基于物联网技术的农业节水自适应灌溉系统

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图 ３ 水 位 监 测 模 块 硬 件 结 构 图
第１卷 第３ ７ 期
赵小强， 燕飞， 文娟， 基于物联网 于 史 等： 技术的 鸯业蔓查鱼 兰生壅塑墨 堕
初始 化
：
：
浇 灌用 水 的 水 质 信 息 都 通 过 处 理 器 处 理 后 ， 过 通
Ｇ Ｒ 上传到监控 中心 ， ＰＳ 监控 中心软件的主界 面如
加剧 ， 水农业 成 为 当今 具有 世 界 意义 的焦 点 问题 节
之一 。近 ２ 年来 ， 国在节水灌溉技术的科技转化 Ｏ 我
收 稿 日期 ：２ １一ｌｉ ０ ２Ｏ —０
基金项 目： 工业 和信息化部软科学资助项 目（０ １ ５ ） 陕西省社会发展科技攻关资助项 目（０ ０ ｌ０一 １ ２１Ｒ ８ ； ２ １Ｋｌ一２ｌ ） 作者简介 ： 赵小强 （９ ７ ， ， １ ７ 一）男 副教授 ， 博士研究生 ， 事环 境监测与 物联 网技术研究 。Ｅ ｍａ ： ｘ ７０ ＠１６ ｃｍ 从 － ｉ ｚｑ ７ ３ ２ ．ｏ ｌ 于燕－ （９ ９ ）女 ， Ｉ １ ８ － ， 硕士研究生 ， ￣ 研究方 向为通信与信息系统 。
关 键 词 ： 物 联 网 ； 阳能 ； 太 节水 ； 自适 应 灌溉 中 图分 类 号 ： Ｔ １ Ｎ９ ５ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： １０ —３ ６ （０ ２ ０ ０ ９ — ４ ０ ７ ２ ４ ２ １ ）３— ０ ５ ０
Ａｄ ｐ ｉ ｅ ｗａ ｅ － ａ ｉ ｇ ａ ｒ ｃ ｌｕ ａ ｒ ｉ ａ ｉ ｎ ｓ ｓｅ ｓ ａ ｔｖ ｔ ｒ ｓ ｖ ｎ ｇ ｉ ｕ ｔ ｒ ｌｉ ｒ ｇ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｎｔ ｒ ｅ ｆ Ｔｈｉ ｇ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ Ｉ ｅ ｎ ｔｏ ｎ ｓｔ ｃ ｎ ｌ ｇ
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品进 人人类食 物链 ， 以及 超 量 的氮 污染 地 下 水 或汇 人地 表水 ， 使饮用 水 硝酸盐超 标 ， 而影 响人类 的 致 从
１ 系统 工 作 原 理 及 软 硬件 设 计
１ １ 系统工 作原理 ．
基 于 物 联 网 及 太 阳 能 技 术 的节 水 农 业 自适 应 灌 溉 系 统 如 图 １所 示 ， 括 用 于 实 施 灌 溉 的 包 水 泵 、 Ｕ 控 制 系 统 、 质 检 测 传 感 器 、 湿 度 ＭＣ 水 温
健康 。污水 中往往含有较多的盐分 ， 灌溉后会破坏
土壤 结构或 导致 土壤盐碱 化等 ［］ ４。 综上所 述 ， 发 一种 集 水 质监 测 、 位 监测 、 开 水 温
传 感器 、 力传 感 器 、 线 传 输设 备 、 阳能 电 压 无 太
池 板等 。
湿度监测于一体的基于物联网及太阳能技术 的节水
