ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)下寒地水稻智能灌溉系統(tǒng)的研究.pdf

1、農(nóng)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中分布區(qū)域最廣泛、經(jīng)營(yíng)項(xiàng)目最復(fù)雜、受自然條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素多方面影響的大型基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，對(duì)水資源有著巨大需求量，面對(duì)水資源日益短缺的現(xiàn)狀，對(duì)人類的生存和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展都帶來了巨大的壓力。我國(guó)作為產(chǎn)稻大國(guó)，在水稻種植過程中，為了追求作物的高產(chǎn)，對(duì)農(nóng)田的過渡灌溉投入造成了水資源的巨大浪費(fèi)。高效的利用農(nóng)業(yè)投入、節(jié)約水資源和提高水稻品質(zhì)已成為大力發(fā)展水稻產(chǎn)業(yè)的迫切需求。因此，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向要改變現(xiàn)階段水稻的生產(chǎn)灌溉方式，發(fā)

2、展智能灌溉技術(shù)，高效的利用水資源，減少人力物力投入的同時(shí)提高農(nóng)業(yè)利潤(rùn)。
　　本設(shè)計(jì)運(yùn)用ZigBee技術(shù)組建無線傳感網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合單片機(jī)控制技術(shù)、調(diào)虧灌溉理論和模糊控制原理，完成了一套針對(duì)寒地水稻智能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)根據(jù)寒地水稻的生理特性，完成適時(shí)適量的自動(dòng)化灌溉。
　　由ZigBee通訊平臺(tái)、單片機(jī)中央控制器和灌溉設(shè)備構(gòu)成了寒地水稻智能灌溉系統(tǒng)的整體構(gòu)架設(shè)計(jì)。從軟、硬件兩方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。其中，硬件部分設(shè)計(jì)主要是對(duì)

3、元器件選型及相關(guān)電路的設(shè)計(jì)，包含單片機(jī)、無線傳感模塊、土壤水分傳感器、空氣溫濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、風(fēng)速傳感器和中間繼電器等器件的選擇;灌溉系統(tǒng)電路板的設(shè)計(jì)與調(diào)試;模擬硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)包括兩部分，無線通訊部分和單片機(jī)部分，選擇Z-Stack協(xié)議棧在IAR Embedded Workbench平臺(tái)下開發(fā)調(diào)試;單片機(jī)程序開發(fā)平臺(tái)使用Keil UV4，單片機(jī)的運(yùn)行程序設(shè)計(jì)采用輪詢式，對(duì)自定義地址進(jìn)行識(shí)別，確定節(jié)點(diǎn)類型后進(jìn)入執(zhí)行子程

4、序。
　　分析比較了多種灌溉模型，在調(diào)虧灌溉理論、模糊控制原理和ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信特點(diǎn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了由兩個(gè)模塊協(xié)作的寒地水稻智能灌溉策略。該智能灌溉決策由模糊控制灌溉與預(yù)測(cè)灌溉兩部分組成。模糊灌溉模塊，運(yùn)用調(diào)虧理論分析寒地水稻的生長(zhǎng)特性，確定各生育期的需水情況，以土壤濕度偏差量和溫度作為模糊控制器的輸入量，實(shí)現(xiàn)對(duì)寒地水稻灌溉更加精確的控制。預(yù)測(cè)灌溉模塊，結(jié)合環(huán)境參數(shù)建立土壤水分流失模型，設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)灌溉機(jī)制，預(yù)測(cè)灌溉時(shí)刻前休