有了这个农田节水灌溉物联网应用方案农业种植更科学了

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是信息时代的重要发展阶段。它的英文名字是物联网。顾名思义，物联网就是物与物相连的互联网。这有两层含义：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是基于互联网的延伸和扩展网络；其次，它的客户端延伸和扩展到任何对象并进行信息交换和通信，也就是对象之间的信息。物联网通过智能感知、识别技术、普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合。因此，它被称为继计算机和互联网之后，世界上第三次信息产业发展浪潮。物联网是互联网的应用拓展。与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。

中国是一个农业大国。在农业方面，物联网技术也有突出表现。下面是物联网在农田节水灌溉中的应用方案。

水是农业的命脉，也是整个国民经济和人类生活的命脉。水资源的状况和利用水平已成为评价一个国家或地区经济能否持续发展的重要指标。中国是一个水资源相对贫乏的国家，年均降水量630mm，低于全球陆地和亚洲陆地。年均淡水资源2.8万亿m3，人均用水量仅2300m3，仅为世界平均水平的1/4，居世界第109位，是世界上人均水资源最贫乏的13个国家之一。耕地水资源量为28500 m3/hm2，是世界平均水平的4/5。

2农业用水现状及节水灌溉发展趋势从我国水资源总需求来看，中度干旱情况下，全国总需水量约5500亿m3，缺水量约250亿m3。如果考虑地下水超采、超标污水直灌等不合理供水因素，我国实际缺水量在300亿-400亿m3之间。农业是我国用水大户，约占全国总用水量的73%，但效益差，水资源浪费十分严重。渠灌区水的有效利用率只有40%左右，井灌区只有60%左右，每立方米水的粮食产量不足1kg。但在一些发达国家，水的有效利用率可以达到80%以上，每立方米水的粮食产量一般在2公斤以上，其中以色列达到了2.32公斤，因此，我国各种节水农业技术的综合应用程度还很低，与发达国家相比还有很大差距。目前，具有发展潜力的节水灌溉新技术有：一是与生物技术相结合的作物调控灌溉技术。从作物生理学的角度，在一定时期内积极施加一定程度的有益水分亏缺，使作物进行有益水分亏缺锻炼，提高品质，控制地上部生长，实现矮化密植，达到节水增产的目的。二是采用3S技术的精细灌溉技术。即利用全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感技术(RS)和计算机控制系统，实时获取农业社区作物生长实际需求的信息，通过信息处理和分析，按需给作物浇水，可以最大限度地提高水资源的利用率和土地的产业化率。这是农田灌溉学科发展的热点，也是农业新技术革命的重要内容。三是智能节水灌溉设备技术。它是

3系统结构设计农田节水灌溉系统由土壤水分传感器、物联网终端采集单元、喷灌控制终端和远程监控计算机系统组成。如图1所示。传感器嵌入土壤中，直接获取地表以下0 ~ 100厘米深度的土壤水分信息，并转换成0 ~ 5 V的模拟电压信号。一方面利用物联网终端采集单元采集传感器的土壤墒情信息，另一方面利用GPRS网络方式将土壤墒情信息传输到安装在监控中心的监控计算机。在一个农田节水灌溉监控系统中，根据需要，可以有多个物联网终端采集单元，每个采集终端可以作为一个固定的土壤墒情监测站，分布在区域内不同的特征点，采集土壤墒情信息。中央计算机循环接收各采集终端发送的土壤水分信息，监控计算机将接收到的数据与数据库中的作物需水量进行分析比较，形成最佳灌溉方案。然后，监控计算机向喷灌控制终端发送灌溉命令，喷灌控制终端直接控制喷灌器和深井泵进行灌溉。系统结构图如图1所示。

4系统特性(1)系统管理，定义和维护系统中所有数据表的结构；并对账户、权限、接口、系统运行参数、文件类别、属性等信息进行管理和维护，以维持系统的正常运行；定义特定领域的知识规范。(2)喷灌控制：根据土壤墒情信息，系统制定灌溉方案，通过GPRS网络远程控制喷灌器，实现全自动灌溉。(3)数据查询和检索功能，具有多种形式和方式的查询和检索功能，并以地图、表格或其他形式输出查询结果。查询方式包括点对点查询、空间查询和逻辑条件组合查询。(4)数据采集单元自动定位，终端数据采集根据放置位置自动将经纬度数据发送到监控中心计算机，中心计算机自动确定并在操作界面上显示数据采集单元的布局位置。(5)数据分析功能，根据不同的属性分析不同的板块。结果以专题地图的形式提供，可以打印和输出。

