物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉作用研究3篇

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物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉作用篇1

摘要：通過(guò)基本解釋物聯(lián)網(wǎng)與智慧農(nóng)業(yè)及其聯(lián)系，闡釋物聯(lián)網(wǎng)能夠運(yùn)用于節(jié)水灌溉成為智慧農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵性技術(shù)，并合理地闡明物聯(lián)網(wǎng)作用于節(jié)水灌溉的基本實(shí)例，提出合理性建議，以期促進(jìn)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)下智慧農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；智慧農(nóng)業(yè)；智能技術(shù)；節(jié)水灌溉；應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展便利了人們的生活，促進(jìn)了生產(chǎn)力的提高。農(nóng)業(yè)的欣欣向榮也離不開(kāi)日新月異的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)———RFID技術(shù)（無(wú)線射頻識(shí)別即射頻識(shí)別技術(shù)）、傳感技術(shù)和Wi-Fi技術(shù)等。物聯(lián)網(wǎng)主要加速了有關(guān)農(nóng)業(yè)的信息采集、傳輸，并分析了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)情況。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用于農(nóng)業(yè)的節(jié)水灌溉之中，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，使得科技造福人類(lèi)的口號(hào)得以落實(shí)。

1智慧農(nóng)業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

智慧農(nóng)業(yè)，通俗地來(lái)說(shuō)就是給傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)穿上裝備—智能技術(shù)，計(jì)算機(jī)和移動(dòng)設(shè)備，來(lái)使本身的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)在原先的基礎(chǔ)上逐步智能化，擺脫完全人工化的操作而形成的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。為達(dá)到用戶(hù)目的，使其自動(dòng)化采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息，智能決策判斷一些網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用的實(shí)際問(wèn)題，許多的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)投入使用大數(shù)據(jù)、云技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)人工智能等。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，由于其囊括的范圍實(shí)在過(guò)大，還沒(méi)有能夠完全定義其概念，只能在字面上理解為物物相連，發(fā)揮“一加一大于二”的實(shí)際作用，其核心其實(shí)是依賴(lài)于互聯(lián)網(wǎng)之間形成的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，使物聯(lián)網(wǎng)的用戶(hù)可以通過(guò)復(fù)雜的關(guān)系網(wǎng)便利地交換信息、技術(shù)，突破時(shí)間空間的限制，節(jié)約成本，提高利益。

2物聯(lián)網(wǎng)投入智慧農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1RFID技術(shù)

RFID技術(shù)是通過(guò)無(wú)線電技術(shù)靈敏地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)并且歸類(lèi)于射頻識(shí)別、通信技術(shù)的一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)手段。其由應(yīng)答器、閱讀器和軟件系統(tǒng)共同構(gòu)成，在長(zhǎng)距離信息傳輸，短距離傳導(dǎo)，并識(shí)別有關(guān)的關(guān)鍵信息中發(fā)揮巨大的作用。RFID技術(shù)在短距離信息傳輸、識(shí)別中應(yīng)用效果較佳，經(jīng)應(yīng)答器、閱讀器、軟件系統(tǒng)等構(gòu)成，數(shù)據(jù)記憶容量非常大，抗污染能力較強(qiáng)，能夠適應(yīng)多種復(fù)雜使用環(huán)境，而且具有耐久性佳、掃描速度快等優(yōu)勢(shì)，這在智慧農(nóng)業(yè)之中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。在為節(jié)水灌溉等智慧農(nóng)業(yè)工作時(shí)，其內(nèi)部芯片會(huì)第一時(shí)間把有關(guān)數(shù)據(jù)傳入庫(kù)里，閱讀器在其中接受信息，高效自動(dòng)化地處理復(fù)雜晦澀的問(wèn)題與數(shù)據(jù)。然后將指令傳遞給后臺(tái)操作系統(tǒng)，以完成對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析、控制和應(yīng)用。

2.2Wi-Fi技術(shù)

Wi-Fi技術(shù)是一項(xiàng)對(duì)環(huán)境影響較大的技術(shù)，通常情況下，在公共場(chǎng)合的Wi-Fi技術(shù)輻射范圍在100m左右，這還是在封閉無(wú)人的條件下，而在空曠的室外甚至可以輻射在210m以外，得天獨(dú)厚的便捷條件使得其廣泛地被運(yùn)用于農(nóng)業(yè)之中。而說(shuō)起其輻射范圍和其原理密不可分，Wi-Fi技術(shù)是一種將電子設(shè)備連接到局域網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，使多種電子產(chǎn)品上網(wǎng)。除了基本的作用以外，Wi-Fi技術(shù)還能感知重要農(nóng)業(yè)信息，并可有效完成傳輸任務(wù)。這一流程主要是通過(guò)信息感受器感知有效信息并收集，后通過(guò)Wi-Fi處理技術(shù)，將信息整合收集，傳到應(yīng)用縫隙層，使智慧農(nóng)業(yè)信息得以高效無(wú)誤地傳遞。

