基于无线传感器网络的智能灌溉系统研究

摘要

农业是我国国民经济的命脉，而节水灌溉对农业有着重要的作用。目前，我国农业用水量逐年增长，水资源利用率低下，必须采用先进的技术手段提高农业生产效率。近年来，物联网行业广泛采用的ZigBee技术有着极为广阔的应用前景。本文结合了ZigBee和GPRS技术的优势，设计了一种基于无线传感器网络的智能灌溉系统。该系统采用无线的方式去除了布线带来的困扰，避免了传统有线方式造成的不便，保证了农作物的适时和适量的灌溉，实现了灌溉过程的科学管理。
　　本文的具体研究内容和研究成果如下:
　　(1)分析了国内外节水灌溉系统的发展情况，比较了IEEE802.11b、Bluetooth和ZigBee三种组网方式的优缺点，最终确定了采用ZigBee组成无线传感器网络的方案;
　　(2)研究了农田环境参数和通信要求，根据系统设计原则，提出了基于无线传感器网络的智能灌溉系统总体设计方案。该系统由终端传感器节点、田间控制器（网关）节点和远程监控中心组成，田间控制器节点是终端传感器节点与远程监控中心之间的桥梁，保证二者之间信息交换的顺利完成;
　　(3)硬件设计方面，对智能灌溉系统的田间控制器（网关）节点和终端传感器节点的硬件电路进行详细设计，着力从精度、实时性和成本等方面来选择元器件，利用模块化的设计理念来提升灌溉系统的稳定性和可扩展性;
　　(4)软件设计方面，分为上位机和下位机两部分。上位机采用Visual Basic编写远程监控界面;下位机软件主要包括ZigBee无线通信模块、终端传感器模块和网关控制模块。终端传感器模块软件功能是采集和发送农田土壤温湿度数据给网关控制模块，网关控制模块软件功能是控制电磁阀、收发上位机命令和温湿度数据。远程监控中心实现的功能是温湿度数据采集、存储、分析和处理以及自动或手动控制电磁阀。
　　最后，对整个系统进行联机调试，完成了土壤温湿度数据采集、串行数据输出和ZigBee组网等测试任务，测试结果表明本文设计的基于无线传感器网络的智能灌溉系统达到预期的设计目标，提高了农作物的灌溉效率，起到了节水和节能的目的。