自动化控制在节水灌溉系统中的应用

为了节约农田灌溉用水,提高水资源的使用效率,应用计算机技术、自动化控制技术于农田灌溉系统。结合ZigBee无线传感网络与GPRS网络,设计开发了基于CC2530和MSP430的节水灌溉控制系统。该系统以单片机为控制核心,由无线传感器节点、无线路由节点、基站、监控中心4部分组成,能实时监测土壤含水率变化。系统利用土壤水分传感器测量土壤含水率参数,对比预设的含水率上下限,判断是否需要灌溉及何时停止灌溉。初步测试证明,该系统运行稳定可靠,能够准确获取土壤含水率信息,并进行节水灌溉控制。和传统灌溉方式相比,自动灌溉实现了智能化、自动化、精确化的灌溉控制,节约了水资源,有效地提高了生产率。     

基于无线传感器网络的节水灌溉远程监控系统

为了节约农田灌溉用水,提高水资源的使用效率,提出了一种基于无线传感器网络与GPRS网络相结的农田自动节水灌溉远程监控系统,该系统由中央监控计算机、灌溉监测控制器、无线传感器网络、GPRS模块和阀门控制器组成。系统以单片机为控制核心,由无线传感器节点、无线路由节点和无线网关实时监测土壤含水率变化,根据土壤含水率和农田用水规律实施精确灌溉。系统实现了节水灌溉的自动化控制,改善了农业灌溉水资源的高效利用和灌溉系统自动化水平。实验结果表明,整个系统的伸缩性较好,当土壤含水率太高或某种因素导致某些传感器节点损坏,系统中的其他部分仍能持续正常工作,具有自组织重新恢复的功能。监控中心能够实时地显示出各节点的土壤含水率参数和阀门的启停状况,实现节水灌溉的远程监控。     

基于无线传感器网络的丘陵果园灌溉控制系统

为解决目前丘陵地区果树灌溉技术中存在的过度灌溉、浪费水资源等问题,以实现丘陵果园节水灌溉,结合无线传感器网络技术,设计开发了一种基于无线传感器网络的丘陵果园灌溉控制系统.系统以ATmega128L单片机为控制核心,由上位机、汇聚节点、无线传感器节点、土壤水分传感器和电磁阀等组成,其中土壤水分传感器和电磁阀连接到无线传感器节点上,汇聚节点与传感器节点之间数据采用无线方式进行传输,汇聚节点通过RS-232串口线与上位机相连.系统能实时监测葡萄土壤含水率的变化,根据土壤含水率来判断葡萄是否缺水,并发出灌溉指令实施对葡萄精确灌溉,系统实现了葡萄园灌溉的自动化控制.通过试验,选定25 cm深度的土壤含水率为灌溉启动监测量,启动灌溉的监测阈值设定为26.8%;选定50 cm深度的土壤含水率为灌溉停止监测量,系统停止灌溉的监测阈值为45.5%.试验表明：系统可以达到精确灌溉要求,结合葡萄的生存阈值可以实现节水灌溉.     

荔枝园智能灌溉决策系统模糊控制器设计与优化

为解决荔枝园灌溉中水资源浪费严重的问题,根据现有装备条件,设计了基于无线传感器网的模糊专家决策系统,并对系统的模糊控制器进行优化以提升系统整体性能。该系统通过网关节点实时接收来自传感器节点采集的荔枝园环境信息,选择土壤实测含水率与预设土壤最佳含水率的误差及其变化率作为决策因子,得出预测灌溉值等决策结果。通过Matlab仿真并进行果园实地试验,分析该系统的有效性。仿真结果表明,该智能灌溉系统能结合荔枝园土壤含水率情况进行适时、适量灌溉,有效实现了经济灌溉,并且优化后的模糊灌溉系统实现了更高的暂态性能、控制精度及抗干扰性,系统响应时间更快。试验结果表明,基于模糊控制器的智能灌溉系统能有效地对荔枝园灌溉进行控制,使荔枝园土壤含水率维持在17.8%左右,符合荔枝树的生长环境;同时,基于优化后的模糊控制器的智能灌溉系统将荔枝园土壤含水率平均值控制在17.6%,更接近系统预设的荔枝园土壤最佳含水率17%,并且具有更高的控制精度、更强的抗干扰性与实用性。     

