基于物联网技术的远程智能灌溉系统的设计与实现.docVIP

基于物联网技术的远程智能灌溉系统的设计与实现 　　摘要：随着当前农业的规模化发展，传统的以人为主的粗放型灌溉方式已经不能满足农业的信息化需求，该文设计并实现了一种基于物联网环境下的智能灌溉系统，以ARM平台为基础，采用ZigBee 技术，将终端传感器采集的农植环境数据信息，同步上传到服务器端进行决策分析后反馈到客户端，远程客户端可以实时监控农植的生长情况，进行相应的灌溉控制。系统具有远程控制和可视化功能，功耗低，稳定性好的特点，具有较好的市场前景。 　　关键词：灌溉；物联网；ZigBee；监控 　　中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）08-0169-02 　　1 背景 　　目前农植的非自动机械式的灌溉需要消耗大量的水资源和人力，尤其是在温室生长环境中，植物处于一个半封闭的非自然体系，温室的环境复杂，湿度相对变化缓慢，风速较低，各个环境因素呈现一种独特的复杂性。同时，针对不同的植物种类、生长期、生长需水量等存在较大的差异，如何综合考虑各类因素，进行智能灌概，是当前农业信息化的重要内容之一。尤其是温室内植物灌灌不能按照自然大田灌概要求，需要充分利用有限的水资源进行智能化灌溉，一般的解决方案是在构建植物生长环境参数模型的基础上，采用科学管理、智能决策；根据温室内的生长条件，进行自动控制调节，在保持植物正常生长所需的用水量情况下，实现智能灌概，以最小的用水量获得最大的收益。 　　目前国内在开发灌溉自动控制系统方面还仅处于研制试用阶段，能实际投入应用且应用较广的灌溉控制器还不多见；主要是从理论上解决了灌溉的时间问题，而关于适宜的灌溉量问题，依旧缺乏比较中肯的解决策略。这其中的大部分因素是目前的智能灌溉体系仅仅凭借自动控制完成，一是并没有考虑到农植物生长过程中的复杂因素，终端采集数据不够精准；二是当前的灌溉系统的基本应用的有线规划策略，对于整个系统的安装和维护成本比较高。本文应用远程通信技术WIFI，基于ZigBee通信技术，实现智能灌溉控制系统，移动终端可以利用网络进行远程监控灌溉操作；同时，在网络受限的换进下，也可以通过GSM方式来进行控制。实现了当前大鹏浇灌的全面智能化，精准进行大鹏环境信息的采集，将信息通过有线或无线方式传输给控制终端，实现无人监控下的自动灌溉。 　　2 灌溉系统基本工作原理 　　农植传统的灌溉方式主要采用半自动的机械操作方式，这主要源于对整个农植环境信息如温湿度、的采集主要通过人工肉眼的观察方式，信息的收集不够全面和精准，也无法实现远程控制。目前，人们开始研究农业设施远程测控系统，远程智能灌溉系统应运而生，在一定程度上实现了无人作业的智能灌溉模式。当前智能灌溉的模式一般采取三层架构的方式，如图1所示： 　　在本系统中采用CC2530芯片作为数据采集端，与 Internet 数据服务器通过网络通信即移动/联通基站进行连接，实现一对一的数据交互，这样就可以避免远程有线网络布线及维护成本高。同时，采集端的传感器端可以适应多重采集环境，不仅可以采集土壤等的常规信息，也可以采集复杂种植环境如树皮、植被腐蚀等种植环境的信息，具有较大的适应范围。客户端可以利用远程通信技术WIFI，进行远程监控操作；同时，在网络受限的换进下，也可以通过收发短信的方式来进行控制。 　　3 系统开发环境 　　本系统的服务器端主要采用以FriendlyARM H43为 可移植Linux平台，开发智能灌概网关与Web服务。FriendlyARM开发板是一款高性能，低功耗的一体化平台，Linux内核是一个开源的、采用虚拟技术，可跨平台移植的嵌入式操作系统，具有完善的图形用户界面。服务器端系统环境创建的主要任务为编译UBOOT和Linux内核，将编译完成后的内核烧写到开发板。 　　客户端系统在AndroidEclipse环境下开发，采用开放源代码的、基于Java的可扩展开发Eclipse平台，这里需要安装Android专属的软件开发工具包 SDK ，包含Java Development Kit和Java Development Kit。 　　数据采集端主要使用ZigBee实现无线传感器网络通信，遵循IEEE 802.0.4技术标准和ZigBee网络协议，低功耗的 ZigBee 技术适合作为无线传感器网络的一种标准，适合承载数据流量较小的业务，特别适合采集农植生长环境的基础信息以及快速传输工作，配合路由器，可以方便扩充采集面积的范围。 　　4 系统功能模块实现 　　智能灌溉系统使用范围广泛，自动控制系统的规模大且集成度高，逐步实现了比较健全的浇水灌溉机制。因此，本系统提出利用传感器采集湿度、温度和光照强度，从多种环境因素考虑农植的生长情况，进而通过远程终端即手持终端控制来达到智