基于无线传输的稻田灌溉监控系统_纪建伟
基于无线传感器网络的智能农业监控系统
基于无线传感器网络的智能农业监控系统智能农业是一种利用现代科技手段改进农业生产方式的新型农业模式。
近年来，随着物联网技术的迅速发展，基于无线传感器网络的智能农业监控系统在农业领域得到了广泛应用。
本文将探讨这一系统的原理、应用案例以及前景展望，以展示其在提高农业生产效率和降低环境污染方面的巨大潜力。
一、系统原理基于无线传感器网络的智能农业监控系统是通过将传感器节点部署在农田中，实时采集土壤湿度、温度、光照强度等环境数据，并将这些数据传输到中心服务器进行处理和分析。
通过对数据的分析，农民可以了解到土壤的水分状况、作物的生长情况以及天气变化等信息，从而及时采取相应的措施，提高农作物的产量和质量。
二、应用案例1. 土壤水分监测传感器节点可以实时监测土壤的湿度，并将数据传输到中心服务器。
农民可以通过手机或电脑登录系统，实时了解土壤的湿度情况。
当土壤湿度低于一定阈值时，系统会自动发送提醒，提示农民及时进行灌溉工作。
这样既避免了因为土壤干旱而导致作物死亡的情况，又减少了因为过度灌溉浪费水资源的问题。
2. 作物生长监测传感器节点还可以监测作物的生长情况，包括温度、光照强度等参数。
通过对这些数据的分析，系统可以提供作物生长的优化建议，比如提供合适的温度控制方案、灯光照明方案等，以促进作物的生长。
此外，传感器节点还可以监测作物的有害虫害和病菌情况，提前预警农民并采取相应的防治措施。
3. 天气变化监测传感器节点还可以监测环境的天气变化，包括气温、湿度、风速等参数。
通过对这些数据的分析，系统可以提供农民天气预报和防灾指导，比如在临近暴雨天气时，提醒农民进行相应的防洪准备。
这样既保护了农作物免受自然灾害的侵害，又提高了农业生产的稳定性。
三、前景展望基于无线传感器网络的智能农业监控系统在提高农业生产效率和降低环境污染方面具有巨大的潜力。
随着技术的不断发展，传感器网络的成本逐渐降低，系统的性能也不断提升。
未来，智能农业监控系统将更加智能化和自动化，可以实现更多的功能，比如自动灌溉、自动施肥等。
用信息通讯网络平台构筑灌溉管理新模式
用信息通讯网络平台构筑灌溉管理新模式寸伟;姜亚斌【摘要】随着信息化、网络化的进程不断加快,信息通信技术迅速普及,其对经济社会发展形成了具大的推动力,通信网络已成为经济发展的一种战略性资源和高科技手段,利用信息产业新技术、新业务、新成果和新服务做为灌溉管理工作的一个新平台,形成一个网络型、管理型、服务型的灌溉管理新体制,在灌溉管理上可拓宽管理服务区域,加快灌溉信息的传速和反馈,达到与农户的互动,加强灌溉情况的勾通.使灌溉管理单位和农户之间的沟通和联系越来越紧密.可以促进灌溉管理流程更加简便高效,提高灌溉管理效率,减少管理工作中间环节,降低灌溉管理成本,全面提高灌溉管理服务质量.利用通讯信息网络平台来组建灌溉管理组织,通过在灌区的试运行,管理单位与农户联系迅速,灌溉及时,费用降低,作用显著,应运效果好.信息化、网络化与水利灌溉管理工作的融合,对灌溉管理乃至水利工作的全面发展将具有深远的影响,【期刊名称】《地下水》【年(卷),期】2010(032)005【总页数】2页(P66-67)【关键词】信息;网络;灌溉;模式【作者】寸伟;姜亚斌【作者单位】陕西省凤翔县水利局,陕西,凤翔,721400;陕西省凤翔县水利局,陕西,凤翔,721400【正文语种】中文【中图分类】S274.3市场经济的不断强化和完善,科学技术的不断进步和突飞猛进,农村产业结构的进一步调整,为发展和促新灌溉管理模式注入了新的理论和新的观念。
现阶段的各种旧的灌溉管理体制和形式,已经难以适应当前社会的发展和灌区广大农民群众的要求。
过去那种水源单位——供水管理单位——乡镇水管单位——巡渠专业队员——段长——斗长——临时雇用人员——农民的管理模式已成为一种曾经的辉煌。
随着农村联产承包责任制的实施,灌溉管理体制虽有改进,但计划经济时期形成的旧观点、旧理念还是难以剥除,极大的阻碍了水利工程效益的发挥和灌区发展。
在新时期水利工作者和灌区群众,正在根据不断发展的农业生产和灌溉特点,结合农村及社会发展现状探索组织各种新的灌溉管理模式。
基于无线传感器网络的精细农业智能节水灌溉系统_中文
