郑铁 孙建伟 李一鑫 杜锐 果莉

摘 要：由于温室内农田灌溉环境的特殊性，灌溉设备应不仅可对农作物适时、适量的灌溉，而且更要无阻碍的在温室内自由移动。若在温室内采用有线信息传输，成本较高且线路较为复杂。故该文阐述的是一种基于无线通信技术的远程监视及控制的智能喷灌系统。基于无线通信技术，用户在系统上位机界面中，不仅可以对温室内农作物的生长状况实时监视，还可以实现对下位机灌溉平台工作的实时控制。

关键词：温室灌溉 实时监控 农作物 无线通信

中图分类号：S62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）01（b）-0018-02

在我国温室内农作物种植过程中，大部分农户仍采用地面灌溉的方式，因传统的灌溉设备比较落后及各种人为因素，在灌溉中水资源浪费现象严重。为应对温室内的特殊环境，提高水资源的实际利用率，一套适用于温室棚区的多功能喷灌系统显得尤为重要。因而该文所阐述的系统就是针对这一问题而设计的一种基于无线网络的可视化智能喷灌控制系统

1 系统结构

该系统为具有上位机与下位机共同控制的棚室内无线智能监控喷灌系统，整体系统框图如图1所示。

其中上位机为人机交互良好的可实时观察温室内农作物生长情况及控制灌溉系统的界面。下位机是由主控制器、无线模块、电磁阀部分、流量监测部分及摄像头等多部分组成的可移动平台。摄像头通过wifi方式与上位机相连，将采集温室内实况传至上位机，便于农户根据农作物生长情况判断是否需要灌溉，若需灌溉则通过无线模块实现对下位机喷灌系统的控制。当下位机完成一次灌溉后，以无线通信方式将灌溉的流量信息传递至上位机，以便于农户对是否需要继续灌溉进行分析、判断。

2 系统材料与设计

2.1 下位机系统设计

下位机整体控制部分参照可编程自动化控制器理念，基于单片机系统，通过定制并可不断优化的灌溉管理系统，结合可变的灌溉对象，实现温室内无线遥控喷灌平台。主要由遥控接收装置及其安装于自走式浇水机上的电磁阀和液位监测装置组成。液位监测装置检测到的单位时间流量用于控制系统按照时间启动或关闭灌溉泵。系统采用无线遥控发射装置，各组遥控编码分别连接至受微机控制的继电器组合中，可进行编程发射无线遥控信号。接收采用与其配套使用的接收模块，该模块接收系统发射的无线开关信号后，控制电磁阀以一定的逻辑时序开启或关闭。从而解决下位机平台布线繁琐的问题，实现温室内远程控制。

2.1.1 控制器

在本下位机系统中，单片机控制器为下位机的核心处理机构。控制器负责根据无线模块接收到的数据对电磁阀、液位监测装置及电机驱动等装置进行控制。

下位机平台的控制器采用的STC12LE5A60S2芯片是下位机控制系统的关键所在，它和以往的STC-51单片机的指令是相互兼容的，但其有着STC-51单片机8～12倍的运行速度。此外，其低消耗和强抗干扰功能等优势更符合该系统对单片机的要求。

2.1.2 摄像头

系统采用RW-720s型摄像头，在此采用基于wifi的数据传输方式，再通过TCP/IP协议实现与上位机通信，以便于在上位机界面实现对温室内农作物种植情况的实时监控。

2.1.3 无线通信

系统的上位机与下位机之间采用无线通信的方式进行数据传输。该系统采用YL-100IL小功率无线数据传输模块进行无线通信。它的功耗低，成本低，传输距离远，抗干扰能力强。便于中小规模温室内的精确控制。无线通信电路图如图2所示。

2.1.4 流量监测

下位机平台通过无线通信接收到喷灌指令后，经继电器作用后对农作物喷灌。在此流量计量采用SEN-HZ21WA霍尔水流量传感器。它耐寒耐热性能良好，最大承受水压为1.75 MPa，具有良好的经济性且计量相对准确可满足系统要求。

2.2 上位机设计

上位机设计采用Microsoft公司推出的Microsoft Visual C++，它是面向对象的可视化集成编程系统。上位机具有人机交互良好的界面，其可分为多个模块，各模块间既相互独立又相互联系并统一于主界面，具有很强的伸缩性和扩展性。上位机将主要精力集中于实时监控的可视化界面及灌溉决策和逻辑控制部分，从而使受控对象和参数更新较为灵活；其详细记录了灌溉过程中每一次、每一天的数据，便于日后统计分析不同作物最佳需水需肥量及灌溉模式。上位机工作流程图如图3所示。

3 实验结果与分析

灌溉精度测试如表1。

由表1可以看出该系统在不同室温环境下，喷灌量的测量误差精度均在3%的范围内，可满足对农作物的喷灌需求。经过多次试验验证，该系统具有较高的精准性及稳定性，能满足对温室内农作物长时间灌溉、监控的实际需求，对节水灌溉的推广及提高农户的工作效率具有重要意义。

4 结语

该系统为一个在温室棚区内可自由移动、便于控制、集喷灌、喷药、施肥于一体的田间遥控喷灌系统。使用者无需直接到达温室内，便可直接、方便地对温室内的灌溉平台进行控制以实现对农作物的实时观察及定量地喷灌、施肥等。该系统具有较高的经济性、实用性，并对农业水资源合理利用及节水灌溉的推广具有重要意义。

参考文献

[1] 吴水平.温室自动喷灌控制系统设计与研究[D].长沙：湖南农业大学，2008.

[2] 李合青，来智勇，张鑫.基于ZigBee的温室智能灌溉执行子系统的设计与实现[J].农机化研究，2014（1）：95-98.

[3] 李秀娟.现代化农业设施节水灌溉控制系统的研究[D].合肥：合肥工业大学，2007.

[4] 徐杰.基于无线传感器网络的智能喷灌控制系统的设计[D].哈尔滨：东北农业大学，2014.

[5] 冯友兵.节水灌溉控制系统无线传感器网络路由策略设计研究[D].镇江：江苏大学，2006.