2.3傳感網(wǎng)技術(shù)

傳感網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用前提就是信息的及時(shí)采集，信息、通信部件隨機(jī)，在這些條件下使其加強(qiáng)聯(lián)系而形成一個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳感器。其有許多的優(yōu)勢(shì)，比如能在復(fù)雜的環(huán)境下保持穩(wěn)定，擁有基礎(chǔ)的傳輸信息能力和儲(chǔ)備功能，還能將自身的能量轉(zhuǎn)化為工作的所需品，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中承擔(dān)著包括物物連接和信息交流的主要任務(wù)。但也存在一定的缺陷，比如單個(gè)部件之間傳輸信息量少，且多為隨機(jī)，雖然不會(huì)造成過(guò)大的干擾，但是仍然有進(jìn)步的空間。

3智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基本構(gòu)架體系

3.1物聯(lián)網(wǎng)的感知層

物聯(lián)網(wǎng)的感知層包括RFID設(shè)備、傳感器和視頻監(jiān)控設(shè)備等。為了滿(mǎn)足基本的信息數(shù)據(jù)采集與檢測(cè)，在整個(gè)流程里將系統(tǒng)置于上層，提高智能網(wǎng)關(guān)傳輸信息到達(dá)繼電器，控制農(nóng)業(yè)設(shè)備開(kāi)關(guān)，達(dá)到智能化調(diào)控，監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。而在數(shù)據(jù)收集和感知用戶(hù)信息的層面上，使用了Zigbee（物聯(lián)網(wǎng)電能管理系統(tǒng)）和CAN（控制器域網(wǎng)），充分傳輸有效信息進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，再完成上述流程。

3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)涉及面很廣，主要有智能監(jiān)管、自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)、信息采集器和智能網(wǎng)關(guān)。每個(gè)部分有每個(gè)部分的作用，信息采集器可以高效匯集信息，來(lái)形成必需的模擬信號(hào)。模擬信號(hào)將這些信息通過(guò)技術(shù)改變成數(shù)字信號(hào)。而無(wú)線傳輸設(shè)備可以將電磁波信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化。有利的是，無(wú)線電傳輸消耗小，能夠通過(guò)多端介入Zigbee技術(shù)。而智能網(wǎng)關(guān)主要進(jìn)行處理信息和加工信息的流程。監(jiān)控中心可以將智能網(wǎng)關(guān)處理的信息進(jìn)行更深層次的分析存儲(chǔ)并交由專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)審核，保證了流程的科學(xué)性。此時(shí)，便于在第一時(shí)間將調(diào)控指令發(fā)送于自動(dòng)控制器，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施自動(dòng)化控制，將現(xiàn)場(chǎng)圖像信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控的效果。

3.3物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用面對(duì)的對(duì)象是使用用戶(hù)，為終端用戶(hù)服務(wù)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的目的所在，為了更好地服務(wù)所有的用戶(hù)，物聯(lián)網(wǎng)甚至構(gòu)建了平臺(tái)以便交流改進(jìn)。在智慧農(nóng)業(yè)方面，物聯(lián)網(wǎng)滲透到監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)環(huán)境、保護(hù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程及幫助農(nóng)業(yè)有效對(duì)付害蟲(chóng)侵?jǐn)_的方方面面。應(yīng)用層注重對(duì)農(nóng)業(yè)信息最直觀地收納分析，為管理的自動(dòng)化打下基礎(chǔ)。而管理層面通過(guò)實(shí)時(shí)收集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，分享給工作人員，提供合理的決策結(jié)果以輔助工作人員，提高工作效率。

3.4物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層

除了通常網(wǎng)絡(luò)中的WLAN技術(shù)，還包括LAN技術(shù)、CDMA技術(shù)及4G技術(shù)等等。通過(guò)這些技術(shù)的相互配合，有效地提高處理整合信息的速度。為了讓物聯(lián)網(wǎng)的客戶(hù)更加信任，要對(duì)客戶(hù)感知的信息進(jìn)行保護(hù)，在保護(hù)用戶(hù)隱私的同時(shí)，高效完成任務(wù)。

4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的應(yīng)用

在一般的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程里，灌溉是重中之重，影響作物的質(zhì)量和周期，影響著生產(chǎn)的利益。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在田間安裝傳感器，實(shí)時(shí)跟蹤作物的生長(zhǎng)習(xí)性，包括所需的濕度水分、土壤要求等。并制定相關(guān)的灌溉措施來(lái)穩(wěn)定作物生長(zhǎng)，為作物提供更好的生長(zhǎng)條件。促進(jìn)農(nóng)作物健康生長(zhǎng)，并節(jié)約了水資源。

4.1系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有獨(dú)立的檢測(cè)體系，這一檢測(cè)體系主要是基于傳感器、控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)而建立的。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要包括3大部分：一是網(wǎng)絡(luò)控制和感知層，其主要負(fù)責(zé)進(jìn)行檢測(cè)和數(shù)據(jù)控制等工作，屬于系統(tǒng)的終端。感知層通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)農(nóng)業(yè)用水的實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)控，獲得田間環(huán)境信息和作物本身信息。二是數(shù)據(jù)傳輸層。顧名思義，數(shù)據(jù)傳輸層主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，其能夠從感知層中獲取數(shù)據(jù)，并傳送至處理層中。三是數(shù)據(jù)處理層。數(shù)據(jù)處理層將所有的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)匯總，并進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)，最后為自動(dòng)灌溉提供數(shù)據(jù)依據(jù)[1]。而在農(nóng)田灌溉區(qū)域中，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則會(huì)對(duì)區(qū)域內(nèi)部的所有灌溉設(shè)備進(jìn)行直接控制，并依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所獲取的信息進(jìn)行灌溉設(shè)備的控制，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)田灌溉的自動(dòng)化。這一功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠于設(shè)置在灌溉設(shè)備出水口中的控制系統(tǒng)，其具有信號(hào)收發(fā)功能和傳感器信息反射功能等。在灌溉指令下達(dá)之后，監(jiān)控室收到了灌溉信息，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)下達(dá)指令，灌溉設(shè)備閥門(mén)打開(kāi)，進(jìn)行灌溉。此外，考慮到節(jié)水灌溉的基本需求，整個(gè)供水的過(guò)程中會(huì)設(shè)置報(bào)警線，報(bào)警線并非固定，而是根據(jù)系統(tǒng)所給出的灌溉水量而決定。當(dāng)出水量達(dá)到最大供應(yīng)值之后，激發(fā)報(bào)警線，報(bào)警裝置啟動(dòng)，從而關(guān)閉閥門(mén)，而整個(gè)灌溉過(guò)程也徹底結(jié)束。

4.2網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳感器

農(nóng)業(yè)灌溉需要大量水資源，為了更好地利用水資源不形成浪費(fèi)，在灌溉過(guò)程中節(jié)水環(huán)節(jié)很重要，節(jié)水可以運(yùn)用無(wú)線傳感技術(shù)。無(wú)線傳感技術(shù)就是將無(wú)線個(gè)域網(wǎng)自由組合，這種技術(shù)是一種低復(fù)雜度、近距離、低消耗、慢速率且低成本的無(wú)線通信技術(shù)，信息容量大，可信度高是這種通信技術(shù)的特點(diǎn)，組成部分有4個(gè)，分別是使用層、控制層、物理層和網(wǎng)絡(luò)層。以往的傳輸系統(tǒng)運(yùn)用有線傳輸網(wǎng)絡(luò)，具有成本高、網(wǎng)絡(luò)布線復(fù)雜、靈活性不強(qiáng)、出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)不易解決和推廣性不強(qiáng)等諸多弊端，利用網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳感技術(shù)解決了傳統(tǒng)的有線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的問(wèn)題，在控制大棚室內(nèi)溫度、空氣濕度和土壤酸堿度方面具有突出貢獻(xiàn)[2]。

4.3物聯(lián)網(wǎng)灌溉系統(tǒng)的供電

從物聯(lián)網(wǎng)灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行原理中可以發(fā)現(xiàn)，其主要依靠無(wú)線傳感器實(shí)現(xiàn)信息的傳遞，通過(guò)無(wú)線電磁閥來(lái)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)灌溉系統(tǒng)本質(zhì)上是為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而服務(wù)的，這也意味著其本身具有廣泛性的特征，系統(tǒng)整體的規(guī)模相對(duì)較大，故而實(shí)際應(yīng)用中需要使用到大量的電力資源。物聯(lián)網(wǎng)灌溉系統(tǒng)的電力供給主要是通過(guò)各個(gè)組成單元的電池組，傳統(tǒng)的電池組面臨著充電、更換等諸多問(wèn)題，故而可以在實(shí)際中設(shè)置太陽(yáng)能電池板，只要有陽(yáng)光就可以重復(fù)利用。此外，節(jié)能措施的選擇也至關(guān)重要?？紤]到物聯(lián)網(wǎng)灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行特征，節(jié)能控制點(diǎn)主要集中在通信設(shè)備降耗和電壓調(diào)節(jié)功率管理方面?？梢圆扇》謪^(qū)域、選擇動(dòng)態(tài)可控制的技術(shù)。比方說(shuō)在灌溉完畢的農(nóng)田區(qū)域中，將電磁閥電源和傳感器關(guān)閉，只開(kāi)放需要的區(qū)域，來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的，降低供電需求量。