基于无线传感网络的精细农业智能节水灌溉系统肖克辉2,1，肖德琴2,1，罗锡文1(1.华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室，广州510642；2.华南农业大学大学信息学院，广州510624）摘要：在精细农业相关应用和理论研究基础上，自行设计用于检测农业水分含量和水层高度的无线传感器，构建农田水分无线传感器网络体系结构，设计基于水分无线传感网络的智能节水灌溉控制系统，通过实时农田水分数据和农作物水分需求专家数据形成灌溉决策，由灌溉控制系统实施定量灌溉，在水稻生长过程中的实际应用表明，该系统体现出可行性和高效性，有利于精细农业的发展和水资源的可持续利用。
关键词：无线传感网络；智能灌溉控制系统；精细农业；构架0 前言通过不同集成微型传感器的相互合作，无线传感网络常用于检测并获取监测对象中的各种信息。
利用嵌入式信息处理和随机自组织无线网络，将信息发送到用户终端来实现“无处不在的计算”理念。
基于无线传感网络的自动化、自组织和以数据为中心等特点，它能够应用于获取土壤水分数据，然后自动地将这些数据融合传输形成一个高效的田间水分数据采集平台，从而实现智能节水灌溉。
传统的田间灌溉通常由人亲自控制，而且需要大量的人力和物力，这将导致缺乏实时性和精确性，这也有悖于长期农业生产的发展趋势和水资源的可持续利用。
无线传感网络被广泛地应用于精细农业和智能灌溉来克服上述存在的问题。
G Vellidis 和他的同事开发了一个典型的实时智能检测的传感器阵列来检测土壤水分，测试土壤水分使用现成的组件。
这个阵列由一个位于中间位置的接收机组成，这台接收机连接在一台笔记本电脑和田间的多个传感器节点上。
具有精密灌溉技术的集成传感器提供了一个闭环的灌溉系统，能够确定从智能传感器阵列的哪一位置将时间和数量输入到实时定位灌溉应用程序中。
J Balendonck 和他的同事开发了一台叫作FLOW—AID的系统，这个系统能够客观地开发和检测一个灌溉管理系统，也能应用于赤字中。
基于无线数传技术的农田灌溉机井集中监控系统
计量 ，为科学合 理的收费提供依据 ，促进用水观念 更 新 ，为 农 业 生 产 和 人 民生 活带 来 巨 大 的 社 会 效 益
水 量 、用 电 量 进 行 反 馈 和 统 计 ，为 更 好 地 进 行 田间
收 稿 日期 ：２ ０ — ３ １ ０６ ０ —０
数测量及控 制任务 ，在现场 直接 进行输 入 、输 出数 ！
据 处 理 ，减 少 了信 息 传 输 量 ，降 低了 对 上 位 计 算 机 的要 求 ；主 机 通 过数 据 通 道 ，直 接 与 生 产 过 程 相 联
１ 监 控 系统 的 设 计 思 路
分布式控 制系统 （ Ｃ Ｄ Ｓ）以微 型 计 算 机 为 核 心 ，
把微型机 、工业控 钳计算机 数据通信 系统 显 示 操作装置 、输 入 ／输 出通道 、 自动化仪表 等有机 地 ‘ 结合在一起 ，硬件上采用分级结 构 ，把控ｌ 任务 分 镧 解成几个不 同层次 ，由各级控 制器分别完成 ；每 台 控 制 器 只 处 理 一 部 分 实 时 数 据 ，数 据 处 理 尽 量 单 一
目前 国 内农 田 中 的灌 溉 机 井 ，大 多 仍 然 采 用 人
工操 作 水 泵 起 停 ，人 工 统 计 用 水 和 用 电量 ，在 这 一 过 程 中 难 免 会 存 在 着 一 定 的 管 理 漏 洞 ，而且 用 水 、 用 电量 的 准 确 统 计 困难 ， 利 于高 效 用 水 的新 要 求 。 不
了分 布 式 控 制 系 统 以实 现 对 现 场 信 号 的采 集 、处 理
水稻节水灌溉无线远程PLC监控系统
据水稻格 田中的水位 、 土壤 温度、 土壤湿 度等传感器
测定 的数据 由上位机计算 处理来判 断灌水 量或排水
量的准确数值 ， 由 Ｐ Ｃ实现对 电磁 阀的控制 。当天 再 Ｌ
气异常或遭遇病虫害 时一般采用远程手动控制方式 ， 是根据雨量 、 水位 、 土壤温 湿度等 因素 由技术专家决 定灌溉用水量 。根据实 际情况使用不同控制方式 ， 可 以达到节省人力 、 灌溉时间及水量控制准确和提高灌
设 计 了 系统 的总 体 结 构 、 件结 构 和 软 件 流程 图 。实 际应 用 表 明 ， 系统 工 作 稳 定 ， 节 水 节 能 的 同 时使 水 稻 获 硬 该 在
得 优 质 增产 的 良好 效 果 。
关键词 ：无协议通 信 ；节水灌溉 ；Ｐ Ｃ Ｌ ；监控 系统
中图分类 号 ：Ｔ ２ ３ ． Ｓ ２ Ｐ ７ ５； １ ６ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ — ８ Ｘ（ ０ １ １ — ０ ９ ０ ０３ １８ ２ １ ）１ ０ １ — ５
