科技・探索・争鸣 Ｓｃ科ｉｅｎｃｅ＆Ｔｅ技ｃｈ视ｎｏｌｏｇｙ界 Ｖｉｓｉｏｎ 项目 基于物联网架构的温室节水自动灌溉系统研究 张素 刘宇２ （１．河北农业大学机电工程学院，河北保定０７１００１； ２．河北农业大学城乡建设学院。河北保定０７１ ００１） 【摘要】我国是一个水资源非常贫乏的国家，人均水资源量仅为世界平均水平的四分之一，同时中国又是一个农业大国，长期的粗放型农 业生产方式大大的浪费了宝贵的水资源。本文旨在设计一套基于ｚｉｐｅｅ无线传感器网络技术，能对作物生长的土壤湿度进行自动监控的系统， 它能对作物进行适时、适量的灌溉，起到高效灌溉，节水、节能的作用。 【关键词１ｚｉ邸ｅｅ；自动监控；节水灌溉 Ｔｈｅ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ＯＨ ｉｏｔ ａｒｅ￣ｃｍｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ＺＨＡＮＧ Ｓｕ ＬＩＵ Ｙｕ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｈｅｂｅｉ，Ｂａｏｄｉｎｇ Ｈｅｉｂｅｉ，０７１００１； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ ｕｒｂａｎ ａｎｄ ｒｕｒａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ，Ｂａｏｄｉｎｇ Ｈｅｉｂｅｉ，０７１０ｏ１） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｃｈｉｎａ ｉｓ ａ ｃｏｕｎｔｒｙ ｐｏｏｒ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｐｅｒ ｃａｐｉｔａ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｉｓ ｏｎｌｙ ａ ｑｕａｒｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ ａｖｅｒａｇｅ，ｗｈｉｌｅ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ ｉｓ ａｎ ａｇ ｃｕｌｔｕｒａｌ ｃｏｕｎｔｒｙ，ｌｏｎｇ—ｔｅｒｍ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ｆａｒｍｉｎｇ ｇｒｅａｔ ｗａｓｔｅ ｐｒｅｃｉｏｕｓ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｓ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ａ ｓｅｔ ｏｆ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｚｉｇＢｅｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｏ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ｃｒｏｐ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｓｏｆｔ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｔ ｃａｎ ｔｉｍｅｌｙ，ｒｉｇｈｔ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｃｒｏｐ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ，ａｎｄ ａ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ，ｗａｔｅｒ ｓａｖｉｎｇ，ｅｎｅｍｙ ｓａｖｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｚｉｇＢｅｅ；Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；Ｗａｔｅｒ－ｓａｖｉｎｇ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ０引言 ２系统总体设计方案 ｚ Ｂ睛无线阿结的架构 针对信号采集装重的太阳齄电池供电设备 的电路政受 我国是个水资源非常缺乏的国家．传统的温室节水控制系统存着 以下缺点： １）单独依靠灌溉流程的最后环节来解决．没有将水资源的开发、 硬件电路韵调试－３制板 输送、分配等因素全盘综合考虑，真正的做到按需精确的给水。 ２）在实际的农业生产应用时．需要密布传感器节点．才能实现对 监测区域的有效覆盖．这将导致农业设施内部线缆纵横交错．系统安 基于ＬａｂＶｌ ｊＥ蛙传输网络通信功能的实 壤 装及维护成本急剧增加。 本研究拟将物联网架构的无线传感器技术应用于节水灌溉系统 中 以ＺｉｇＢｅｅ无线网络技术为依托构建物联网架构的温室节水灌溉 系统。内容包括：利用ＺｉｇＢｅｅ无线网络技术的低功耗、低成本、免许可 软硬件的联调和浸ｆ试 无线通信频段等特点．将其引入到温室灌溉系统中．避免了大量信号 线的敷设： 实例检鳓 另外，因为温室是采光建筑，透光性较好，本项目将太阳能供电技 术应用到温室土壤温、湿度检测之中，利用太阳能供给环境检测所需 现蛹试用 电力，在不利于电力线路敷设的区域也可以实现电力供给，并且节能、 环保。 ３温室无线环境检测系统的方案设计 国外灌溉监控系统在运行、管理方面的自动化程度较高．并且系 统也相对比较完善。在农业机械化和自动化程度较高的美国、日本、荷 兰、西班牙和以色列等国家中．很多灌溉控制的技术值得我们在农业 灌溉现代化过程中借鉴 上位机较件 １系统设计原则 结合灌溉系统自身的特点和当前国内外各种精准灌溉的优劣．本 系统的设计遵循以下原则： １）能时时刻刻的监测灌溉区域的土壤含水量．这是我们做精准灌 溉的基础。如果做不到实时监测．空谈精准就毫无根据可言。 ２）能够准确的读取灌溉区域土壤含水量．这是精准灌溉的精髓所 在，如果连含水量的监测都无法保证精确．就无从说起控制。 ３）方便而实用。用户不需要过于复杂的操作．而需要经过专业技 术人员的培训之后便能熟练的操作 ４）节能，低碳。系统不需要复杂的交流电连接．这样既不破坏植被 的美观又能节约能源 ５）低成本 国外很多先进的精准灌溉系统虽然己经做的很好了． 但是高昂的价格根本不是我国农民能承受得起的 因此只有价格低廉 有利于推广 图１检测系统整体结构图 整个检测系统由ｚｉ ｅｅ无线传感器网络和上位机检测平台两部 分组成。ｚｉｇｂｅｅ无线传感器网络由传感器节点、路由节点和协调器节 点组成．分布在温室的各个区域 无线传感器节点分为传感器节点和 路由节点协调器节点 系统运行时．传感器节点周期性地完成数据采 集并通过ｚｉｇ—Ｂｅｅ网络汇总到协调器，协调器将采集的数据通过多跳 的方式汇聚到远程监控中心的基地管理监测平台 基地管理监测平台 收到所有节点周期性汇聚的数据后．采用ＳＱＬｉｔｅ数据库对采集的数 ※基金项目：河北省高等学校科学技术研究指导项目（Ｚ２０１２１４６），河北农业大学理工基金（ＬＧ２０１２０３０５）。 作者简介：张素（１９８２一），女，硕士研究生，毕业于河北农业大学机电工程学院电气系，讲师，主要研究方向为农业电气化与自动化。 科技视界Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｉｓｉｏｎ