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谈智能灌溉远程监控系统设计

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引言

作为农业种植和农业生产过程中的重要环节,农业灌溉对农作物的生长和产量起着关键作用。中国农业的快速发展造成了农业灌溉的用水量不断增加,传统灌溉方式更加剧了水资源的浪费和短缺。当前我国农业灌溉方式主要问题:一是以生产经验实施作物浇灌,无法保证灌溉量的精准度;二是依赖人工完成灌溉过程的监控和管理,灌溉技术落后、劳动强度大、浪费人力物力。因此、利用人工智能算法设计一种智能灌溉系统也就成了解决农业灌溉问题的迫切需求。物联网作为一种新兴信息技术形式,被广泛应用于能源、制造、交通、物流、家居、安防等行业和生活的各个方面。物联网与农业的结合也同样助推“传统农业”快速向“智慧农业”转变,有力促进农业的改革和发展。所谓智慧农业既是利用物联网技术将各种传感装置和网络连接起来,对农业生产过程中的各种数据进行采集、传输和处理,实现远程控制;使得农业从业人员能够实时了解农田状况,并根据需要远程操控设备实施灌溉、施肥等操作。可见,农田环境信息的有效监控是实现智慧农业的关键,对农业生产起着至关重要的作用。鉴于此,本文设计了一个智能灌溉远程监控系统。将农业物联网技术应用于农田灌溉,建立精准的控制系统,能够利用智能分析与显示技术实现智能移动设备和PC设备对灌溉区的远程实时监控,达到智能灌溉的目的。该系统能够实现农业灌溉的自动化和智能化,提高灌溉效率、节约水资源,对我国农业经济发展具有重要现实意义。

智能灌溉系统总体方案设计

智能灌溉系统是一种基于物联网并结合自动控制技术、数据分析处理技术、通信技术和计算机技术而形成的新型高科技灌溉系统形式。系统应具有较强的实时性、高效性和实用性等特点,能够提高农业灌溉的效率、减少水资源的浪费。系统主要由远程监控中心和无线传感网络两部分组成,利用了物联网的感知层、网络层和应用层等三层网络架构进行设计。感知层采用温湿度传感器与微型ZigBee智能化传感节点获取农田灌溉过程中所需原始数据信息,为保证智能灌溉精准度,提供科学、有效的基础。以局域网、广域网和互联网为基础建立的网络层是一种无线数据传输通道,主要用于实现感知层与应用层之间的数据传输功能。采用无线数据传输的网络通信形式同时也可避免农田、果林等不同农业种植环境下有线网络布线带来的各种问题。应用层可利用控制算法高效处理网络层传送来的大量农田环境数据信息,并做出合理的灌溉策略,控制电磁阀、水泵执行相应动作,实现智能化灌溉与远程监控管理。结合系统的功能需求设计智能灌溉系统整体结构如图1所示。

远程监控系统功能需求分析

智能灌溉远程监控系统采用LabVIEW作为软件开发平台,结合农业灌溉的实际需求与智能灌溉系统总体设计方案设计了一套远程监控界面。包括系统管理、运行模式选择、温湿度设置、WEB界面发布、安全报警以及数据显示与存储等模块。各模块功能如下:(1)系统管理模块可根据不同用户级别设置其使用权限,以保证整个系统的安全、可靠、稳定运行。(2)系统运行模式包括大纲模式和测试模式两种形式,大纲模式主要用于监控系统中各类数据信息的集中查看和设置,而测试模式既可用于监控系统的功能测试也可用于智能灌溉系统的日常监控管理。(3)温湿度设置主要用于用户根据不同农作物及其不同生长阶段的土壤温湿度设置,并由系统结合自身控制算法实现智能灌溉。(4)WEB界面发布可方便没有安装LabVIEW远程客户端的用户及时查看农田环境状态,增强数据共享性。(5)安全报警功能主要用于监测和识别系统故障,以提高系统可靠性。(6)数据显示与存储模块是建立数据库对大量农田环境信息数据进行存储,以方便用户和管理人员的查询、检索或以专家报表、历史曲线的形式进行直观显示。

远程监控系统软件设计

作为智能灌溉系统的重要环节,该远程监控平台具有接受、处理农田环境信息,制定灌溉策略,提供上位机监控界面,完成灌溉模型信息的设置等功能,主要采用图形化的LabVIEW编程语言进行设计。其远程监控平台软件功能流程图如图2所示。

结语

我国农业的快速发展造成了农业灌溉的用水量不断增加,传统灌溉方式已不能满足当前智慧农业的需求。为解决这一矛盾,本文将农业物联网技术应用于农田灌溉,建立一个智能灌溉远程监控系统。其主要由远程监控中心和无线传感网络两部分组成,采用了物联网的感知层、网络层和应用层等三层网络架构形式。结合农业灌溉的实际需求与智能灌溉系统总体设计方案设计了一套远程监控界面,并分析了远程监控平台软件功能。结果表明该系统能够利用智能分析与显示技术实现智能移动设备和PC设备对灌溉区的远程实时监控,达到智能灌溉的目的,具有一定的实用价值。

作者:张兴超 单位:明理工大学津桥学院电气与信息工程学院

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