基金项 目：黑龙江农垦总局科技计划项 目（ ＮＫ ０ 一 ７ ０ — ５ Ｈ １Ａ ０— １ ０ ）
作者简介 ：刘
超 （９ ０ ） 男 ， １８ 一 ， 黑龙江海 伦人 ， 师 ， 士研究生 ， Ｅ 讲 硕 （—
ｍ ｉ ｏ ｚ ｅ １ ８ ＠ １ ３ ｃ ｎ。 ａｌ ）ｂ ｌ ｕ ｎ ９ ０ ６ ． ｏ ｉ
０ 引言
水稻传统 的灌溉方式 灌水量 多 、 耗水量 大 ， 仅 不 影响水稻种植面积的扩大和产量水平 的提 高 ， 而且造
成水 资 源 的极 大 浪 费 ， 我 国建 设 节 约 型 社 会 以及 新 与 农 村 建 设 的 发 展 战 略 极 不 协 调 。 水 稻 节 水 灌 溉 根 据 水稻 的需 水 特 点 ， 关 键 需 水 期 给 予 适 时 适 量 的 供 在
基于无线传感器网络的农田灌溉远程监控系统
ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ Ｃ ’ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｎ ｄ ｄ ａ ｔ ａ ｒ ｅ ｍｏ ｔ ｅ ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ，ｗａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｔ ｏ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｓ ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ（ Ｊ ｎ ｉ ｒ ｒ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｓ ａ ｖ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｔ ｅ ｒ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ．ｔ ｈ ｅ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｎ ｏ ｄ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ４ ３ ３ ＭＨｚ ｃ ｏ ｒ ｅ ｒｅ ｆ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｔ ｏ ａ ｃ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｉ ｓ ｈ ａ ｒ ｅ ａ ｌ — — ｔ ｉ ｍｅ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｓ ｏ ｉ ｌ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ａ ｒ ｍｌ ａ ｎ ｄ．Ｂａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＡＲＭ９ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ￥ ３ Ｃ２ ４１ ０，ｗｈ ｅ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐｕ ｍｐ ｓ ａ ｎ ｄ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ ｓ ｗａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ｂ ｙ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｏ ｒ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｅ ｓ ｈ ｏ ｌ ｄ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ａ —
基于PLC的农田自动灌溉无线监控系统设计
１ ２ 流 量计 ．
在农 田灌溉系统 中， 最重要 的数据 就是农 田的用 水量 ， 通常采集用水量 的方法是利用流量传感器采集
