２０１２年５月　第１７卷第３期　西安邮电学院学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＸＩ’ＡＮ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＰＯＳＴＳ　ＡＮＤ　ＴＥＬＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ　Ｍａｙ　２０１２　Ｖｏ１．１７　Ｎｏ．３　

基于物联网技术的农业节水自适应灌溉系统　

赵小　强　，于燕飞　，史文娟　，彭　程。　

（１．西安邮电学院通信与信息工程学院，陕西西安７１０１２１；　２．西安邮电学院马克思主义教育研究院，陕西西安７１０１２１；　３．西安邮电学院国有资产管理处，陕西西安７１０１２１）　

摘要：为了解决现代农业智能化灌溉水平低、浇灌水质监测不到位等问题，设计了一种基于物联网及太阳能技术　的节水农业自适应灌溉系统；该系统将水质测量信息、水坝水位信息、土壤的温湿度信息通过无线发送模块传输到　中心计算机，以便操作人员进行及时处理；系统采用太阳能供电，解决了农田处于野外环境而无法获取电源的问　题；现场实践结果表明：该系统具有自适应灌溉、智能泄水、水质监测等功能。　关键词：物联网；太阳能；节水；自适应灌溉　中图分类号：ＴＮ９１５　文献标识码：　Ａ　文章编号：　１００７—３２６４（２０１２）０３—００９５—０４　

Ａｄａｐｔｉｖｅ　ｗａｔｅｒ－ｓａｖｉｎｇ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｓ　

ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ＺＨＡＯ　Ｘｉａｏｑｉａｎｇ　，ＹＵ　Ｙａｎｆｅｉ　，ＳＨＩ　Ｗｅｎｊ　ｕａｎｚ，ＰＥＮＧ　Ｃｈｅｎｇａ　

ｏ．Ｓ￣ｎｃｄ　ｏｆ１　耵ｍ　例ｉ∞ａｎｄ　ＩＮａ＇ｒｎａｆｉｏｎＥ　ｍ　唱，Ｘｉ’ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ　Ｆｂｓｔｓ　ａｎｄ　Ｔｅｌｍｍｍｍｉｃａｆｉｏｎｓ，Ｎｉ＇ａｎ　７１０１２１，　２Ｍｔｒ￣ｍ　ａｎｄ　Ｆ￣Ｊｍｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ’锄Ｕｎｉ￣－ｓｉｔｙｏｆ　Ｆｂｓ坞ａｎｄ　∞姗　∞ｄｏ　，Ⅺ’ａｎ　７１０１２１，（＝｝血Ｈ；　＆Ｓｔａｔｅ－ｏｗｒｅｄ　Ａ￣ｅｔｓ　Ｓｔｌ￣Ｍｓｉｏｎ　ａｎｄ　锄　∞Ｈｖｉｓｉｍ，Ｘｉ’ｍ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ　Ｐｏｓｔｓ　ａｎｄＴｅｌｅａ￣ｎｎｉｃａｆｉｏｎｓ，Ⅺ；ａｎ　７１０１２１，　（　ｍ：　

ａ　ｍ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅｓｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｌＯＷ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｍｏｄｅｒｎ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｉｒｒｉｇａ—　ｔｉｏｎ，ｌａｃｋ　ｏｆ　ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｅｔｃ，ｔｈｅ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｗａｔｅｒ－－ｓａｖｉｎｇ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ　ｉｒｒｉ—　

ｇａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｂａｓｅｄ　ｓｏｌａｒ　ｅｎｅｒｇｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ　ａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ；Ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｄａｍ　ｗａｔｅｒ　ｌｅｖｅｌ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｓｏｉｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｈｕｍｉｄｉ—　ｔｙ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉＳ　ｓｅｎｔ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｅｎｔｒａｌ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ　ｍｏｄｕｌｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｏｐ—　ｅｒａｔｏｒ　ｄｅａｌ　ｗｉｔｈ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｉｅｓ；Ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｔｈａｔ　ｆａｒｍｌａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｉｌｄ　ａｎｄ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｉｓ　ｓｏｌｖｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｓｏｌａｒ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ；Ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈｅ　ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃ—　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｄａｐｔｉｖｅ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ，ｓｏｌａｒ，ｗａｔｅｒ－ｓａｖｉｎｇ，ａｄａｐｔｉｖｅ　ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ　

《中国农业节水灌溉发展分析及科研开发研究　

报告》（２Ｏ１０）显示，随着全球水资源供需矛盾的日益　

加剧，节水农业成为当今具有世界意义的焦点问题　

之一。近２Ｏ年来，我国在节水灌溉技术的科技转化　方面进展不快，我国的节水灌溉技术的开发研究和　

设施建设，远远不能满足节水农业的发展和节水工　

作的要求，总体水平只是２０世纪８０年代初期的国　

际水平，目前灌溉水利用系数只有０．３～０．５，各类　

收稿日期：２０１２一Ｏｌ—ｉ０　基金项目：工业和信息化部软科学资助项目（２０１１Ｒ５８）；陕西省社会发展科技攻关资助项目（２０１０Ｋｌｌ一０２一ｌ１）　作者简介：赵小强（１９７７一），男，副教授，博士研究生，从事环境监测与物联网技术研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｘｑ７７０３＠１２６．ｃｏｍ　于燕－Ｉ￣（１９８９－－），女，硕士研究生，研究方向为通信与信息系统。