智能分区农业滴灌系统的研究——以丘陵山地为例

西南地区农业灌溉因复杂山地坡度和高差不同造成灌溉效率低下、水资源及劳动力浪费等问题,通过分析山地高差、坡度区别和滴灌压力、流量设计,实现了丘陵山地分区实时精准农业灌溉。为此,重点研究山地区域不同对应农业滴灌流量和压力参数不同的精准滴灌系统,优化太阳能低损耗、精准检测土壤含水率、远程控制,以及无线传感网络等核心技术与关键部件。试验结果表明:根据区域划分,实时监测土壤含水率高于或者低于土壤水分所需值时,系统能通过远程控制方式开启或者关闭滴灌电磁阀,同时通过GSM网络将采集到的数据信息以短消息的方式发送到终端,达到山地分区实时精准灌溉和监控的目的。该研究弥补了丘陵山地传统农业灌溉方式的不足,为我国精准农业技术的发展提供了参考。     

基于Mega16的灌溉自动控制系统的设计

为了降低灌溉自动控制系统的成本,增强其实用性,研究设计了一种基于Mega16的灌溉自动控制系统.在3种质地不同的土壤中,对自制的基于电导原理的土壤水分传感器进行了标定试验.结果表明,在同一土壤类型和同样的耕作条件下,土壤的含盐量保持基本不变,土壤的电导率和土壤的体积含水率之间近似成线性关系.该灌溉自动控制系统能实时监测土壤水分,并进行及时和足量的灌溉.     

基于LoRa技术的农田智能灌溉系统设计

为使农作物在适宜含水率条件下生长,实现农田的精准灌溉,设计一种基于LoRa通信技术的农田智能灌溉系统。该系统主要包括作物信息采集单元、LoRa无线通信单元、智能决策单元和灌溉输出模块。系统采用MSP430处理器与WH-101-L型LoRa模块实现低功耗、网络化终端节点设计,通过集中器网关将农田作物信息传输到云服务器,并构建云管理决策软件。系统应用试验测试数据结果表明,采用同步唤醒技术的无线作物感知网络,数据传输稳定,平均丢包率为0.3%,并具备较强的扩展性;通过智能决策单元依据实时作物信息和数据库计算出灌溉量和灌溉时间,远程控制灌溉输出模块,精确控制作物在不同生长期的土壤含水率,在蓝莓试验田和玉米试验田试验测试得到含水率均方差分别为1.80和4.83,均比传统灌溉方式低。     

基于驻波原理的无接触土壤含水率测量方法的研究

我国是一个缺水的农业大国,实现精细灌溉是节约水资源的有效途径,而精确地测量土壤体积含水率是实现精细灌溉的重要保障之一.为此,提出了一种基于驻波率原理的土壤含水率测量的新方法-无接触式测量方法,介绍了其工作原理,研究出了无接触式土壤水分传感器的结构.用烘干法进行对比试验,从而得出SWR无接触式土壤含水率测量方法是一种高性能的测量方法.     

基于ARM处理器的灌溉自动控制系统设计

为了实现农作物需水信息的实时采集和农作物的及时灌溉,设计了基于WinCE和ARM的作物需水信息的采集、分析与自动灌溉控制系统。在总结原有的农作物自动灌溉系统存在的系统资源较少、人机交互界面不够友好等不足的基础上,利用ARM嵌入式系统和WinCE的硬件扩展能力强、实时、移植性好、应用程序开发周期短、人机交互友好等优势,从硬件实施和软件开发两个方面设计了一种新的自动灌溉系统。实测结果表明,该系统可以较好地实现土壤含水率的监测。同时,通过选择中、下层土壤含水率来设定灌溉起、停阈值,达到了节水的目的。系统性能稳定、可靠,能够满足农作物需水信息的实时采集和自动灌溉要求。     