瞬 时流 量 。农 田灌 溉 的流 量监 测 采 用 Ｌ Ｂ Ｄ Ｅ型智 能 电
０ Ｉ ｘ Ｙ 鼬３ 盆 嚣 吾
磁流量 ， 它具有计算速度较快 、 精度 高、 测量性能可靠
可编程控制器 （ 简称 Ｐ Ｃ 作为工业现场工作的 、 Ｌ） 以现 代微处理 技术 为核 心 的控 制器 ， 由于其 具有 结 构简 单、 性能优 良、 抗干扰性能好 、 可靠性 高、 编程 简单 、 调
试 方便 和 易 于功 能 扩展 等 诸 多 特 点 ， 机 械 、 工 、 在 化 电 力 、 油 天然 气 等行 业 的工 业 现 场 自动化 控 制 已 日趋 石 广泛 地得 到 应用 ， 为 工 业 现 场 进 行 实 时控 制 的最 主 成 要 的控 制 手 段 。 同时 ， 利用 Ｐ Ｃ所 具 有 的 串行 通信 和 Ｌ
Ｃ ＯＭ２ＲＳ ３ ． ４ ５ ／ ２ ２ＲＳ ８
ｌ
Ｌ －
图 ５ Ｓ ３ 接线端子 图 Ｍ０
Ｆ ｇ ５ Ｗ ｉ ｎ ｉ ｇ ａ ｏ Ｍ３ ｅ ｉ ａｓ ｉ． ｉ ｒ ｇ ｄ ａ ｍ ｆ Ｓ ０ ｔｒ ｎ ｌ ｒ ｍ
Ａ和 Ｂ引脚 可用 于连接 Ｐ Ｃ的 ４５通信 端 口， Ｌ ８
ＣＯＭ ｌ ｍ
＜
ｔ－ ａ
ｔ－ Ｕ ａ ＾ ＾ ＾ ，
通过 Ｐ Ｃ的软件编程完成累计流量的计算 ， Ｌ 最终将采 集 的数据经 ４ ５通信 ， ８ 利用无线模块实时传送到上位 机。其 中， 转换器 电路设计 采用 国际先进技 术 ， 人 输 阻抗高达 １ 共模抑制 比优 于 １０ Ｂ 对于外来干 ０ Ｑ， ０ｄ ， 扰 以及 ６ Ｈ ／ ０ ｚ干扰抑制 能力优 于 ９ ｄ ， 以测 ０ ｚ５ Ｈ ０Ｂ 可 量更低电导率 的流体介质 流量 。同时 ， 传感器采用非 均匀磁场技术 及特殊 的磁 路结构 ， 场稳定 可靠 ， 磁 有
基于无线传感器网络的农田水分监测与自动灌溉系统设计
基于无线传感器网络的农田水分监测与自动灌溉系统设计随着科技的不断进步和农业需求的增加，农田水分监测与自动灌溉系统在现代农业中起着至关重要的作用。
利用无线传感器网络技术可以实现对农田水分状态的实时监测和精确控制，提高水资源利用效率，优化农田灌溉管理。
一、系统设计背景农田水分是农作物生长中最重要的因素之一，合理的水分供应可以保证农作物的正常生长和发育。
传统的农田水分监测与灌溉方法主要依赖于人工测量和灌溉，耗时耗力，且无法实时调整灌溉量。
因此，设计一种基于无线传感器网络的农田水分监测与自动灌溉系统具有重要的现实意义和应用价值。
二、系统设计原理基于无线传感器网络的农田水分监测与自动灌溉系统由若干个传感器节点、数据采集模块、数据处理模块、控制模块和执行模块组成。
传感器节点主要用于感知农田的水分状态，采集得到的数据通过无线通信传输至数据采集模块，并经过数据处理模块进行处理。
控制模块根据数据处理模块的结果，实现对农田灌溉的自动控制，控制执行模块进行相应的操作。
三、系统设计步骤1. 传感器节点部署：根据农田的大小和形状，合理布置传感器节点。
节点应尽量均匀地覆盖整个农田，并避免相互干扰。
2. 数据采集：传感器节点感知农田的水分状态，并将数据采集模块发送的数据采集模块中。
3. 数据处理：数据采集模块将采集到的数据传输至数据处理模块，数据处理模块根据事先设定好的水分阈值，将数据与阈值相比较，判断农田的水分状况，进而进行灌溉控制的决策。
4. 控制模块实现自动灌溉：根据数据处理模块的结果，控制模块通过无线通信传输指令到执行模块，执行模块实现对农田的自动灌溉。
5. 监控与调整：监控农田的水分状态，根据实时数据分析并进行调整，以确保系统的稳定运行和高效灌溉。
四、系统设计考虑因素1. 无线传感器节点的能源管理：由于传感器节点需要长期工作，设计高效的能源管理措施是保证系统长期稳定运行的关键。
2. 数据传输的延迟和可靠性：无线传感器网络的数据传输存在延迟和传输不稳定的问题，需要进行相应的优化和改进，确保数据的准确传递。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
增刊 1
纪建伟等：基于无线传输的稻田灌溉监控系统
53
1 系统的总体设计
本系统主要由数据采集系统、自动灌溉监控系 统、信息管理软件系统 3 个模块组成，其中每个系 统又由各子模块组成。
本系统可实现稻田节水灌溉全过程的自动控 制，整体结构如图 1 所示。
功能[7-9]。视频服务器负责存储视频录像数据并供用 户随时查阅。