5系統(tǒng)功能的特點(diǎn)

5.1系統(tǒng)的管理

由于在監(jiān)管的全過(guò)程中，各個(gè)技術(shù)已經(jīng)形成了系統(tǒng)的流程，物聯(lián)網(wǎng)作為統(tǒng)領(lǐng)在監(jiān)管系統(tǒng)正常運(yùn)行中也發(fā)揮巨大作用。物聯(lián)網(wǎng)主要是對(duì)系統(tǒng)的文件數(shù)據(jù)進(jìn)行管理保護(hù)，確保各項(xiàng)措施穩(wěn)定進(jìn)行，互不干擾。在系統(tǒng)的穩(wěn)定進(jìn)行中，對(duì)使用者的賬戶(hù)信息、所擁有的財(cái)富體系和知識(shí)體系進(jìn)行保護(hù)，確保隱私的安全。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)把系統(tǒng)分為特別規(guī)定的幾個(gè)環(huán)節(jié)，進(jìn)行定點(diǎn)保護(hù)。為確保物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮其最大的作用，要科學(xué)合理對(duì)待其不足，定期檢查測(cè)驗(yàn)，對(duì)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行整理歸納。重視用戶(hù)隱私的保護(hù)，權(quán)限與信息不可公開(kāi)，提高準(zhǔn)確性和規(guī)范性[3]。

5.2信息收集查詢(xún)與搜索

由于整個(gè)過(guò)程的信息過(guò)于龐大，在不同時(shí)間有需要對(duì)特定信息進(jìn)行檢索查閱，如何縮短時(shí)間也是系統(tǒng)工作的主要一環(huán)。通過(guò)將信息歸納為圖標(biāo)、坐標(biāo)等其他方式，來(lái)將常用思維和邏輯思維結(jié)合，找到最適合人類(lèi)尋找的工具模式，在系統(tǒng)上查詢(xún)、收集和搜索相關(guān)信息。甚至對(duì)每個(gè)信息進(jìn)行位置長(zhǎng)度寬度的合理定義，用坐標(biāo)軸形式能快速定位，準(zhǔn)確高效率地找到有關(guān)數(shù)據(jù)[4]。

5.3自動(dòng)化的數(shù)據(jù)收集

由于各項(xiàng)數(shù)據(jù)已經(jīng)經(jīng)過(guò)編碼排序，只要通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，就能自動(dòng)化為用戶(hù)選擇相關(guān)所需的信息，通過(guò)終端發(fā)送給用戶(hù)。從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的灌溉系統(tǒng)在自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集方面已經(jīng)較為成熟，基本上可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，且數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性較高，可以客觀判斷田間的水分供給情況。即便是在數(shù)據(jù)傳輸方面存在一定的滯后，也并不影響系統(tǒng)整體的正常運(yùn)行和灌溉效果。

5.4分析相關(guān)數(shù)據(jù)

對(duì)于已經(jīng)檢閱出來(lái)的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)其分析利用也頗為重要。在收集到數(shù)據(jù)之后，通過(guò)圖像法、坐標(biāo)法等對(duì)其進(jìn)行分析，保證穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。合理推算之后再通過(guò)系統(tǒng)手段，進(jìn)行二次檢閱，反復(fù)模擬實(shí)驗(yàn)后，再將最終結(jié)果傳入終端，交給用戶(hù)和研究者使用[5]。

6結(jié)束語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，在各行各業(yè)都有巨大的影響，當(dāng)之無(wú)愧與計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)一起被稱(chēng)為世界信息產(chǎn)業(yè)的浪潮。物聯(lián)網(wǎng)，在字面上，也能得知與其他浪潮的不同在于其將物與物之間的聯(lián)系放大，找到人與物、人與人及物與物之間可以相互利用的成分。而農(nóng)業(yè)，作為人類(lèi)安身立命不可或缺的條件，尤其是世界上許多地方還遭受著溫飽不足的迫害，將物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)結(jié)合，通過(guò)解放勞動(dòng)力，對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)流程進(jìn)行管理監(jiān)控，對(duì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，得出更加先進(jìn)的種植智慧技術(shù)，比如作用于節(jié)水灌溉技術(shù)、科學(xué)施肥和定期除害等方面。而智慧農(nóng)業(yè)里的節(jié)水農(nóng)業(yè)，不光對(duì)農(nóng)業(yè)方面產(chǎn)生巨大的影響，對(duì)保護(hù)水資源的利用，節(jié)約用水方面也做出了榜樣。避免因?yàn)榈貐^(qū)限制而發(fā)生土地鹽堿化，土壤凝結(jié)等危害。其還可以用來(lái)疏松土壤，改善土壤的質(zhì)量，側(cè)面上甚至對(duì)一個(gè)地區(qū)風(fēng)沙治理、涵養(yǎng)水源和保護(hù)環(huán)境起到了重要作用。

