基于ZigBee与GPRS的温室番茄远程智能灌溉系统的研究与实现

摘要

我国虽然淡水资源丰富，但人均占有率低，是全球人均淡水资源最为贫乏的国家之一。农业用水占总供水的70％左右，而且目前农业灌溉用水的利用率非常低。因此，发展节水灌溉技术具有非常重要的现实意义。发展自动化与智能化的节水灌溉系统，对农业灌溉进行科学合理的管理，不但能节省人力物力，提高劳动生产率，而且也是应对水资源短缺和推进农业现代化的必然选择。无线传感网络的出现为大规模的信息采集提供了全新的路径，ZigBee是无线传感网络中应用最广泛的协议，具有低成本、低功耗和高可靠性等特点。另一方面，GPRS技术具有覆盖范围广、数据传输速度快、通信质量高、永远在线和按流量计费等优点，使无线的长距离远程监控的实现也简单可靠。ZigBee技术与GPRS技术的结合在远程监控方面具有巨大的应用价值。本研究针对传统农业监控系统中的各种缺点，采用ZigBee和GPRS技术研制一个温室远程智能灌溉系统，实现了无人值守的远程监控，并设计了模糊控制策略对温室番茄进行适时适量的灌溉。本文主要研究内容如下：
　　 (1)分析国内外ZigBee和GPRS技术的应用与发展概况，介绍了智能灌溉技术的研究现状，在此基础上，对基于ZigBee和GPRS技术的温室番茄远程智能灌溉系统的研究内容作了阐述。
　　 (2)分析ZigBee和GPRS技术的优势以及对本系统的适用性，提出了三层网络架构的系统总体架构。
　　 (3)简要介绍了现场监控系统的组成，针对系统功能的要求，设计了变频控制模块的硬件并进行了调试。
　　 (4)远程监控中心的软件设计与实现，包括现场网关节点传送数据的处理、数据分析和远程控制等，实现系统智能灌溉远程监控中心包括两部分软件：采用C＃编写的WinForm程序和基于ASP.NET技术的展示网站。对该远程监控系统进行了调试，测得监控现场的GPRS与远程监控中心建立连接大约需要1分钟，远程监控中心对监控现场的控制过程平均的延时在4s左右，能满足实际使用的需要。
　　 (5)研究并实现了一个基于模糊推理的番茄智能灌溉模块。该模块位于远程监控中心中，以土壤湿度和土壤湿度变化率为输入，以灌溉时间为输出，能根据番茄各生长时期适宜的土壤湿度进行适时适量的灌溉。通过仿真与相应的模拟实验表明了本智能灌溉模块能根据土壤湿度进行适时适量的灌溉。