0 引 言
中国是稻米生产和消费的大国，水稻种植面积 和总产量在世界各国中均居第一位。三江平原是全 国重要的水稻商品粮生产基地之一，部分农场和农 户的生产管理方式比较粗放，仍采用井水漫灌方 式，没有达到高效用水的要求，存在浪费现象。同 时，井水温度低，对水稻直接灌溉会导致冷水害、 降低有效积温，肥料不易分解，稻根生长不良等现 象，进一步影响水稻的品质。目前，在智能灌溉领 域内，我国现行水平与发达国家相比还存在一定的 差距，灌溉工程的计算机监控系统应用还不多见。 根据自动控制技术原理及国内已有研究、示范的成 果，与建三江水稻灌区的气候、土壤、地下水、低 温冷害、生产水平等特点相结合，进行寒地水稻生 长和灌溉控制相结合的应用模式研究[1-2]，得出符 合建三江地区水稻灌溉的实际应用体系。
Ji Jianwei, Ding Hao, Li Zhengming, et al. Monitoring system of irrigation for paddy fields based on wireless transmission[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(Supp.1): 52－59. (in Chinese with English abstract)
3 自动灌溉监控系统的设计
自动灌溉监控系统是一个复杂的系统，对可 靠性和实效性都有具体的要求。该系统由太阳能 加热控制模块、视频监控模块和 PLC 组态控制模 块组成。 3.1 太阳能加热控制模块
温度是影响水稻生长发育的重要因素之一，水 稻对水温的要求是 25~30℃，本模块在水池自然晒 水增温的基础上加入了太阳能集热器，可对灌溉用 水进一步增温，以达到寒地水稻灌溉水温的最低要 求。其系统设计如图 3 所示。
在信息管理软件系统中，工控机与 PLC 之间采 用 OPC 通信，利用组态软件 Factorytalk View 设计 人机交互界面，控制信息的采集，监控系统的运行 状态，实现远程自动或手动控制灌溉。在数据库服 务器建立基于 Web 的信息管理界面，采用 SQL 数 据库软件开发数据管理系统，完成数据的分析与处 理，提供历史数据查询、报表打印和趋势图分析等
图 3 太阳能加热系统 Fig.3 Solar heating system
增刊 1
纪建伟等：基于无线传输的稻田灌溉监控系统
55
整个晒水池分为自然晒水池和太阳能晒水池 两部分，设计面积为 600 m2，平均深度 1 m，平时 储存水深 0.5 m，一般可容纳 300 t 水。有管道及送 水泵负责从自然晒水池向太阳能晒水池输水，2 个 水池分别设有无线数据采集基站，检测池内水位及 温。
DC 12~24V 100mA
20 ms 2~3 s 48 ms
-20℃~70℃ 0~100%体积含水率
150~1000 mm
误差精度/% ±1 ±2 ±0.5
输出 电阻值转换为电压值
0~10 V 0~1V/4~20 mA
0~10 V/4~20 mA/开关量
2.2 数据处理模块
单片机是采集系统的控制核心，选择 Microchip 公司推出的低功耗处理器 PIC18F4520。它具有 32k 字节程序存储器，1 536 字节数据存储器，内部集 成振荡器，13 位 A/D 转换器等，当处于空闲模式 时，电流可降低为 5.8 µA。外接电源稳压电路，能 够输出 5V/12V DC，提高可靠性和稳定性，单片机 外围电路元件少，降低了成本和功耗。通过 RS232 接口与无线数传电台 ND250A 连接，具有良好的无 线通信能力。外接 CM12864-8 液晶显示屏，可实时 显示温度、湿度和液位信息，通过扩展按键，操作 人员可以手动调整无线电台的地址，使其在不同的 环境下能够多次使用[15-16]。
本文在研究稻田灌溉控制方式的基础上，对稻 田环境数据的采集选择无线传输方式。整个系统设
收稿日期：2012-10-17 修订日期：2013-04-25 作者简介：纪建伟（1963－），男，辽宁锦州人，教授，博士生导师， 主要从事智能化检测与自动控制技术方面的研究。沈阳 沈阳农业大学 信息与电气工程学院，110866。Email：jianweiji7879@. ※通信作者：丁 皓(1983－)，男，研究方向为智能检测与自动化。沈 阳 沈阳农业大学信息与电气工程学院，110866。 Email：dh1831@
