分布式节水灌溉自动测控系统设计
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机 电技术
２０１６年 ６月
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分布 式节水 灌溉 自动测控 系统设计
张益春 李国利
（金陵科技学 院 机电工程学院 ，江苏 南京 ２１ １ １６９）
摘 要 ：为提高 水资源利用率 ，实现植物 灌溉用水 的 自动 、适量控 制 ，设 计了基于 ＺｉｇＢｅｅ技术 的分 布式 节水灌溉 自动 测控系统 。系统通过 ＺｉｇＢｅｅ￣线网络实现多个灌溉 区的土壤 温湿度检测与灌溉控制 ，分 别根据植物根系层土壤湿度 和根 系下层 土壤湿度增加 量设 置灌溉启 动和停止阈值 ，在保证植 物水分供应 的基 础上 ，实 现各个灌溉 区的节水 自动控制 。实 验测试 表明 ，系统工作性能稳定 ，设 备及 运行成本低 ，通信 安全性 高 ，特别适用 于中小 型灌溉 区域 的精 细灌 溉。
的 发 展 ，节 水灌 溉 自动 测 控 技 术得 到 了长 足 的发
展 。发 达 国家 对 节 水 灌 溉 技 术 的研 究 和 应 用 较
早 ，控 制 系统 自动化 程 度较 高 Ｏｌ。 国 内在这 方 面
的研 究 主要 集 中在 节水 灌 溉 的 自动 测 控技 术 和无
线 通 信 技 术 以 及 灌 溉 测 控 与 农 艺 结 合 等 方 面 ”１。本 文基 于 ＺｉｇＢｅｅ技 术 设 计 开 发 了分 布式 节水灌溉 自动测控系统。系统能针对不同灌溉区 域 并 根据 植物 根 系层 土壤 湿 度和 根 系下层 土 壤湿 度 增 加 量 设 置灌 溉 启 动 和 停 止 阈值 ，在 保证 植 物 水 分 供应 的基 础上 实现 节水 灌溉 。
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１．１ 系统 构成
主控 模块 的显示 器 实时 显示 。当某 灌溉 区土壤 中
系 统 主要 由上 位机 、主 控模 块 、多个 从 控模 块 层湿度低于灌溉 阈值时 ，主控模块语音报警 ，并通 和 多个 ＺｉｇＢｅｅ通讯 模 块组 成 。主控 模 块 主要包 括 过 ＺｉｇＢｅｅ模 块 向该 区从 控模 块 发送 灌 溉指 令 进行
业节水技术虽然取得 了一定 进展 ，但农业灌溉方
式大多采用定 时地 面灌溉 ，“大水漫灌 ”现象仍然
存 在 。落 后 的灌 溉方 式一 方 面使 得水 资 源浪 费严 重 ，另 一 方 面 也 不 利 于 植 物 的 生 长 和 产 量 的提
高 １。
随着 计 算 机 技 术 、自动测 控 技 术 和 通 讯 技 术
的 ７０％，其 中农 田灌 溉 用 水 占农 业 用 水 的 ９０％左 模 块 ；ｚｉｇＢｅｅ通 讯 模 块 包 括 串 口模 块 和 ＺｉｇＢｅｅ收
右 ；而我 国是 世 界 上水 资 源 贫 乏 较严 重 的 国家 之 发模 块 ，实现从控模块 与主控模块 的无 线通讯 。
一 ， 因此 ，发展节水农业 、节水灌溉技术是解决我 系统结 构 总体 框 图如 图 １所示 。 国水资源短缺 问题 的必由之路ｎ 。 目前 ，我国农
关键词 ：节水灌溉 ；ＺｉｇＢｅｅ技术 ；测控 系统 ；分布式 ；ＳＨＴ１０ 中图分类号 ：ＴＰ２７３￣．５ Ｓ１２６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１６７２—４８０１（２０１６）０３—０８４—０５
我 国 是农 业 大 国 ，农 业 用 水 量 约 占总 供 水量 壤深层温湿度检测模块 、光报警模块和灌溉输出
主控 制 器 、按 键 、显 示 和语 音 报警 模 块 ；从 控模 块 灌 溉 ，同 时该 区从 控模 块 进 行 光 报 警 。当 进 行 灌
主要包 括从 控 制 器 、土壤 中层 温湿 度 检测 模块 、土 溉 的 区域 土壤 深 层 湿 度 增 加 量 达 到设 定 值 时 ，主
作者简 介 ：张益春（１９９５一 ），男 ，本科生 ，研究方 向：电气 自动化 。 通讯作者 ：李 国利（１９７３一 ），男 ，副教授 ，研究方 向：自动化检测与控制技术 。 １ 总 体 Nhomakorabea设 计
图 １ 系统结 构总体框 图
１．２ 系统 主要 功 能 系 统在 各灌 溉 区 土壤植 物 根 系分 布深 度 和 根
系下深度分别埋置土壤中层温湿度传感器 和土壤 深层温湿度传感器 ，进行各灌溉区土壤中、深层温 湿 度 检测 。各 从 控模 块将 检 测到 的土壤 温 湿度 信 息通过 ＺｉｇＢｅｅ模块无线传送给主控模块 ，并通过