作者:張連芝 單位:山東省德州市寧津縣柴胡店鎮(zhèn)人民政府

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉作用篇2

與根據(jù)資料顯示，我國(guó)現(xiàn)有的人均耕地面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平，僅為其40%；同時(shí)數(shù)據(jù)顯示我國(guó)人均水資源占有量，也只是世界平均水平的28%。與現(xiàn)代化綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展息息相關(guān)的灌溉用水遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足我國(guó)14億人口農(nóng)產(chǎn)品供給的發(fā)展要求。因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須變?cè)械拇笏?，為現(xiàn)代化的精細(xì)滴管，只有這樣才能最大限度地利用好農(nóng)業(yè)用水資源，產(chǎn)生最大效益。目前，已經(jīng)進(jìn)入萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，也為農(nóng)業(yè)精細(xì)灌溉提供了可借鑒的技術(shù)方法。文章所述系統(tǒng)由物聯(lián)網(wǎng)邊緣傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自適應(yīng)噴灌系統(tǒng)與控制中心組成，其設(shè)計(jì)遵循農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)程的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

1系統(tǒng)原理

通過(guò)研究不同農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中，受哪些環(huán)境因素影響，確定需要物聯(lián)網(wǎng)邊緣傳感器的類(lèi)型，根據(jù)植物特點(diǎn)確定傳感器封裝形式。通過(guò)單片機(jī)技術(shù)、光譜采集分析技術(shù)、虛擬仿真、數(shù)據(jù)融合等傳感器技術(shù)，開(kāi)發(fā)土壤密度、水浸情況，葉片含水量等快速傳感設(shè)備；通過(guò)現(xiàn)有商用傳感器，并做出適應(yīng)性改造，開(kāi)展溫度、糖度、pH值等多參數(shù)傳感器進(jìn)行相應(yīng)傳感器和多參數(shù)傳感器小型化集成。采集器能夠采用太陽(yáng)能供電，并且能保證陰雨天氣可以連續(xù)正常工作至少5天；確保所采集的數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確、高效地回傳平臺(tái)，通過(guò)數(shù)據(jù)能夠?qū)φ{(diào)控設(shè)備進(jìn)行策略控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。各類(lèi)智能檢測(cè)采集設(shè)備，需要統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，同時(shí)根據(jù)不同傳感器監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)特點(diǎn)，規(guī)劃合適的數(shù)據(jù)格式定義，從而為所有數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和高效利用創(chuàng)造條件。數(shù)據(jù)反饋后，需要在處理中心根據(jù)氣象數(shù)據(jù)、光照數(shù)據(jù)、風(fēng)力數(shù)據(jù)等，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析，并根據(jù)分析結(jié)果，提出農(nóng)作物灌溉需求，并將其形成量化數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)農(nóng)作物灌溉機(jī)構(gòu)，進(jìn)行精確滴灌作業(yè)，同時(shí)將各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。為了保障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，可以通過(guò)4G/5G/LORAWAN/NB-IOT等多種有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)搭建物聯(lián)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)和灌溉設(shè)施驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，以實(shí)時(shí)性、可靠性為約束條件，確保網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问降陌踩煽?，無(wú)縫連接，最終形成穩(wěn)定的智能化灌溉系統(tǒng)拓?fù)湫问?。提高農(nóng)業(yè)種植全過(guò)程監(jiān)測(cè)預(yù)警、防災(zāi)減災(zāi)、優(yōu)化調(diào)控等過(guò)程中的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與決策管理水平。