行灌溉 ， 自动开闸泄洪 ， 自动排放受污染水质 ， 确保
灌溉 农业 用水 以及 周边 地 区 的安全 ， 系统 的软件 流 程 图如 图 ２ 所示 。
等功能 。
水位 监测模 块 的硬件结 构 图和软件 流程 图分别
如 图 ３和图 ４ 示 。 所
冒 困圈 讣
圈 Ｕ臼
图 ２ 系统的软件流程图
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２ １ 年 ５月 ０２ 西 安 邮 电 学 院 学 报 ＯＵＲＮＡＬ ’ ＯＦ ＸＩ ＡＮ ＵＮＩ ＲＳＴＹ ＶＥ Ｉ ＯＦ ＰＯＳ ＴＳ ＡＮＤ ＬＥＣ ＴＥ ＯＭＭＵＮＩ ＣＡＴＩ ＯＮＳ 第 １卷 第３ ７ 期 Ｊ
Ｍ ａ ０ ２ ｙ２ １ Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ３ １ １ ．
１ ２ 水位 监测模 块 软硬件 设计 ＿
自动排 蓄 水 装 置 以 水 泵 为 载 体 ， 用 ＭＣ 采 Ｕ
（ Ｔ ２ 为控制核心采集液位压力传感器信 息 ， Ｓ Ｍ３ ）
实 现 源 点 水 源 （ 坝 ） 液 位 测 量 ， 时 对 液 位 信 水 的 同 息 进 行 智 能 判 别 ， 现 自动 排 蓄 水 ， 报 和 显 示 实 警
．
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《 国农 业节 水灌 溉 发 展分 析 及科 研 开 发研 究 中
方面进展不快 ， 国的节水灌溉技术 的开发研究 和 我
业， 贯彻落实 国家提 出的“ 以高新 技术 改造传统产
业” 以及 “ 通过 实施 节能 减排 ， 创建节 约型社 会” 的大 政 方针具 有重要 的现实 意义 ［ ］ ６ 。 ＿ 加
利用未经处理的污水灌溉 ， 特别是利用含有有 害物质的污水灌溉， 会导致农田污染 ， 降低农产品质 量及产量。同时 ， 有些重金属及有害物质通过农产
图 １ 基 于 物 联 网 及太 阳能 技 术 的 节 水 农 业 自适 应 灌 溉 系 统
土壤 表层 的温湿度 信息 、 灌溉用 水 的水质信 息 、 水坝 的水 位信息 送给 ＭＣ 处 理 ， Ｕ 处 理后通 过 Ｕ ＭＣ 无线 发送 模 块 （ Ｐ Ｓ 发 给 中心 ， Ｇ Ｒ ） 中心 如 果 决 策 出 土 壤缺水 、 雷雨 洪涝 时节水 坝水位 过高 、 突发情 况下 水质 受严 重污染 的情 况 ， 系统 将 自动对 干 旱 土壤 进
基 于物 联 网技 术 的农 业节 水 自适应 灌溉 系统
赵 小 ，于 燕飞 强 ，史 文娟 ，彭 程 。
（． １ 西安邮 电学院 通信与信息工程学院 ， 陕西 西安 ７０ ２ ； １ １ １ ２ 西安邮 电学院 马克思主义教 育研 究院，陕西 西安 ７０ ２ ． １ １ １； ３ 西安邮 电学院 国有资产 管理处 ， ． 陕西 西安 ７０ ２ ） １ １ １
—
黾否需要 簪溉 用水
。
１ 传Ｉ ｆ 力坝 一 感 器 压 在ｒ
图 ７ 示。 所
７ 位 高于 ｒ ， 预 警水 位
等 待
键入 安全 水位 值
— 一
圈 否Ｉ１ ｆ － 禁 甭 Ｉ Ｌ
是
向水坝输 水使 源 点 水源水 位达 到 正 常