２０１６年 ６月
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分布 式节水 灌溉 自动测控 系统设计
张益春 李国利
（金陵科技学 院 机电工程学院 ，江苏 南京 ２１ １ １６９）
摘 要 ：为提高 水资源利用率 ，实现植物 灌溉用水 的 自动 、适量控 制 ，设 计了基于 ＺｉｇＢｅｅ技术 的分 布式 节水灌溉 自动 测控系统 。系统通过 ＺｉｇＢｅｅ￣线网络实现多个灌溉 区的土壤 温湿度检测与灌溉控制 ，分 别根据植物根系层土壤湿度 和根 系下层 土壤湿度增加 量设 置灌溉启 动和停止阈值 ，在保证植 物水分供应 的基 础上 ，实 现各个灌溉 区的节水 自动控制 。实 验测试 表明 ，系统工作性能稳定 ，设 备及 运行成本低 ，通信 安全性 高 ，特别适用 于中小 型灌溉 区域 的精 细灌 溉。
的 发 展 ，节 水灌 溉 自动 测 控 技 术得 到 了长 足 的发
展 。发 达 国家 对 节 水 灌 溉 技 术 的研 究 和 应 用 较
早 ，控 制 系统 自动化 程 度较 高 Ｏｌ。 国 内在这 方 面
的研 究 主要 集 中在 节水 灌 溉 的 自动 测 控技 术 和无
线 通 信 技 术 以 及 灌 溉 测 控 与 农 艺 结 合 等 方 面 ”１。本 文基 于 ＺｉｇＢｅｅ技 术 设 计 开 发 了分 布式 节水灌溉 自动测控系统。系统能针对不同灌溉区 域 并 根据 植物 根 系层 土壤 湿 度和 根 系下层 土 壤湿 度 增 加 量 设 置灌 溉 启 动 和 停 止 阈值 ，在 保证 植 物 水 分 供应 的基 础上 实现 节水 灌溉 。
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１．１ 系统 构成
主控 模块 的显示 器 实时 显示 。当某 灌溉 区土壤 中
系 统 主要 由上 位机 、主 控模 块 、多个 从 控模 块 层湿度低于灌溉 阈值时 ，主控模块语音报警 ，并通 和 多个 ＺｉｇＢｅｅ通讯 模 块组 成 。主控 模 块 主要包 括 过 ＺｉｇＢｅｅ模 块 向该 区从 控模 块 发送 灌 溉指 令 进行
业节水技术虽然取得 了一定 进展 ，但农业灌溉方
式大多采用定 时地 面灌溉 ，“大水漫灌 ”现象仍然
存 在 。落 后 的灌 溉方 式一 方 面使 得水 资 源浪 费严 重 ，另 一 方 面 也 不 利 于 植 物 的 生 长 和 产 量 的提
高 １。
随着 计 算 机 技 术 、自动测 控 技 术 和 通 讯 技 术
的 ７０％，其 中农 田灌 溉 用 水 占农 业 用 水 的 ９０％左 模 块 ；ｚｉｇＢｅｅ通 讯 模 块 包 括 串 口模 块 和 ＺｉｇＢｅｅ收
右 ；而我 国是 世 界 上水 资 源 贫 乏 较严 重 的 国家 之 发模 块 ，实现从控模块 与主控模块 的无 线通讯 。
一 ， 因此 ，发展节水农业 、节水灌溉技术是解决我 系统结 构 总体 框 图如 图 １所示 。 国水资源短缺 问题 的必由之路ｎ 。 目前 ，我国农
关键词 ：节水灌溉 ；ＺｉｇＢｅｅ技术 ；测控 系统 ；分布式 ；ＳＨＴ１０ 中图分类号 ：ＴＰ２７３￣．５ Ｓ１２６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１６７２—４８０１（２０１６）０３—０８４—０５
我 国 是农 业 大 国 ，农 业 用 水 量 约 占总 供 水量 壤深层温湿度检测模块 、光报警模块和灌溉输出
主控 制 器 、按 键 、显 示 和语 音 报警 模 块 ；从 控模 块 灌 溉 ，同 时该 区从 控模 块 进 行 光 报 警 。当 进 行 灌
主要包 括从 控 制 器 、土壤 中层 温湿 度 检测 模块 、土 溉 的 区域 土壤 深 层 湿 度 增 加 量 达 到设 定 值 时 ，主
作者简 介 ：张益春（１９９５一 ），男 ，本科生 ，研究方 向：电气 自动化 。 通讯作者 ：李 国利（１９７３一 ），男 ，副教授 ，研究方 向：自动化检测与控制技术 。 １ 总 体 Nhomakorabea设 计
图 １ 系统结 构总体框 图
１．２ 系统 主要 功 能 系 统在 各灌 溉 区 土壤植 物 根 系分 布深 度 和 根
系下深度分别埋置土壤中层温湿度传感器 和土壤 深层温湿度传感器 ，进行各灌溉区土壤中、深层温 湿 度 检测 。各 从 控模 块将 检 测到 的土壤 温 湿度 信 息通过 ＺｉｇＢｅｅ模块无线传送给主控模块 ，并通过