2系統(tǒng)組成

該應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)由農(nóng)作物種植區(qū)各類(lèi)邊緣傳感器、數(shù)據(jù)中繼監(jiān)控采集分站、數(shù)據(jù)處理中心、自適應(yīng)智能化灌溉分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)及電力傳輸網(wǎng)絡(luò)組成。其中，農(nóng)作物種植區(qū)各類(lèi)邊緣傳感器包括以下兩類(lèi)：一是環(huán)境因素高精度數(shù)據(jù)采集設(shè)備，主要包含田間環(huán)境中的溫度、濕度、土壤水分、土壤養(yǎng)分、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、土壤含水量等數(shù)據(jù)采集傳感器，二是農(nóng)作物生長(zhǎng)監(jiān)控高精度數(shù)據(jù)采集設(shè)備，主要包含葉片含水量、溫度、pH值等傳感器。各類(lèi)傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)A/D采樣后由單片機(jī)存儲(chǔ)管理。傳感器采用心跳定時(shí)輸出、無(wú)線（有線）發(fā)送方式。其核心電路是模數(shù)轉(zhuǎn)換、單片機(jī)和2.4G發(fā)射模塊。傳感器供電由電池供電和太陽(yáng)能供電，兩種方式，確保相關(guān)設(shè)備可以不間斷地工作。數(shù)據(jù)中繼監(jiān)控采集分站主要負(fù)責(zé)整合分散的邊緣傳感器信息，特別是通過(guò)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)完成各個(gè)離散傳感器信息的匯集，同時(shí)，裝備微型氣象站功能，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)光照、降水、風(fēng)力信息進(jìn)行采集，之后完成所有數(shù)據(jù)打包，通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)回傳數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)處理中心主要對(duì)回傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解包分析，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示各個(gè)傳感器及數(shù)據(jù)中繼監(jiān)控分站的信息，供農(nóng)業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人員進(jìn)行人工研判或自動(dòng)形成反饋數(shù)據(jù)。自適應(yīng)智能化灌溉分系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)處理中心所下發(fā)的數(shù)據(jù)，控制水泵從水源處抽水，并將水泵如各類(lèi)不同的灌溉管路，完成精細(xì)化灌溉作業(yè)。數(shù)據(jù)及電力傳輸網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)農(nóng)業(yè)智能灌溉系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，需要根據(jù)不同農(nóng)業(yè)種植環(huán)境，完成有線及無(wú)線布線，確保網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问椒€(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的不間斷傳輸與灌溉分系統(tǒng)的穩(wěn)定供電。

2.1MC9S08GT60單片機(jī)介紹

MC9S08GT60單片機(jī)是飛思卡爾公司的高性能、低成本的八位單片機(jī)，它作為該項(xiàng)目中各類(lèi)邊緣傳感器的數(shù)據(jù)采集與暫存的核心芯片，完成前端的數(shù)據(jù)處理工作。此單片機(jī)可以快速執(zhí)行開(kāi)發(fā)與調(diào)試指令，兼容M68HC08系列調(diào)試指令。可以通過(guò)背景調(diào)試控制器，完成針對(duì)不同傳感器數(shù)據(jù)的采集編程功能設(shè)計(jì)。該型單片機(jī)支持在線編程Flash存儲(chǔ)，內(nèi)嵌8通道10bit模數(shù)轉(zhuǎn)換核，串行接口模塊和I2C總線傳輸，可以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)種植環(huán)境及農(nóng)作物數(shù)據(jù)處理需求。

2.2MC13192ZigBee芯片介紹

MC13192ZigBee芯片同為飛思卡爾公司生產(chǎn)的芯片，全面支持IEEE802.15.5協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的低功耗、短距離數(shù)據(jù)傳輸，可以靈活構(gòu)建Star型或Mesh型網(wǎng)絡(luò)。共有16個(gè)通信通道，最大發(fā)射功率3.6dBm。內(nèi)置發(fā)射、接收RAM，每個(gè)5MHz帶寬都采用OQPSK傳輸，傳輸速率可達(dá)250kbps,支持三種工作模式。最低接收電平可達(dá)-92dBm。

2.3MC13192與MC9S08GT60連接

MC13192與MC9S08GT60通過(guò)SPI技術(shù)建立連接，MC13192同時(shí)為MC9S08GT60提供時(shí)鐘。PTB口作為MC9S08GT60外部器件接口，模擬串口位于引腳PTB6、PTB7端口，通過(guò)接口芯片驅(qū)動(dòng)外部顯示二極管或其他顯示單元，引腳PTB3作為各種農(nóng)作物種植環(huán)境或植物附加邊緣傳感器的模擬輸入端，通過(guò)程序設(shè)定進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。同時(shí)將轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送MC13192調(diào)制發(fā)射。