上位机软件结构监控中心主要由网络服务器和土壤墒情数据处理计算机组成，具有Intemet公网的固定IP，功能是实时接收、处理和显示数据。中心计算机软件采用分控组态王作为开发平台。通过组态王的二次开发，中央计算机可以实时采集和显示数据，形成数据库和报表用于灌溉预测和决策，根据监测数据计算灌溉时间和灌溉量，并以图表和曲线显示或打印监测和计算结果[1]。该系统的设计将简单易用，其主要操作界面如图2所示。

6物联网采集单元的设计物联网采集单元设计为本系统的终端采集单元。考虑到探测范围大、数量多、布点不固定、只在农时使用的特点，采集终端需要灵活、易安装的设计。其次，在每个采集终端上安装GPS定位模块，使发送到监控中心计算机的数据有地理位置下标，中心计算机根据上传数据的地理位置下标确定采集点的具体地理位置，实现精确。此外，由于数据采集单元是放置在农田中，所以太阳能电池板用于向采集单元供电。

采集终端主要由MCU单元、采集单元、太阳能供电单元、通信单元和GPS定位单元组成，其结构如图3所示。其中，采集单元使用土壤湿度温度传感器采集土壤湿度数据。数据经嵌入式微控制器MCU(微控制器单元)处理后，通过GPRS网络发送到监控中心计算机。中央计算机采集温湿度数据并自动显示相关信息。土壤传感器输出的信号由信号调理电路处理，然后传输到子系统中的ADC(AMOG-本地转换器)。MCU定时启动ADC，进行模数转换并取走数据，然后将处理后的数据通过串口传输到GPRS模块，启动模块将数据发送到GPRS无线网络。GPRS网络接收到数据后，通过网关转发到互联网，最终由连接到互联网的中心站计算机接收[2]。

终端的核心控制MCU是整个采集系统的核心。考虑到成本和处理性能的要求，嵌入式MCU选择ATMEL公司生产的低功耗8位微处理器ATmega128作为数据采集子系统的处理器芯片。该芯片硬件资源丰富，功耗低，功能多，价格低，性能强。在该终端中，核心处理器ATmega128 MCU通过COM0直接连接到GPRS模块，完成GPRS模块的初始化和基于GPRS网络的数据传输功能。系统中的GPS模块通过ATmega128的COM1进行通信。ATmega128自带128K字节FLASH存储器，下位机程序可以通过编程器直接下载到片内FLASH中。同时，ATmega128配有4K字节EEPROM存储器，传感器采集的数据直接存储在EEPROM中。本设计中使用的GPRS通信模块和GPS模块的接口为TTL级接口，可以直接与ATmega128单片机的串行接口相连。接口电路如图4、图5所示。

嵌入式GPRS模块由5V DC供电，TXD和RXD为通信接口。本设计中可以直接连接AVR单片机的串口，ONLINE是在线指示接口。当连接到网络时，端口输出低电平信号，由74ALS04反相，驱动D1 LED。当LED亮起时，证明控制器现在已连接到网络。GPS模块通过单片机的COM2口连接，如图5所示。在本采集终端中，土壤湿度传感接口为0 ~ 5V模拟接口，因此传感器为昆仑海岸公司生产的JWSL-5VB防护型温湿度变送器，其输出信号为DC电压信号，量程为0 ~ 5V。温度和湿度信号从各自的通道输出，相互独立。传感器的输出信号经过线性转换后输入到ATmega128的ADC1引脚，ATmega128内部的ADC进行模数转换。ATmega128内部的ADC有8个通道，每个通道的分辨率为10bit，输入电压范围为0 ~ 5 V，可以满足系统的需要数据采集电路。传感器的信号调理和与ATmega128的接口电路如图6所示。传感器的输出电压信号进入电路后，首先被低通滤波。传感器本身输出的电压信号可能存在不稳定因素，通过长电缆传输过程中会受到其他设备的干扰。信号上叠加了很多中高频噪声，所以在信号进入处理器的ADC之前，噪声和干扰会被一个低通滤波器尽可能的滤除。这里采用一阶RC低通滤波器进行滤波，截止频率为15.92Hz，可以有效衰减中高频干扰成分，更好地反映信号变化。传感器的输出信号经过滤波器后，由第一级电压跟随器缓冲，由R1和R3组成的分压电路转换成0-4.09V的电压信号，再由第一级缓冲，最后送到处理器的ADC1口(温度信号送到ADC1，湿度信号送到ADC2)[2]。

结论：本文设计的基于物联网技术的节水灌溉控制系统能够根据物联网技术计算出最优的灌溉方案