物联网技术的农业智能灌溉系统设计与应用研究

2021-09-15潘晓燕

科学技术创新 2021年26期

关键词：灌溉系统极值灌溉

潘晓燕

（民勤县水务局，甘肃民勤 733399）

物联网属于现代信息技术发展的必然产物，也是互联网时代下的必然趋势。借助于数字化现代化的物联网技术，结合农业生产作业实际需求，以信息技术为标准促进灌溉精确度的不断提升，从而降低灌溉成本，推动物联网农业智慧灌溉的发展。

1 智能灌溉系统设计

1.1 理论模型建立

构建更加现代化的农业智能灌溉体系，必须要结合农作物在实际生长中的蒸腾量，据此来实施灌溉管理工作。所以农作物根系吸水层属于灌溉目标到达层，蒸腾数字模型建立如下：

ET0-农作物蒸发蒸腾量；Δ-温度变化与饱和水汽压的斜率关系；Rn-农作物表面的辐射量；G-土壤热通量；γ-干湿表常数；T-选定参考高度处平均气温；μ-选定参考高度处平均风速；es-饱和水汽压；ea-实际水汽压。

在上述公式中，土壤湿度属于重要指标，选择不同时间土壤湿度的差异值和变化情况，借助于过程控制，设置多语言变量，同时构建农业生产智能化灌溉系统的控制理论公式如下：

算式中：Ke-误差量化因子；Kec-误差变化率的量化因子；Ku-模糊控制的比例因子；n1-误差的模糊论域极值；n2-误差变化率的模糊论域极值；m-信号输出变量的模糊论域极值；emax-误差的基本论域极值；ecmax-误差变化率的基本论域极值；μmax-信号输出变量的基本论域极值。

1.2 系统硬件配置

借助于物联网技术的依托，对农业智能化灌溉系统的硬件电路实施设计，在图1中能够了解到田间设置STM，依靠供电系统给予电源和复位功能，GSM/GPRS以及以太网构成了一个相对完善的农业生产灌溉信息体系。关键性控制设备包含了电磁阀、变频器和其他一些传感器等，和STM连接的土壤湿度传感器信号进行信息平台处理之后能够进入到田间智能化监管平台中来，从而实现一次完整的智能灌溉作业。对于智能灌溉系统以及控制算法的选择过程中，通过比例可以了解到为保证误差变化能够契合于实际土壤，给出图2中物联网智能化灌溉系统设计流程，另外还把土壤温湿度以及其他相关因素充分考虑进入。

图1 基于物联网的农业智能灌溉系统硬件电路设计

图2 物联网智能灌溉系统核心控制算法简图

1.3 系统软件控制

对于现阶段物联网时代下农业生产智能化灌溉系统的构建来说，其基本上关系到程序初始化、参数确定、温湿度管理、电机控制和其他泵组的管理，另外还涉及到可视化智能灌溉系统的相关内容。

对于目前农业智能化物联网管控角度下的相关问题，图3为整个软件布局。首先处于工作状态之下时，利用总线接口、寄存器组件和其他能够发送缓冲信号的模块构成，发送部分往往会添加DNA控制，相应的信号、状态数据以及FIFO进行缓冲处理之后可以直接发送到核心位置；在PHY位置传输之后通过相关信号状态和缓冲，形成农田灌溉系统的流量控制机制。另外还需要对相关执行模块的具体参数予以明确界定，例如说在表1中能够看到农业智能化灌溉系统的相关信息数据，从表1中能够了解到，借助于I2C地址或者访问器、修改连接器等能够实现对远程数据信息的读取，依靠GPIO模式和温湿度的对比分析能够了解到点泵机控制模块能够依靠GPIO以及PWM两种途径实现。

图3智能灌溉系统软件通信功能实现图

表1 农业智能灌溉系统主要信息参数获取方法

2 面向智能灌溉的物联网应用

第一，以Zigbee无线传感器网络技术为基础，打造棉花精准灌溉监控系统，能够测量并获取棉花茎秆直径数据，系统主要构成部分包括无线监控网络、远程数据中心等。分析系统总体构架可知，不仅设置有无线传感器网络节点，也包括具体的软件流程，借助系统我们能够实时掌握棉花作物对水的需求情况，达到了精准灌溉的目的。因为选择无线数据传输模式，系统相比于有线通信，解决了无法扩展与升级等问题，优势在于降低了功耗，能够灵活扩展。

第二，以精细农业相关应用与理论为基础，设计专门的无线传感器，能够对农田水分含量与水层高度等进行监测，并形成农田水分无线传感器网络体系结构。在设计中应用水分无线传感器网络，打造智能节水灌溉控制系统，借助农田水分数据、农作物水分需求专家数据等，能够形成灌溉决策，在系统应用中达到定量灌溉的目的。这类系统不仅非常高效，也能推动精细农业的发展，为水资源可持续利用奠定了良好基础。

第三，应用ZigBee技术打造远程智能节水灌溉系统，在基于ZigBee的无线局域网支持下，通过ZigBee节点获取相关数据，加强对灌溉用水的控制，并与GPRS精细连接，借助GPRS向网络或手机传输数据，最后进行有针对性的信息处理。这类系统不仅能够稳定运行，也能够完成远程控制与智能灌溉，在农、林、园等领域具有广阔的应用前景。