3主要傳感器端與控制工作原理

3.1各類(lèi)邊緣傳感器的工作

田間各類(lèi)傳感器和農(nóng)作物傳感器，首先需要將個(gè)傳感器檢測(cè)所得的模擬量通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)字量編碼，最后通過(guò)ZigBee技術(shù)發(fā)送。MCU中內(nèi)置了10位A/D轉(zhuǎn)換器，對(duì)2V電壓的檢測(cè)精度可以達(dá)到/210=0.009V，完全可以滿(mǎn)足檢測(cè)需要。同時(shí)，通過(guò)ZigBee平臺(tái)以2.4GHzOQPSK方式，將檢測(cè)所得數(shù)值變?yōu)?0位數(shù)據(jù)并加入地址碼，進(jìn)行發(fā)射。單片機(jī)還可將土壤濕度、環(huán)境溫度等所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，通過(guò)傳感器平臺(tái)本身的顯示模塊進(jìn)行顯示，可以讓巡查人員實(shí)時(shí)獲取相關(guān)農(nóng)作物數(shù)據(jù)。

3.2數(shù)據(jù)中繼監(jiān)控采集分站

數(shù)據(jù)中繼監(jiān)控采集分站需要首先根據(jù)傳輸頻率不同對(duì)各個(gè)邊緣傳感器數(shù)據(jù)分時(shí)接收。再根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)判斷，并按照所接收到的不同類(lèi)型數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)通過(guò)MCU打包，再通過(guò)MCURS232串行接口傳輸數(shù)據(jù)，并通過(guò)串口RJ45轉(zhuǎn)換器經(jīng)以太網(wǎng)絡(luò)傳輸至中央監(jiān)控主機(jī)。

3.3數(shù)據(jù)處理中心

數(shù)據(jù)處理中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，將分布于不同農(nóng)作物種植園區(qū)的中繼監(jiān)控分站的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，同時(shí)根據(jù)各個(gè)監(jiān)控分站的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，并根據(jù)農(nóng)作物灌溉要求，反饋給前端灌溉網(wǎng)絡(luò)，做出相應(yīng)的精細(xì)化灌溉。同時(shí)，將所有數(shù)據(jù)匯總記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于監(jiān)測(cè)分析。如出現(xiàn)有悖于常規(guī)的數(shù)據(jù)閾值，則發(fā)出告警提示，以確保農(nóng)作物種植的智能化管理。

3.4自適應(yīng)智能化灌溉分系統(tǒng)

該系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)處理中心所發(fā)布的控制指令，控制精密變頻器、抽水泵機(jī)、噴淋電磁閥、節(jié)水噴淋頭，對(duì)不同農(nóng)作物模擬人工進(jìn)行滴灌、根灌、噴灌，最大限度地節(jié)約灌溉用水，同時(shí)也防止根系腐爛等現(xiàn)象出現(xiàn)。

4小結(jié)

文章采用物聯(lián)網(wǎng)邊緣傳感器技術(shù)、智能化自適應(yīng)灌溉網(wǎng)絡(luò)、農(nóng)作物生長(zhǎng)數(shù)據(jù)智能分析、有線無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，組合構(gòu)建了一套農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化灌溉系統(tǒng)，解決現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中灌溉的精細(xì)化問(wèn)題。該系統(tǒng)成本低廉、可靠性高，特別適合于中西部缺水地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

作者:吳泰文 姚云飛 孫歆鈺 單位:荊楚理工工學(xué)院

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉作用篇3

農(nóng)業(yè)智能灌溉的實(shí)現(xiàn)，少不了農(nóng)業(yè)智能灌溉系統(tǒng)的支持，而對(duì)于農(nóng)業(yè)智能灌溉系統(tǒng)，其功能要想有效實(shí)現(xiàn)，便有必要注重現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)在其中的應(yīng)用。比如，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具備先進(jìn)的CPU及傳感器硬件設(shè)備，還包括了先進(jìn)的軟件控制程序，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)智能灌溉系統(tǒng)當(dāng)中有助于系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。

1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用概述

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的逐步發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，主要依賴(lài)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具備的先進(jìn)的CPU、傳感器等硬件設(shè)備，同時(shí)具備先進(jìn)且穩(wěn)定的軟件控制程序。值得注意的是，在農(nóng)田灌溉生產(chǎn)工作當(dāng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用也非常廣泛，且價(jià)值顯著。以其中的農(nóng)田灌溉為例，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可以土壤墑情數(shù)據(jù)為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集，然后分析土壤墑情的適宜度，結(jié)合旱情預(yù)測(cè)結(jié)果及調(diào)控信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的合理規(guī)范及科學(xué)調(diào)度。與此同時(shí)，利用物聯(lián)網(wǎng)灌溉遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)，可為作出精準(zhǔn)的灌溉決策提供有效依據(jù)，還能夠?qū)喔蕊L(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效預(yù)測(cè)、預(yù)警及控制?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的概念角度分析，即以信息傳輸、交換、共享為依據(jù)，使農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)智能灌溉。由此可見(jiàn)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)值得在農(nóng)業(yè)智能灌溉系統(tǒng)中應(yīng)用。