图 ４ 水 位 监 测模 块 软 件 结 构 图
・
９ ・ ６
西
安
邮 电 学
院
学
报
２１ ０ ２年 ５月
节水灌 溉 面积仅 占总灌 溉 面积 的 ２ 。因此 ， ８ 积极
来自百度文库
农 业 自适 应灌 溉 系统 ， 于建 设 我 国节 水灌 溉 型 农 对
推进节水灌溉农业技术 ， 实现水资源的可持续化利
用刻 不容缓 ［］ １。 ‘ 。
１ ３ 温湿度 监测模 块设计 ．
ｔ ｎ ｏ ｍａ ｉｎｉ ｅ ｔｔ ｈ ｅ ｔａ ｏ ｕ ｅ ｈ ｏ ｇ ｈ ｉ ｌｓ ｒ ｎ ｍｉｔｒｍ ｏ ｕ ｅｆｒｔ ｅｏ — ｙ ｉｆ ｒ ｔｏ Ｓｓ ｎ ｏ ｔ ｅｃ ｎ ｒ ｌ ｍｐ ｔ ｒｔ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅｗ ｒ ｅ ｓｔａ ｓ ｔｅ ｄ ｌ ｏ ｈ ｐ ｃ ｅ ｅ ａ ｏ ｅ ｌｗｉｈ ｅ ｅｇ ｎ ｉｓ ｒ ｔ ｒｄ ａ ｔ ｍ ｒ ｅ ｃｅ ；Ｔｈ ｒ ｂ ｅ ｔ ａ ａ ｍ ｌｎ ｈ ｌ ｎ ａ ｏ ｅ ｈ ｏ ｒｉ ｅｐ ｏ ｌｍ ｈ ｔｆｒ ａ ｄｉ ｔ ｅｗｉ ａ ｄ ｃ ｎ ｎ ｔｇ ｔｔ ｅｐ ｗｅ ｓ ｎ ｄ ｓ ｌ ｅ ｈ ｏ ｇ ｈ ｏ ａ ｏ ｒｓ ｐ ｌ ；Ｐ ａ ｔ ａ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｒｉａｉｎ ｓ ｓｅ ｈ ｓｔ ｅｆ ｎ — ｏｖ ｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅｓ ｌｒｐ ｗｅ ｕ ｐ ｙ ｒ ｃｉ ｌ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ｅｉｒ ｔｏ ｙ ｔｍ ａ ｈ ｕ ｃ ｃ ｒ ｇ ｔｏ ｆａ ａ ｔ ｅ ｎ ｅｌ ｅ ｔｄｓ ｈ ｒ ｅ ｉｎ ｏ ｄ ｐ ｉ ，ｉｔｌ ｇ ｎ ｉｃ ａｇ ，ｗａｅ ｕ ｌ ｙｍ ｏ ｉｏ ｉｇ ａ ｄ ｏ ｈ ｒｆ ｎ ｔ ｎ ｖ ｉ ｔ ｒｑ ａｉ ｎｔ ｒｎ ｎ ｔ ｅ ｕ ｃｉ ｓ ｔ ｏ
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设 施建设 ， 远远不 能 满足 节 水农 业 的发 展 和 节水 工 作 的要 求 ， 总体水 平 只是 ２ 纪 ８ 代 初 期 的 国 ０世 ０年 际水平 ， 目前 灌 溉 水利 用 系数 只有 ０ ３ ． ， ． ～０ ５ 各类
报告》２ １） （Ｏ０显示 ， 随着全球水资源供需矛盾的 日 益
摘要 ： 为 了解决现代农 业智能化灌溉水平低 、 浇灌水质监测不到位等 问题 ， 设计 了一种基 于物 联 网及太 阳能技 术 的节水农业 自适应灌溉 系统 ； 系统将 水质测量信 息、 该 水坝水位信 息、 土壤的温湿度信 息通过无 线发送模块传 输到 中心计算机 ， 以便操作人 员进行及 时处理 ； 系统采 用 太 阳能供 电， 解决 了农 田 处于野外 环境而 无法获取 电源的 问 题 ； 场实践结果表明 ： 系统具有 自适应 灌溉 、 现 该 智能泄水 、 水质监测等功能。