)行了試驗(yàn)研究,包括系統(tǒng)能否正常組網(wǎng)啟動,不同情況下數(shù)據(jù)丟包率,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率,采集的延遲時長,控制的準(zhǔn)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(yīng)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(jù)傳輸模塊即圖2-1中的Zigbee節(jié)點(diǎn)，可提供電源接口、RS232/RS485接口、模擬量輸入接口和^u關(guān)量輸出接口。各Zigbee節(jié)點(diǎn)在Zigbee&PRS節(jié)點(diǎn)的協(xié)調(diào)下進(jìn)行組網(wǎng)。組網(wǎng)成功后，底層傳感器通過串口 RS232/RS485向Zigbee節(jié)點(diǎn)傳輸采集到的數(shù)據(jù)，再由Zigbee節(jié)點(diǎn)通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給Zigbee&PRS節(jié)點(diǎn)。Zigbee+GPRS模塊內(nèi)置Zigbee模塊和GPRS模塊，是將數(shù)據(jù)由Zigbee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程PC的中心節(jié)點(diǎn)，同時Zigbee+GPRS模塊也負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各Zigbee節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)。其中，，Zigbee+GPRS模塊通過GPRS和互聯(lián)網(wǎng)相連，但遠(yuǎn)程PC機(jī)想要訪問Zigbee+GPRS模塊得到傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)

可在電磁閥和Zigbee數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)原理如圖2-2所示。： / 遠(yuǎn)程計算機(jī)1 ！ 、 “ Zigbee 網(wǎng)絡(luò)圖2-2控制部分底層硬件結(jié)構(gòu)原理圖Fig. 2-2 Control Part of the Underlying Hardware Structure Diagram2.2.4.遠(yuǎn)程監(jiān)控中心遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的設(shè)計主要包括：灌概制度的設(shè)計和交互界面的設(shè)計。為實(shí)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(jù)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(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)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(bǔ)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(diǎn)。水肥經(jīng)過支管過濾雜質(zhì)后進(jìn)入主灌概管道。系統(tǒng)在設(shè)計功能時，允許灌水和灌肥同時進(jìn)行。也可根據(jù)情況，先進(jìn)行灌肥，在進(jìn)行灌水，保證了系統(tǒng)灌概的靈活性。設(shè)計交互界面的時按照各部分功能的不同設(shè)計了不同的子界面。用戶通過交互界面實(shí)現(xiàn)控制灌概施肥的同時，也可以查看農(nóng)田的實(shí)時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等監(jiān)測情況。交互界面功能結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3所示。12
【學(xué)位授予單位】：海南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP273;S274.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2661642