基于物联网技术的节水灌溉控制系统

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1、基于物联网技术的节水灌溉控制系统捅要水是基础性的自然资源，又是战略性的经济资源。由于经济条件和客观土地面积的限制，我国在节水灌溉控制领域的研究起步较晚，农业节水灌溉发展相对滞后，水资源有效源利用率不高。因此，探索一种新型节水灌溉控制系统具有很重要的现实意义。本文运用“物联网”概念实现农业节水灌溉智能化，把复杂多变的农业环境作为一种需要与互联网连接的“物品”，通过部署具有自组网能力的灌溉监控节点，将农业对象划分为互相连接的无线区域，实现“全局监控，局部灌溉”的思想。主要研究内容和结果如下：(1)研究了平面型灌溉区域网络部署模型。针对农田或牧场等平面型区域，依据

2、无线传感网平面网络结构模型研究其网络容量，估算覆盖范围；依据环状能耗模型部署覆盖优先网络和连通优先网络的研究；依据蜂窝网格模型部署矩形区域的研究。(2)实现了灌溉系统硬件设计。硬件是整个系统运行的基础，通过硬件可行性分析，系统采用AltiumDesignerWinter09设计了ZigBee灌溉节点、传感器数据采集和处理、电磁阀驱动等模块。ZigBee灌溉节点是整个现场网络的核心，实现了液晶显示、串口通信、AD采集和DC．DC变换等功能。本系统使用ZigBee实现大面积覆盖并完成数据采集，通过协调器接入现有WiFi信息网络将数据上传至应用层。(3)研究了灌溉

3、系统软件设计方法，构建了系统总体结构和网络架构。结合感知层、网络层、应用层组成的三层网络技术架构，系统采用模块化程序设计，使用IAREmbeddedWorkbenchfor8051开发环境在ZigBee协议栈基础上开发了DHT21驱动，增加WiFi事件响应，实现数据的采集传输。采用VB．NET语言在VS2005环境下开发了客户端软件，包括用户管理软件设计、通讯软件设计、数据库设计。通信软件采用C／S架构、通过调用TCP类实现远程连接WiFi设备，将接收到的数据存入数据库或将数据库中更新的命令发送到指定网络或设备。用户管理软件通过对数据库的访问，实现了数据存储

4、、查询、修改、添加和删除等功能。(4)根据系统要求进行了WiFi连接和数据转发能力测试、土壤温湿度对比测试，节点测试完成了丢包率测试、节点高度与有效传输距离测试以及控制节点可靠性测试，最后完成了整个数据通道的测试和系统软件实现。实验证明本系统能够实现节水灌溉控制，提高水利用率。关键词：物联网ZigBee节水灌溉CC2530WiFi1977年“联合国水事会议”向全世界发出严正警告：。“水不久将成为一个深刻的社会危机，继石油危机之后的下一个危机便是水。”1993年1月18日，第四十七届联合国大会做出决议，确定每年的3月22日为“世界水日”。中国把“中国水周”的时

5、间改为每年的3月22日至28日，开始时间和世界水日重合，更加突出了全世界共同节水的主题。1．1我国水资源利用现状我国是世界上人均占有水资源最贫乏的13个国家之一fl】。据统计，我国水资源总量约为28124亿m3，排名世界第6位。占世界水资源总量的8％，其中地表水约占96．4％，地下水占29．4％。人均占有水量为2200m’，只有世界平均的24．7％，排名世界第121位，年平均降水量只有600mm，小于全球陆面平均的834mm，也小于亚洲陆面平均的740mm。据中国气象局截至2011年12月28日的数据显示，全国平均降水量为555mm，比往年平均水平低9％，为

6、61年来最少。北方地区耕地面积占全国的58％，平均水资源总量只有5358亿m3，水资源量仅占全国水资源量19％；南方地区耕地面积占全国的42％，但平均水资源总量为22766亿m3，水资源量占全国81％【21。据估计2030年我国需水量为7800-'-,8200亿m3，2050年需水量8500---9000亿m3【3】。总的来说，我国需水量大，但水资源不足。水资源的消费需求与现有水资源不足的矛盾相当突出，如何解决水资源相对短缺问题将成为未来制约经济发展尤其是农业发展的关键因素。水是农业发展的命脉【11。农业用水一直是水资源的第一大用户，我国农田有效灌溉面积一直

7、处于增长趋势[41。截止到2009，我国农田有效灌溉面积约8．77亿亩，比建国时期增ant6．3亿亩，占世界总灌溉面积的20％，位居世界第一位。目前我国以全国48％的灌溉面积，生产了全国75％粮食和90％的棉花、蔬菜等经济作物。2008年水资源公报数据显示，2008年全国用水消耗总量3110亿m3，其中农业耗水占74．7％，-T"业耗水占10．7％，生活耗水占12．4％，生态与环境补水耗水占2．2％。全国综合耗水率(消耗量占用水量的百分比)为53％，干旱地区耗水率普遍大于湿润地区。各类耗水率差别较大，农田灌溉为62％，工业为24％，城镇生活为30％，农村生活

8、为85％。2008年农业用水为2323．17亿m3，