温室大棚的无线自动控制灌溉系统设计与实现

杜佳豪++王筱雨++高原++周锋

摘 要为了满足温室大棚节水灌溉的迫切需求，本文设计了一种基于ZigBee的自动控制灌溉系统。该系统用湿度传感器采集数据，用ZigBee實现无线采集、发送、接收等工作。如果温室大棚内湿度低于作物所需时，自动进行灌溉，可以有效地对作物的生长进行监控。

【关键词】温室灌溉 ZigBee 无线

1 引言

目前大部分温室大棚主要采用传统粗放灌溉方式，水资源利用效率低，并且很难保证合理准确地调节土壤湿度。因此，采用先进的无线自动化控制技术实施精准灌溉，能够有效地提高灌溉准确度和提高水的利用率。随着物联网技术的发展，无线网络技术逐渐运用到远程控制领域。

2 系统整体框架设计

整个系统网络主要由终端节点，主节点，上位机组成。终端节点与YL-69土壤湿度传感器相连，主要接收传感器采集到的数据，并且存储和发送数据。主节点也就是协调器节点，可以修改ZigBee协议栈让更多的终端节点寻址加入，它主要负责转发终端节点接收到的数据到上位机。上位机主要负责数据的接收、处理和显示。将终端节点放在待测地点采集土壤湿度，让协调器节点与上位机相连。当打开上位机自动控制灌溉系统界面时，通过上位机界面的对话框来修改土壤湿度阈值等参数，协调器开始工作，初始化网络配置。每一个子网络都通过寻址加入到协调器上来，此时终端节点加入到网络，并采集传输数据。

3 主节点和终端节点硬件设计

主节点和终端节点的硬件结构上都是一样的，硬件框图如图1所示。它们不参与数据采集，只是对传感器采集到的数据进行记录和传输以及接收。此硬件系统的核心模块为美国TI公司的CC2530，此芯片具有基于ZigBee2007协议栈的模板。本系统采用2.4GHz的标准无线频段，信号稳定，抗干扰能力强。

4 管理系统流程设计

灌溉系统的主程序结构如图2所示。系统主程序主要实现控制算法编程，协调器、路由器、控制节点相关程序由C语言编程，主要是ZigBee 协议的移植，实现控制命令的发送、接收和执行。传感器节点采集土壤湿度数据，并将这些数据发送给协调器，协调器再发送给管理平台，然后与设定值进行比较，若超出湿度阈值，给出对应的控制信号，控制信号经协调器、路由器，传送给控制节点，驱动相关控制设备，从而实现对灌溉系统的自动控制。

5 系统测试

本系统在当地温室大棚内进行了初步试验，该温室大棚采用地面固定式滴灌系统，每块地采用一主管加多支管的梳状输配水管网，本系统将灌溉阀门安装于主管道末端，每个灌溉阀门通过电缆与一个控制节点相连接，并由该控制节点控制该温室的灌溉策略的执行。温室大棚一共布置了24个设备，其中1个协调器节点，4个路由节点，4个控制节点，15个监测节点。系统具有与一阶惯性系统相似的响应特性，表明系统的稳定性很好，系统运行56min 即能将温室内土壤湿度由30%提高到设定的56%，系统超调量≤8%。而一般果蔬类植物对水分的胁迫的忍耐时间至少在1h以上，可见本系统可以满足现代农业技术的要求。

6 结论

本文设计了温室大棚自动控制灌溉系统，采用8051单片机内核的无线频射芯片CC2530和土壤湿度传感器YL-69组成网络节点。本文给出了无线湿度系统各模块的设计方案，并对整个系统进行了实地测试。测试证明，系统具有良好的稳定性，并能满足不同蔬菜不同时期灌溉的需要。

参考文献

[1]程文锋，杨祥龙，王立人等.PLC和触摸屏在自动喷灌控制器中的应用[J].农机化研究，2009，31（05）：128-131.

[2]薛艳亮，胡建萍，王江柱.基于分布式编址机制的ZigBee组网技术研究[J].杭州电子科技大学学报，2008，28（02）：33-36.

作者简介

杜佳豪（1996-），男，江苏省南通市人。盐城工学院本科生。主要研究方向为信号与信息处理。

王筱雨（1995-），男，江苏省盐城市人。盐城工学院本科生。主要研究方向为信号与信息处理。

高原（1996-），男，江苏省徐州市人。盐城工学院本科生。主要研究方向为信号与信息处理

周锋（1981-），男，江苏省盐城市人。盐城工学院信息工程学院，博士在读，讲师。主要研究方向为信号与信息处理、图像与语音信号处理等。

作者单位

盐城工学院信息工程学院 江苏省盐城市224051