基于Zigbee無線控制雨水收集的大棚自動(dòng)灌溉技術(shù)研究

劉振興 馬文軍 楊航

摘 要：隨著城市建設(shè)速度的加快，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和水資源短缺之間的矛盾日益加劇，ZigBee系統(tǒng)可以通過無線控制的方式收集雨水，并自動(dòng)灌溉農(nóng)業(yè)大棚。論述了ZigBee系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：ZigBee系統(tǒng);雨水收集;自動(dòng)灌溉

文章編號(hào)：1004-7026（2019）09-0117-01? ? ? ? ?中國圖書分類號(hào)：S731.2 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大部分為小農(nóng)經(jīng)營，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉主要依賴于人工，缺乏數(shù)據(jù)采集和技術(shù)分析方法，不僅灌溉效率低下，同時(shí)還有可能造成水資源浪費(fèi)。ZigBee系統(tǒng)可以最大限度地高效利用資源，但是該項(xiàng)技術(shù)的普及程度較低，如何在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中提高人們對(duì)ZigBee系統(tǒng)的認(rèn)知，成為了一個(gè)重要的問題。

1? ZigBee系統(tǒng)概述

與傳統(tǒng)的有線監(jiān)測(cè)模式相比，ZigBee系統(tǒng)作為一種無線檢測(cè)系統(tǒng)，消除了傳統(tǒng)有線模式復(fù)雜的布線和線路維護(hù)管理等方面的困擾，并且提高了該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的安裝效率。在實(shí)際的應(yīng)用中，ZigBee系統(tǒng)集中體現(xiàn)出了短距離、低復(fù)雜程度、低能耗與自動(dòng)組網(wǎng)等方面的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于生產(chǎn)建設(shè)領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和通信協(xié)調(diào)具有積極影響。ZigBee系統(tǒng)可以搭建網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)的通信，如果其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，可以通過其他節(jié)點(diǎn)重建通信[1]。

2? ZigBee無線控制雨水收集自動(dòng)灌溉技術(shù)

2.1? 程序設(shè)計(jì)

2.1.1? 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)程序設(shè)計(jì)主要采用LabVIEW模型進(jìn)行圖像的編輯和程序編寫。在此環(huán)節(jié)中，采用程序框圖形式，在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)框圖程序和前面板兩種模式。在程序框圖的設(shè)計(jì)中，如果系統(tǒng)處于運(yùn)行期間，首先需要完成串口的初始化設(shè)計(jì)，然后通過串口發(fā)送指令，使協(xié)調(diào)器實(shí)時(shí)上傳傳感器測(cè)量節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。該部分的設(shè)計(jì)集中體現(xiàn)出了設(shè)計(jì)軟件的層疊式順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和條件結(jié)構(gòu)函數(shù)，并且對(duì)于收集傳感器測(cè)量節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)和循環(huán)讀取以及實(shí)時(shí)顯示具有積極的作用[2]。前面板采用Lab軟件波形圖，圖表控件會(huì)顯示出空氣中雨水含量隨時(shí)間的變化，布爾顯示控件會(huì)顯示出測(cè)量端點(diǎn)水泵的開關(guān)情況。

2.1.2? 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

在下位機(jī)系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)工作中，要了解系統(tǒng)公司開發(fā)的Z-Stack協(xié)議，并以此為基礎(chǔ)完成設(shè)計(jì)。該項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中主要采用了消息輪詢機(jī)制。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，首先系統(tǒng)可以對(duì)硬件進(jìn)行初始化設(shè)置，隨后對(duì)協(xié)議棧的各個(gè)層進(jìn)行初始化處理，最后設(shè)置為低功耗模式。在協(xié)議棧中，使用AF--DataReq函數(shù)可以通過無線方式發(fā)送數(shù)據(jù)指令。比如協(xié)調(diào)器通過向傳感器端點(diǎn)發(fā)送雨水收集命令，以及傳感器端點(diǎn)將雨水收集的數(shù)據(jù)返回到協(xié)調(diào)器中。此時(shí)，系統(tǒng)的協(xié)調(diào)器就可以獲取來自傳感器端點(diǎn)的數(shù)據(jù)或者命令。系統(tǒng)收集到對(duì)應(yīng)的信息之后，ZigBee系統(tǒng)能夠根據(jù)收集到的不同信息處理對(duì)應(yīng)的程序和指令。

2.2? 試驗(yàn)驗(yàn)證

自動(dòng)灌溉系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行階段，相關(guān)數(shù)據(jù)都可以通過上位機(jī)程序界面直接下試出來，并且還可以根據(jù)灌溉時(shí)間的變化，測(cè)算土壤的濕度。顯示界面為指針式儀表，數(shù)值顯示的是當(dāng)前環(huán)境的濕度，界面中的指示燈顯示的是雨水收集系統(tǒng)和灌溉水泵開關(guān)的狀態(tài)。從當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)業(yè)水資源利用的狀況來看，基于ZigBee系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的雨水收集大棚自動(dòng)灌溉系統(tǒng)具有十分廣闊的應(yīng)用前景。由于我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)相對(duì)落后，主要依靠人力進(jìn)行自動(dòng)化控制，而傳統(tǒng)的管理方法不僅耗時(shí)費(fèi)力，而且投入和產(chǎn)出不成正比。目前，我國的農(nóng)業(yè)正逐漸朝精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的方向發(fā)展，特別是將ZigBee系統(tǒng)和傳感器相互融合之后，農(nóng)業(yè)灌溉的情況發(fā)生了重大改變，我國農(nóng)業(yè)逐漸朝向精準(zhǔn)、自動(dòng)化和信息化的方向發(fā)展。

3? 結(jié)束語

ZigBee雨水收集自動(dòng)灌溉系統(tǒng)可以提高水資源的利用率，從而滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的灌溉需求，解決水資源短缺的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓新風(fēng).基于zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].綿陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，38（2）：23-29.

[2]章軍富.基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)灌溉控制系統(tǒng)[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2010.