溫室無線遙控噴灌系統

鄭鐵 孫建偉 李一鑫 杜銳 果莉

摘 要：由于溫室內農田灌溉環境的特殊性，灌溉設備應不僅可對農作物適時、適量的灌溉，而且更要無阻礙的在溫室內自由移動。若在溫室內采用有線信息傳輸，成本較高且線路較為復雜。故該文闡述的是一種基于無線通信技術的遠程監視及控制的智能噴灌系統。基于無線通信技術，用戶在系統上位機界面中，不僅可以對溫室內農作物的生長狀況實時監視，還可以實現對下位機灌溉平臺工作的實時控制。

關鍵詞：溫室灌溉 實時監控 農作物 無線通信

中圖分類號：S62 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（b）-0018-02

在我國溫室內農作物種植過程中，大部分農戶仍采用地面灌溉的方式，因傳統的灌溉設備比較落后及各種人為因素，在灌溉中水資源浪費現象嚴重。為應對溫室內的特殊環境，提高水資源的實際利用率，一套適用于溫室棚區的多功能噴灌系統顯得尤為重要。因而該文所闡述的系統就是針對這一問題而設計的一種基于無線網絡的可視化智能噴灌控制系統

1 系統結構

該系統為具有上位機與下位機共同控制的棚室內無線智能監控噴灌系統，整體系統框圖如圖1所示。

其中上位機為人機交互良好的可實時觀察溫室內農作物生長情況及控制灌溉系統的界面。下位機是由主控制器、無線模塊、電磁閥部分、流量監測部分及攝像頭等多部分組成的可移動平臺。攝像頭通過wifi方式與上位機相連，將采集溫室內實況傳至上位機，便于農戶根據農作物生長情況判斷是否需要灌溉，若需灌溉則通過無線模塊實現對下位機噴灌系統的控制。當下位機完成一次灌溉后，以無線通信方式將灌溉的流量信息傳遞至上位機，以便于農戶對是否需要繼續灌溉進行分析、判斷。

2 系統材料與設計

2.1 下位機系統設計

下位機整體控制部分參照可編程自動化控制器理念，基于單片機系統，通過定制并可不斷優化的灌溉管理系統，結合可變的灌溉對象，實現溫室內無線遙控噴灌平臺。主要由遙控接收裝置及其安裝于自走式澆水機上的電磁閥和液位監測裝置組成。液位監測裝置檢測到的單位時間流量用于控制系統按照時間啟動或關閉灌溉泵。系統采用無線遙控發射裝置，各組遙控編碼分別連接至受微機控制的繼電器組合中，可進行編程發射無線遙控信號。接收采用與其配套使用的接收模塊，該模塊接收系統發射的無線開關信號后，控制電磁閥以一定的邏輯時序開啟或關閉。從而解決下位機平臺布線繁瑣的問題，實現溫室內遠程控制。

2.1.1 控制器

在本下位機系統中，單片機控制器為下位機的核心處理機構。控制器負責根據無線模塊接收到的數據對電磁閥、液位監測裝置及電機驅動等裝置進行控制。

下位機平臺的控制器采用的STC12LE5A60S2芯片是下位機控制系統的關鍵所在，它和以往的STC-51單片機的指令是相互兼容的，但其有著STC-51單片機8～12倍的運行速度。此外，其低消耗和強抗干擾功能等優勢更符合該系統對單片機的要求。

2.1.2 攝像頭

系統采用RW-720s型攝像頭，在此采用基于wifi的數據傳輸方式，再通過TCP/IP協議實現與上位機通信，以便于在上位機界面實現對溫室內農作物種植情況的實時監控。

2.1.3 無線通信

系統的上位機與下位機之間采用無線通信的方式進行數據傳輸。該系統采用YL-100IL小功率無線數據傳輸模塊進行無線通信。它的功耗低，成本低，傳輸距離遠，抗干擾能力強。便于中小規模溫室內的精確控制。無線通信電路圖如圖2所示。

2.1.4 流量監測

下位機平臺通過無線通信接收到噴灌指令后，經繼電器作用后對農作物噴灌。在此流量計量采用SEN-HZ21WA霍爾水流量傳感器。它耐寒耐熱性能良好，最大承受水壓為1.75 MPa，具有良好的經濟性且計量相對準確可滿足系統要求。

2.2 上位機設計

上位機設計采用Microsoft公司推出的Microsoft Visual C++，它是面向對象的可視化集成編程系統。上位機具有人機交互良好的界面，其可分為多個模塊，各模塊間既相互獨立又相互聯系并統一于主界面，具有很強的伸縮性和擴展性。上位機將主要精力集中于實時監控的可視化界面及灌溉決策和邏輯控制部分，從而使受控對象和參數更新較為靈活；其詳細記錄了灌溉過程中每一次、每一天的數據，便于日后統計分析不同作物最佳需水需肥量及灌溉模式。上位機工作流程圖如圖3所示。

3 實驗結果與分析

灌溉精度測試如表1。

由表1可以看出該系統在不同室溫環境下，噴灌量的測量誤差精度均在3%的范圍內，可滿足對農作物的噴灌需求。經過多次試驗驗證，該系統具有較高的精準性及穩定性，能滿足對溫室內農作物長時間灌溉、監控的實際需求，對節水灌溉的推廣及提高農戶的工作效率具有重要意義。

4 結語

該系統為一個在溫室棚區內可自由移動、便于控制、集噴灌、噴藥、施肥于一體的田間遙控噴灌系統。使用者無需直接到達溫室內，便可直接、方便地對溫室內的灌溉平臺進行控制以實現對農作物的實時觀察及定量地噴灌、施肥等。該系統具有較高的經濟性、實用性，并對農業水資源合理利用及節水灌溉的推廣具有重要意義。

參考文獻

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