智能山地分区精准滴灌及数据处理系统的研究

为践行复杂山地精准农业,针对复杂的地貌和节水灌溉工程中能源消耗高、人力资源短缺及水资源浪费等现象,采用太阳能作为系统的主要能源供给,根据山地坡度、高差不同,对应滴灌系统流量、压力设计不同,实时按需精准灌溉。为实现远程监控,设计了远程控制通讯模块,各分点采集到的土壤含水率由Zig Bee网络传输到汇聚节点,通过单片机控制;当土壤含水率低于所设置的下限值或高于所设置的上限值时,自动进行电磁阀的开启与关闭,同时利用GSM网络将提示信息发送到用户手机,达到实时灌溉和监控的目的。试验结果表明:研究达到了有效节约水资源、人力资源及滴灌系统功耗的目的,为促进我国农业快速发展提供重要的参考。     

农业土壤含水率监测及灌溉系统研究——基于物联网模式

为提高农业灌溉效率,保障农作物正常生长,设计了稳定可行、易于安装的、以物联网技术为基础的农田灌溉系统。系统以MSP430F149低功耗单片机与射频模块为基础,使用基于无线技术ZigBee的CC2530芯片作为网络连接点,采用RHD-100土壤水分传感器采集农业土壤含水率信息;通过无线技术ZigBee与无线通信GPRS无缝连接,将土壤水分数据通过JN5121通信模块传输到无线网络,实现了土壤水分数据信息传输和智能灌溉。将系统运用于不同农田环境进行测试,结果发现:系统数据传输稳定可靠,运行平稳,可进行推广运用。     

基于ZigBee技术的棉田滴灌监测与控制系统

设计开发了基于ZigBee无线传感网络技术的棉田滴灌监测与控制系统。该系统通过无线传感网络实时采集土壤环境信息,使用自适应加权融合算法对各节点土壤湿度数据进行融合,根据融合数据发送电磁阀控制命令,完成实时监测自动灌溉;结合棉花不同生育期对需肥量和施肥浓度的要求,根据灌溉水量设置注肥比例,系统通过无线传感网络实时采集液态肥流量,实时监控施肥量,并根据施肥量发送施肥电磁阀控制命令,完成水肥一体化灌溉。工作过程中,系统可以将传感器采集的数据通过ZigBee无线网络协调器传输给上位机并实时显示和存储。通过试验验证,该系统可以按照设计要求实现灌溉和施肥的自动控制与检测。     

基于ZigBee技术的果蔬大棚土壤墒情管理系统

为进一步改善果蔬大棚的种植效率,以ZigBee通信传输技术为切入点,针对大棚土壤墒情管理系统展开研究。在果蔬大棚运行管理机理的基础上,以准确获取并有效辨识出果蔬大棚不同区块的土壤墒情状况为目标,建立ZigBee数据通信模型,进行数据采集处理与精准传输过程分析以及土壤墒情管理系统体系化设计,搭建平台进行土壤墒情管理系统作业状况监测。试验结果表明:基于ZigBee技术的土壤监测试验平台,土壤含水率监测值与实际仪器测得值之间的相对误差控制在5%以内,一致性较好;ZigBee技术应用后,系统的监测数据准确度可提高8.50%,土壤墒情的监测效率整体提高8.10%,满足土壤墒情监测要求,有利于农业大棚种植培养向精准化、智能化方向深度推进。     

基于ZigBee技术的无线自动滴灌系统设计

ZigBee是近期大量研究与应用的一种短距离无线传输技术,在介绍该技术特点基础上,研究其在农田自动滴灌系统中的应用.采用网状拓扑结构、CC2430和CC2591芯片、水压传感器和电磁阀,设计了一种基于ZigBee技术包含土壤湿度监控的自动滴灌系统.该系统监控土壤湿度变化,通过无线传榆网络反馈传感信号,结合传感器融合技术...     

