基于无线传感器网络稻田节水灌溉的研究

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1、摘要摘要农业作为我国的用水大户，用水量约占水资源总量的70％，农业用水浪费十分严重，其中灌溉水利用系数低，平均仅为45％左右，中国水资源已处于紧缺程度，因此实现水资源合理利用，是我国实现“精准农业”的关键。传统的水稻灌溉技术是以满足水稻生理生态需水为目标，采用淹水灌溉等方式，其灌溉用水量大，水资源利用效率低，近年来提出的浅、湿、晒相结合的灌溉新技术，使水稻产量有所提高，但灌溉定额仍偏高。传统水稻灌溉方式主要是依靠人工经验来实施灌溉，极大浪费水资源。为提高灌溉用水利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，本文在查阅大量有关水稻节水灌溉文献资料的基础上，了解

2、到水稻在不同的生育阶段有不同的需水规律，可以通过节水灌溉控制系统的精准灌溉来调节稻田土壤水分，满足水稻的生理需水要求。该方法不仅可以促进和控制水稻的生长，而且可以大幅度节约灌溉用水量和获得水稻高产。本文构建了一种基于无线传感器网络稻田节水灌溉系统，该系统以单片机和传感器为控制核心，由稻田无线传感器节点、阀门控制器、无线网关和远程监控中心四部分组成。其中，无线传感器节点精确地获取稻田土壤墒情信息，通过无线通讯模块向汇聚节点上传采集数据，从而避免了节点布线不便、灵活性较差的缺点。阀门控制器实现布控在田间的电磁阀的开闭，完成节水灌溉功能。无线网关是稻田

3、土壤墒情采集和灌溉系统与远程监控中心的桥梁，实现采集终端所测各类数据的存储、统计、分析和显示，接受和发送远程监控中心的命令，通过互联网把信息上传到远程监控中心，或者通过GPRS／GMS无线通信发送到用户的手机设备。考虑到稻田无线传感器网络具有部署面积大和传感器节点监测土壤墒情时间长等特点，而且传感器节点的能量通信带宽等资源非常有限。本文在详细阐述无线传感器网络的节点体系结构、拓扑结构以及网络协议栈的基础上，设计了一个切实可行的稻田灌区无线传感网络系统。通过对目前一些经典的分簇路由协议优缺点分析，结合非均匀分簇和负载均衡思想，提出了一种满足大规模稻

4、田环境信息采集的无线传感器网络路由协议。本文的网关平台采用基于Andriod+M访i2lO的软硬件设计方案，通过移植Android开放操作系统并完成系统定制优化，实现网关系统开发平台的构建。首先分析了Andriod系统的启动流程、介绍了系统框架结构、应用组件以及SQLite数据库等知识。接着根据稻田无线传感器网络土壤墒情监测与节水灌溉控制的需求，采用模块化设计原则，设计并实现了基于Andriod系统的网关监控系统。该系统由系统配置、数据采集与灌溉控制、网络监控和信息显示四个模块组成，详细地介绍了每个功能模块的实现流程。最后基于usB的An埘od应

5、用程序调试方法，通过EclipseIDE调试平台对网关监控系统进行了测试。目前，三江平原水田仍采用“大水漫灌”方式、旱田则为“雨养农业”，水资源严重浪费，而现在实现的基于无线传感器网络的节水灌溉系统主要应用于温室、苗圃以及果园等监测面积较小的环境中，本文研究的系统可以为大规模稻田实施节水灌溉提供一种有效的解决方案。关键词无线传感器网络：节水灌溉：Andriod系统；水稻VABSTRACTTheRese羽一chofPaddyWater-saVingIrrigationBasedonWrirelessSensorNetworksAbstractA鲥c

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