基于无线传感器网络的智能喷灌控制系统的设计

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:jimmyeccic
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我国是世界上水资源十分短缺的国家之一。并且我国是农业大国,农业用水一直占我国所有用水的很大一部分,大约占到水资源总量的70%。但是由于我国水资源相对较贫乏,每年因干旱受灾的土地面积达2000万公顷,由此导致的粮食产量的减少占全国粮食减产的50%。而我国农业灌溉用水浪费又十分严重,加剧了农业用水的缺乏状况。导致灌溉用水浪费十分严重的主要原因是技术和管理水平的落后。如果能提高技术和管理水平,那么农业灌溉用水的利用率会从原来的40%提高很多。想要有效地提高用水效率,可以根据农作物的土壤墒情和生长环境等信息实时控制灌溉时间和水量。如果采取人工定时测量墒情的方法,不仅需要大量的人力,而且无法实现实时监控。若采用有线监测的方法,则需要花费较高的布线成本,并且一旦布线完成后不方便改动和扩展。纵横交错的布线也会给农田耕作带来很多不便。而如果能采用无线监控的方法,不仅省去大量的人力,而且避免了布线的不便。因此,设计一种基于无线传感器网络的智能喷灌控制系统,不仅可以省时省力,节约大量的水资源,还可以提高粮食产量和质量。经过实验研究和分析,基于无线传感器网络的智能喷灌控制系统可由无线传感器网络和远程监控中心两大部分组成。其中,无线传感器网络由部署在灌溉区域内的大量的传感器节点组成。这些传感器节点形成一个网络,可以实时地感知、采集网络覆盖区域中农作物生长的环境信息。传感器节点通过无线传输的方式将采集到的数据发送给远程监控中心,并且可以接收监控中心发来的指令,控制喷灌设备的开关。远程监控中心可以存储接收到的数据,并且可以通过友好、清晰的界面进行直观的显示,供用户进行实时查询和统计分析。基于无线传感器网络的智能喷灌控制系统实现了适时、适量的喷灌功能,起到了提高灌溉用水利用率和农作物产量的作用。基于无线传感器网络的智能喷灌控制系统是无线通信的基础上实现的。目前有几种主流的无线通信方式,其中GPRS无线通信方式由于其数据传输的高速性和使用成本的低廉性,使得其在当前远程监控方面的开发和应用越来越广泛。可以说GPRS无线通信是目前在远程监控系统的应用中性价比最高的通信方式。因此,本研究选择了GPRS无线通信方式。本文研究的基于无线传感器网络的智能喷灌控制系统,是利用GPRS模块的Internet接入及数据的无线传输功能,实现农田监测终端与远程监控中心之间数据的双向传输。用户通过远程监控中收到的数据来判断农田的灌溉需求,根据历史数据总结农作物的需水规律和灌溉策略。本文首先介绍了研究基于无线传感器网络的智能喷灌的目的和意义以及灌溉技术发展现状和发展趋势;然后比较了几种当下应用比较广泛的几无线通信技术,通过比较分析,从中选择了GPRS无线通信技术作为本系统的无线通信方式。其次,本文介绍了系统的总体设计以及GPRS组网方式的选择;然后对无线传感器网络节点硬件的设计与实现做了详细介绍,其中包括硬件的选型和电路设计。本研究将节点硬件模块化分解为电源模块,处理器模块,传感器模块和无线通信模块。其中无线通信模块选择了华为GTM900-C,处理器模块选用了STC12C5A32S2,传感器模块选用了土壤温度传感器、土壤湿度传感器、空气温湿度传感器、光照度传感器、风速传感器和风向传感器。再次,论文对系统的软件设计与实现进行了介绍。系统软件包括监测终端软件、服务器软件和远程监控中心软件三部分。系统采用C语言和Keil软件开发监测终端软件,也将软件进行模块化分解,便于开发和调试。服务器软件的开发采用VB语言,实现数据的接收和转发。远程监控中心软件则采用Java语言来实现。监测终端需要实现的功能有:采集实时状态数据;传输数据;接受监控中心的指令。服务器需要实现的功能是接收和转发监测终端和监控中心的数据:监控中心需要实现的功能有:接收、显示、存储监测终端上传的数据;查询历史数据;发送指令。最后,论文对基于无线传感器网络的智能喷灌控制系统的性能进行了测试和总结。
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