第 29 卷 增刊 1 2013 年 4 月
·农业水土工程·
农业工程学报 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering
基于无线传输的稻田灌溉监控系统
Vol.29 Supp.1 Apr. 2013 52
纪建伟，丁 皓※，李征明，赵毅勇
（沈阳农业大学信息与电气工程学院，沈阳 110866）
摘 要：为实现稻田环境的监控和节水灌溉，该文设计了基于无线传输的稻田灌溉监控系统，其中包括 1 个主站
和 18 个基站，采用日精 ND250A 数传电台进行无线数据通信。基站可按设定的时间间隔自动采集稻田水温、土
壤湿度、稻田水位等参数，并当接到主站指令时通过无线传输将数据上传到主站；基站供电采用太阳能蓄电池，
单片机编程可设置采集间隔时间，以控制数据 采集器的工作。在数据采集后，测温电路先把 PT100 热电阻传感器的电阻信号转换为电压信号，经过放 大器 LM358 和滤波电路放大信号后，连同湿度和 液位传感器的模拟信号值进入单片机的 A/D 输入 通道，转换成单片机能识别的数字信号，并将数据 暂存。根据温度换算公式可将测量的电阻值还原为 温度值，液晶屏可显示这 3 种环境参数的实时值。
1）温度、降雨量、气压、风向、风速等各种 环境因素检测传感器。
2）土壤温度、含水量和稻田水位等与土壤和 水体有关的传感器。
本系统主要采集灌溉水温、土壤湿度和稻田水 深 [10-14]，同时要求以下几点：
1）精度高，能够准确测量环境参数。 2）稳定性好，能够在较恶劣的环境中长时间 稳定工作。 3）能耗低，在太阳能蓄电池供电的条件下能 长时间工作。 综合各项因素，选择以下传感器可以满足系统 的要求，传感器的各项性能参数如表 1 所示。
2.4 太阳能供电模块 由于系统的监控区域为水稻田，为解决稻田内
无外接电源的问题，本系统中各个基站均采用独立 的太阳能蓄电池作为供电模块。太阳能极板和蓄电 池的选择，主要考虑在连续一周光照强度不够的前 提下，可以保证数据采集系统的稳定运行。蓄电池 采用 12 V/5 A.h 的全密封免维护的铅酸蓄电池，太 阳能板采用 12 V 的标称产品，加入了 PWM 充电控 制器，对蓄电池的充电状态进行管理，并实现蓄电 池的过充电、过放电保护。在白天阳光充足时，系 统可由太阳能板经 PWM 充电控制器后直接供电， 同时给蓄电池充电；夜间或光照强度不足时，改由 蓄电池供电[20-21]。
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2013.z1.008
中图分类号：S126
文献标志码：A
文章编号：1002-6819(2013)-Supp.1-0052-08
纪建伟，丁 皓，李征明，等. 基于无线传输的稻田灌溉监控系统[J]. 农业工程学报，2013，29(增刊 1)：52－ 59.
图 2 数据采集系统结构图 Fig.2 Structure diagram of data acquisition system
2.1 数据采集模块
根据水稻生长的环境需求和系统应用的不同 目的，可以选择相应类型的传感器。所选择的传感 器只要符合标准的输出，如电流 4～20 mA，直流 电压 0～10 V 即可应用。通常在农业生产领域中可 选择的传感器包括：
2.3 无线传输模块
为了保证无线数据通讯的可靠性，本模块选用 了日本原产的日精数传电台 ND250A。发射功率 1～ 10 W 可调，电磁兼容性好，抗干扰能力强，在 -40~70℃范围内均可稳定工作，内置数传专用频段 （223 ～235 MHz），16 个半双工频道可编程设置， 不跑频。采用温度补偿电路（TCXO），频率稳定 度达 1.5 PPM，同时采用目前最先进的低噪声、宽 频带、高效率场效应管功率放大器，功耗低、杂波 小、发热少、可靠性高。守候电流仅为 50 mA（节 电模式功耗更低），发射电流≤1.6 A，发射机起动 时间小于 30 ms，收发转换速度快，全透明的数据 流通信方式，不仅通信延时小，还保证了与 PLC 的 通信协议无缝结合。本模块为整个系统提供了可靠 的无线数据通信 [17-19]。
54
农业工程学报
2013 年
传感器 温度传感器 湿度传感器 液位传感器
型号 两线制 PT100 IMKO TRIME-PICO64 Banner T30UINA
表 1 传感器性能参数
Table 1 Property parameters of sensors