2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)智能灌既系統(tǒng)中的應(yīng)用要點(diǎn)分析

2．1系統(tǒng)簡(jiǎn)述

結(jié)合農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用機(jī)理，構(gòu)建了農(nóng)業(yè)智能灌溉系統(tǒng)。在此農(nóng)業(yè)智能灌溉系統(tǒng)當(dāng)中，基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中心授權(quán)到農(nóng)業(yè)用戶(hù)端，通過(guò)相關(guān)運(yùn)行控制算法的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)和物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)模塊之間的信息交流，即：通過(guò)土壤墑情的數(shù)據(jù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集和土壤墑情適宜度分析，一方面實(shí)現(xiàn)旱情預(yù)測(cè)與調(diào)控，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)水資源規(guī)劃與調(diào)度；另一方面實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉決策與預(yù)測(cè)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)灌溉的遠(yuǎn)程智能控制，最終實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)一體化灌溉決策與控制。值得注意的是，系統(tǒng)服務(wù)模塊負(fù)責(zé)各接口的管理及服務(wù)功能，控制平臺(tái)則對(duì)調(diào)控動(dòng)作進(jìn)行執(zhí)行；總結(jié)起來(lái)，此系統(tǒng)由三大功能模塊組成，即：墑情采集功能、灌溉控制功能、控制執(zhí)行功能。

2．2系統(tǒng)硬件分析

農(nóng)業(yè)智能灌溉系統(tǒng)需使用的設(shè)備裝置包括：（1）墑情采集裝置，具有多通道、多數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，主要對(duì)溫濕度、風(fēng)速進(jìn)行控制；（2）灌溉控制裝置，其控制算法具有多樣性的特點(diǎn)，主要對(duì)灌溉的狀態(tài)、時(shí)間及方式進(jìn)行控制；（3）直流灌溉控制裝置，主要由直流閥組成，主要對(duì)灌慨狀態(tài)、時(shí)間及方式進(jìn)行控制；（4）執(zhí)行控制裝置，執(zhí)行和控制一體化，和傳感器或閥門(mén)相連接。系統(tǒng)硬件需使用到由電磁閥、變頻器、各傳感器裝置組成的核心控制裝置；值得注意的是，和STM相連接的土壤濕度傳感器裝置，對(duì)信號(hào)通過(guò)有效處理之后，一同匯入至田間智能控制執(zhí)行裝置當(dāng)中，使一個(gè)周期的智能灌溉控制及調(diào)節(jié)得到有效完成。

2．3系統(tǒng)軟件分析

該系統(tǒng)使用到的智能灌溉系統(tǒng)軟件，涉及土壤濕度讀取模塊、空氣溫濕度模塊、電機(jī)泵控制模塊，其通信功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：基于工作狀態(tài)條件下，經(jīng)總線接口、寄存器組、發(fā)送緩沖等分區(qū)，使信號(hào)控制模塊得到有效構(gòu)成，其發(fā)送部分添加了DMA控制，與其相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)及狀態(tài)信號(hào)，在緩沖處理之后，傳輸至軟件系統(tǒng)核心部位；進(jìn)一步通過(guò)信號(hào)狀態(tài)和緩沖處理，使灌溉系統(tǒng)的流量控制得到有效形成，從而使灌溉作業(yè)體現(xiàn)出精準(zhǔn)化的優(yōu)勢(shì)。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在農(nóng)業(yè)智能灌溉系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用廣泛，合理、科學(xué)地使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠構(gòu)建完善的農(nóng)業(yè)智能灌溉系統(tǒng)，一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉狀態(tài)、時(shí)間以及方式的控制，另一方面則可獲取灌溉過(guò)程的土壤濕度、空氣溫濕度、電機(jī)泵控制等相關(guān)信息數(shù)據(jù)，為作出精準(zhǔn)的灌溉決策提供客觀、科學(xué)的參考依據(jù)。由此可見(jiàn)，在農(nóng)業(yè)智能灌溉系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)值得借鑒及應(yīng)用，在其應(yīng)用過(guò)程中，需注重硬件功能和軟件功能的實(shí)現(xiàn)，使農(nóng)業(yè)智能灌溉系統(tǒng)發(fā)揮應(yīng)有的價(jià)值作用，進(jìn)一步為農(nóng)業(yè)灌溉生產(chǎn)工作效率及質(zhì)量的提升提供有效價(jià)值建議。

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作者:胡楊昊 單位:湖南應(yīng)用技術(shù)學(xué)院