基于ZigBee的温室自动灌溉系统设计与实现

针对我国水资源紧缺及温室大棚节水灌溉的迫切需求,研究设计了一套基于ZigBee的温室自动灌溉系统。该系统由太阳能供电,可以现场为用户提供直观的系统管理平台来完成节点管理和数据处理功能,开发了服务器端温室信息管理系统软件,实现了Web方式下的信息实时监控和远程监控报警,并且有效简化了现场设备安装与拆移等过程,使之更适合不便直接连线的一般监控场合应用。初步试验表明:把土壤湿度提高30%所需的时间在50～60 min之内,系统的控制误差在4%以内;系统运行稳定,操作简单,准确性和快速性等指标能满足农业技术要求,具有一定的推广应用价值。系统的研制和使用可为建立大型远程智能灌溉系统提供经验和技术支持。     

基于ZigBee和GPRS智能监测的节水灌溉装置设计

为了提高农业用水的利用率,解决农业用水紧张问题,提出了一种基于分布式ZigBee和GPRS无线通信技术的大范围远程控制节水灌溉系统,实现了节水灌溉装置的远程监控和自动化调节。该系统以单片机作为控制器,将土壤湿度测试数据进行传输和保存,通过设定阈值来控制零压启动电磁阀实施灌溉操作,并采用无线传感网络和GPRS将采集的数据进行远程传输,实现了定时定量和精确化灌溉。对精细化滴灌系统的过滤器和湿度测试装置的智能监测性能进行了测试,结果表明:该系统可以有效地将过滤器压力和湿度随时间变化曲线传送到远程监控端,且实现了自动化过滤装置的反冲洗功能、滴灌喷头的自动化调节及滴灌的精细化作业。     

基于指数平滑预测的高效变量喷灌方法

针对现有灌溉系统只能实现大田经验均一灌溉、缺乏决策指导的问题,基于田间ZigBee无线网络实时采集的田间预埋水分传感器信息,提出一种基于二次平滑预测算法的变量灌溉指导数据处理方法,根据理论设定值自行调整平滑权重,使其预测数据达到最优,得到变量作业处方图;研制了基于PLC的喷灌机变量控制系统,通过模拟百分率计时器对喷灌机逐跨调节,并实时调整行走步长与速度,实现变量灌溉。田间对比试验结果表明,变量灌溉效率及节水方面均优于传统灌溉。     

基于物联网的果园药水肥一体化控制系统设计与实现

针对山地丘陵果园生产作业中,病虫害防治和灌溉工作量大,人工成本上升,同时我国当前施肥模式粗犷、水肥浪费量大、肥液浓度不好控制等问题,结合物联网技术和互联网技术设计一种基于物联网的果园药水肥一体化控制系统。该套系统以基于CC2530的ZigBee节点为基础,结合MCU单片机及各类传感器,通过ZigBee网络实现远程监测和控制执行模块执行各种功能,同时采用模糊控制对水泵进行精准控制,实现对果树的精准施药、施肥和灌溉,并进行试验验证。结果显示,ZigBee网络的丢包率与距离没有明显关系,与上位机软件发包频率有一定关系;系统能够实现远程监测与自动控制,实时显示空气和土壤湿度、EC值和pH值等监测数据;混合药池的EC值经过系统调节690 s左右,达到设定值1.5 ms/cm,土壤EC值经过系统调节810 s左右,达到设定值1.2 ms/cm附近;同时系统根据不同的土壤EC值与混合药池EC值执行不同的灌溉方案与混肥、施肥方案,精准控制灌溉施肥,有较好的稳定性。     

土壤水分监测与灌溉预报系统设计

土壤水分监测与灌溉预报是实现作物适时适量灌溉的基础。提出了一种新的土壤水分监测与灌溉预报系统,依据实时采集的数据信息,判断作物用水情况,采用智能方法,建立高准确度土壤墒情与灌溉预报的模型,实现作物用水信息实时管理。     

农田墒情测报及灌溉预报自动化研究与应用

应用土水势和水量平衡原理 ,通过田间试验和室内模拟试验 ,实现石膏块土水势传感 ,计算机数字采集 ,墒情及灌溉预报自动化 ,灌区应用验证精度较高