談智能灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文

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引言

作為農(nóng)業(yè)種植和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，農(nóng)業(yè)灌溉對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量起著關(guān)鍵作用。中國(guó)農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展造成了農(nóng)業(yè)灌溉的用水量不斷增加，傳統(tǒng)灌溉方式更加劇了水資源的浪費(fèi)和短缺。當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉方式主要問(wèn)題：一是以生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)實(shí)施作物澆灌，無(wú)法保證灌溉量的精準(zhǔn)度；二是依賴(lài)人工完成灌溉過(guò)程的監(jiān)控和管理，灌溉技術(shù)落后、勞動(dòng)強(qiáng)度大、浪費(fèi)人力物力。因此、利用人工智能算法設(shè)計(jì)一種智能灌溉系統(tǒng)也就成了解決農(nóng)業(yè)灌溉問(wèn)題的迫切需求。物聯(lián)網(wǎng)作為一種新興信息技術(shù)形式，被廣泛應(yīng)用于能源、制造、交通、物流、家居、安防等行業(yè)和生活的各個(gè)方面。物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)的結(jié)合也同樣助推“傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)”快速向“智慧農(nóng)業(yè)”轉(zhuǎn)變，有力促進(jìn)農(nóng)業(yè)的改革和發(fā)展。所謂智慧農(nóng)業(yè)既是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各種傳感裝置和網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸和處理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；使得農(nóng)業(yè)從業(yè)人員能夠?qū)崟r(shí)了解農(nóng)田狀況，并根據(jù)需要遠(yuǎn)程操控設(shè)備實(shí)施灌溉、施肥等操作。可見(jiàn)，農(nóng)田環(huán)境信息的有效監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。鑒于此，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)智能灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)田灌溉，建立精準(zhǔn)的控制系統(tǒng)，能夠利用智能分析與顯示技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能移動(dòng)設(shè)備和PC設(shè)備對(duì)灌溉區(qū)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，達(dá)到智能灌溉的目的。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉的自動(dòng)化和智能化，提高灌溉效率、節(jié)約水資源，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

智能灌溉系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

智能灌溉系統(tǒng)是一種基于物聯(lián)網(wǎng)并結(jié)合自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)而形成的新型高科技灌溉系統(tǒng)形式。系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性、高效性和實(shí)用性等特點(diǎn)，能夠提高農(nóng)業(yè)灌溉的效率、減少水資源的浪費(fèi)。系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程監(jiān)控中心和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，利用了物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層等三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。感知層采用溫濕度傳感器與微型ZigBee智能化傳感節(jié)點(diǎn)獲取農(nóng)田灌溉過(guò)程中所需原始數(shù)據(jù)信息，為保證智能灌溉精準(zhǔn)度，提供科學(xué)、有效的基礎(chǔ)。以局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)建立的網(wǎng)絡(luò)層是一種無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸通道，主要用于實(shí)現(xiàn)感知層與應(yīng)用層之間的數(shù)據(jù)傳輸功能。采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信形式同時(shí)也可避免農(nóng)田、果林等不同農(nóng)業(yè)種植環(huán)境下有線網(wǎng)絡(luò)布線帶來(lái)的各種問(wèn)題。應(yīng)用層可利用控制算法高效處理網(wǎng)絡(luò)層傳送來(lái)的大量農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)信息，并做出合理的灌溉策略，控制電磁閥、水泵執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)智能化灌溉與遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。結(jié)合系統(tǒng)的功能需求設(shè)計(jì)智能灌溉系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能需求分析

智能灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用LabVIEW作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，結(jié)合農(nóng)業(yè)灌溉的實(shí)際需求與智能灌溉系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)了一套遠(yuǎn)程監(jiān)控界面。包括系統(tǒng)管理、運(yùn)行模式選擇、溫濕度設(shè)置、WEB界面、安全報(bào)警以及數(shù)據(jù)顯示與存儲(chǔ)等模塊。各模塊功能如下：（1）系統(tǒng)管理模塊可根據(jù)不同用戶級(jí)別設(shè)置其使用權(quán)限，以保證整個(gè)系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。（2）系統(tǒng)運(yùn)行模式包括大綱模式和測(cè)試模式兩種形式，大綱模式主要用于監(jiān)控系統(tǒng)中各類(lèi)數(shù)據(jù)信息的集中查看和設(shè)置，而測(cè)試模式既可用于監(jiān)控系統(tǒng)的功能測(cè)試也可用于智能灌溉系統(tǒng)的日常監(jiān)控管理。（3）溫濕度設(shè)置主要用于用戶根據(jù)不同農(nóng)作物及其不同生長(zhǎng)階段的土壤溫濕度設(shè)置，并由系統(tǒng)結(jié)合自身控制算法實(shí)現(xiàn)智能灌溉。（4）WEB界面可方便沒(méi)有安裝LabVIEW遠(yuǎn)程客戶端的用戶及時(shí)查看農(nóng)田環(huán)境狀態(tài)，增強(qiáng)數(shù)據(jù)共享性。（5）安全報(bào)警功能主要用于監(jiān)測(cè)和識(shí)別系統(tǒng)故障，以提高系統(tǒng)可靠性。（6）數(shù)據(jù)顯示與存儲(chǔ)模塊是建立數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)大量農(nóng)田環(huán)境信息數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以方便用戶和管理人員的查詢(xún)、檢索或以專(zhuān)家報(bào)表、歷史曲線的形式進(jìn)行直觀顯示。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

作為智能灌溉系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，該遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)具有接受、處理農(nóng)田環(huán)境信息，制定灌溉策略，提供上位機(jī)監(jiān)控界面，完成灌溉模型信息的設(shè)置等功能，主要采用圖形化的LabVIEW編程語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)。其遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)軟件功能流程圖如圖2所示。

結(jié)語(yǔ)

我國(guó)農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展造成了農(nóng)業(yè)灌溉的用水量不斷增加，傳統(tǒng)灌溉方式已不能滿足當(dāng)前智慧農(nóng)業(yè)的需求。為解決這一矛盾，本文將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)田灌溉，建立一個(gè)智能灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。其主要由遠(yuǎn)程監(jiān)控中心和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，采用了物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層等三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)形式。結(jié)合農(nóng)業(yè)灌溉的實(shí)際需求與智能灌溉系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)了一套遠(yuǎn)程監(jiān)控界面，并分析了遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)軟件功能。結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠利用智能分析與顯示技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能移動(dòng)設(shè)備和PC設(shè)備對(duì)灌溉區(qū)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，達(dá)到智能灌溉的目的，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

作者：張興超 單位：明理工大學(xué)津橋?qū)W院電氣與信息工程學(xué)院