基于物联网的水田无线监控系统设计

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1、基于物联网的水田无线监控系统设计吴泽全东忠阁刘立强摘要：设计开发了基于物联网与传感器技术的水出无线监控系统。该系统通过通用的传感器节点实时采集水田环境参数信息.数据融合后发送到远程终端.远程终端基于多源信息生成决策指令°主控节点再结合实时信息.控制通用的控制节点来执行水泵与阀门的通断。试验表明8通过传感器的融合、远程决策的生成与输岀及水泵与阀门的自动控制.可实现对水田灌溉时间、次数、定额的全面调控。关键词：水监测与控制■—■远程站和作者简介：吴泽全1R7W,男°河北三河人°高级工程师.C"l4H342*^

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3、.mio收稿日期：2«n-ei

4、-M基金：国家重点研发计划项目eiwwwnw》bmMb旨塞刪彈》IAAbstract：U划^>£晰ImmI"■*■•4•■■■潭“Ise^s•&4m1re^yrisI•!“I♦•0/is4m■•••!■・••les］」l,■riel■•崂］.“Is^l■•l*4e%bm«4«4•■十4*a4#&l»4U■srie1"BMe4e4en.・0

5、y;Keyword：』罗4l■・・■—far“I2Jli3M—■—尺iWMdwl：2«r>・—•引言黑龙江省水稻种植面积4••万"左右.灌溉用水量巨大°2«IB年达3H亿-占农业用水量的％叔上。以水稻节

6、水灌溉控制为主的相关技术推广应用对水资源的有效利用具有十分重要的现实意义址鱼。现阶段寒地节水灌溉模式日益普及应用°亩均用水量显著降低°但仍然普遍存在着人为控制的随意性与不确定性问题-无法根据实时环境信息与作物各生育期不同需求进行精准控制-制约着用水效率的进一步提高。随着物联网技术的发展.无线采集与远程控制技术越来越多地应用到节水灌溉系统中.分布在田间的多点液位传感器与温湿度传感器.定时检测水层深度和环境信息参数.通过笙•#••无线网络传输到远程控制终端■终端自动或人为诊断后.发送决策指令到灌溉控制器■控制器接收指令并结合传感器信息r进行水

7、田自动补水与断水里旦。本文以两块IWiX4t.的水田地块作为试验对象.研究并设计一套基于物联网技术的水田监控系统.通过传感器的融合、远程决策的生成与输出及水泵与阀门的控制，实现对水田灌溉吋间、次数、定额的全面调控。I设计方案及结构LI总体结构水田无线监控系统由远程终端、控制器、斗、

8、••无线网络、传感器及水田地块组成.系统结构如图I所示。远程终端为用户手机及血・用于数据显示与控制决策的生成4自动或手动》IM、—网络包括I个主节点和■个子节点°主控节点一端通过CSI网络连接远程终端r一端作为协调器连接UBw各网络子节点.负责数据流与控制流的

9、路由与传输■控制节点包括水泵控制器与电磁阀门控制器■传感器节点包括土壤温湿度传感器、环境信息传感器4空气温湿度、风速、光照等》与液位传感器。12345图I系统结构1*斗，・I»士s4&rt.M下载原图L水泵2.水渠X阀门4.温湿度传感器9.液位传感器L3皆网络结构■••无线技术简单高效.网络容量大.组网灵活多样.支持星形、树形和1网络等多种拓扑形式。基于■••强大的组网能力.可将水田无线监控系统中各路传感器、控制器及终端无线连接起来.且具有较强的自组织性、扩展性和稳定性。根据项目实际需要.选择―网状网络作为系统的网络拓扑架构.如图2所示。

10、该网络结构由I个协调器、多个路由器和多个终端节点组成.主要优点为8自配置能力强.路由与终端节点可自由增添删减.其它节点自动适应拓扑变化.调整通信路由.实现多跳访问■功耗低.由于邻近节点间可直接通信.短跳传输距离短.传输数据的功率较小。01020304图2网络拓扑结构2

11、下载原图节点•为主控节点.作为协调器.集成了CS■模块与••模块.是网络的起点.维护着整个网络的路由与地址表格.保证通信正常■节点为水田地块I中靠近主控节点的土壤温湿度一体化传感器°集成了••模块、采集转换模块与温湿度检测模块.以X、•路由器模式r与主控节

12、点通信r并实现其它节点的消息转发■节点为水田地块I中的阀门控制器.该节点连接终端节点I4水泵控制器》和终端节点24环境信息传感器》■节点初为水田地块I中第213、14分布个土壤温湿度一体化传感器■节点为液位传感器。节点II、在水［□地块2屮°其组成与地块I屮节点类似。L3监控流程在系统自动运行模式下.水田的各参数信息采集由分布在水田地块中的传感器节点采集■采集到的数据经由儿、I••网络发送到主控节点.数据融合后转发到远程终端.进行数据显示、记录和设定值报警.并为控制决策提供信息依据■远程终端根据历史信息、实时信息与作物生长信息.自动或手动

13、生成控制目标决策.发回到主控节点.由主控节点结合传感器实时数据.基于Q调节算法里.向控制节点输出相应执行指令.驱动水泵和电磁阀.实现闭环的变量控制。监控流程如图7所示。3关键部件设计2.I通用