　・　９６　・　西安邮　电　学院学报　２０１２年５月　

节水灌溉面积仅占总灌溉面积的２８　。因此，积极　

推进节水灌溉农业技术，实现水资源的可持续化利　

用刻不容缓［１‘。］。　

利用未经处理的污水灌溉，特别是利用含有有　

害物质的污水灌溉，会导致农田污染，降低农产品质　

量及产量。同时，有些重金属及有害物质通过农产　

品进人人类食物链，以及超量的氮污染地下水或汇　

人地表水，致使饮用水硝酸盐超标，从而影响人类的　

健康。污水中往往含有较多的盐分，灌溉后会破坏　

土壤结构或导致土壤盐碱化等［４　］。　

综上所述，开发一种集水质监测、水位监测、温　

湿度监测于一体的基于物联网及太阳能技术的节水　农业自适应灌溉系统，对于建设我国节水灌溉型农　

业，贯彻落实国家提出的“以高新技术改造传统产　

业”以及“通过实施节能减排，创建节约型社会”的大　

政方针具有重要的现实意义［６＿加］。　

１　系统工作原理及软硬件设计　

１．１系统工作原理　

基于物联网及太阳能技术的节水农业自适　

应灌溉系统如图１所示，包括用于实施灌溉的　

水泵、ＭＣＵ控制系统、水质检测传感器、温湿度　

传感器、压力传感器、无线传输设备、太阳能电　

池板等。　

图１基于物联网及太阳能技术的节水农业自适应灌溉系统　

土壤表层的温湿度信息、灌溉用水的水质信息、　

水坝的水位信息送给ＭＣＵ处理，ＭＣＵ处理后通过　

无线发送模块（ＧＰＲＳ）发给中心，中心如果决策出　

土壤缺水、雷雨洪涝时节水坝水位过高、突发情况下　

水质受严重污染的情况，系统将自动对干旱土壤进　

行灌溉，自动开闸泄洪，自动排放受污染水质，确保　

灌溉农业用水以及周边地区的安全，系统的软件流　

程图如图２所示。　

图２系统的软件流程图　１＿２水位监测模块软硬件设计　

自动排蓄水装置以水泵为载体，采用ＭＣＵ　

（ＳＴＭ３２）为控制核心采集液位压力传感器信息，　

实现源点水源（水坝）的液位测量，同时对液位信　

息进行智能判别，实现自动排蓄水，警报和显示　

等功能。　

水位监测模块的硬件结构图和软件流程图分别　

如图３和图４所示。　

冒讣困　圈　

圈　Ｕ臼　

图３水位监测模块硬件结构图　第１７卷第３期　赵小强，于燕飞，史文娟，等：基于物联网技术的鸯业蔓查鱼兰生壅塑墨堕　：　：　

初始化　

７ｒ，位高于　预警水位　

键入安全水位值　—　一　

向水坝输水使源　点水源水位达到　正常　黾否需要　簪溉用水　。　等　待　

是　—一压力传感Ｉ　ｆ１器　在坝ｒ　

圈ｆ－１禁　甭Ｉ否Ｉ　Ｌ　

图４水位监测模块软件结构图　１．３温湿度监测模块设计　温湿度监测模块选择型号为ＤＨＴｌｌ的传感　器，ＤＨＴ１１是一款温湿度一体化的数字传感器，该　

传感器包括一个电阻式测湿元件和一个ＮＴＣ测温　元件，仅仅需要微处理器的一个Ｉ／Ｏ口即可采集本　

地的温度和湿度，４０ｂｉｔ的数据一次性传给微处理　器，数据采用校验的方式进行校验，有效地保证了数　

据传输的准确性。该传感器的湿度测量范围为　２０９０　ＲＨ，温度测量范围为０￣Ｃ～５０℃，温湿度测　量精度为１　ｏＡ，满足农田土壤表面温湿度的范围及　精度要求。由于该模块硬件结构比较简单，这里只　

给出处理器内部程序软件流程图，如图５所示。　

否　

是　

图５温湿度测量软件流程图　

２实验系统及实验结果　

搭建的基于物联网及太阳能技术的节水农业自　

适应灌溉系统实验实物图如图６所示，采用太阳能　

供电，分割出１Ｏ块农田（用３０×５０的塑料箱替代），　

每块农田土壤表层都装有温湿度传感器，压力传感　

器放置于水桶中，用来监测灌溉水桶的水位信息，水　质监测传感器也放置于水桶中，用来判别浇灌用水　

的水质信息，土壤的温湿度信息、水桶的水位信息、　浇灌用水的水质信息都通过处理器处理后，通过　ＧＰＲＳ上传到监控中心，监控中心软件的主界面如　

图７所示。　

图６节水农业自适应灌溉系统实验实物图　

图７监控中心软件主界面　

３　结论　

设计的基于物联网及太阳能技术节水农业自适　应灌溉系统，具有智能控制及数据远传功能，经过在　陕西杨凌地区实测表明，土壤温湿度信息、水源水坝　

水位信息，浇灌用水的水质信息通过ＧＰＲＳ远传到　上位计算机中进行处理，若出现干旱季节土壤缺水、　

雷雨洪涝时节水坝水位过高、突发情况下水质受严　重污染的情况，系统可自动对干旱土壤进行灌溉，自　

动开闸泄洪，自动排放受污染水质，因此确保了灌溉　农业用水以及农田的安全，具有广泛的应用前景。　

参考文献　

［１］吴普特，牛文全．节水灌溉与自动控制技术［－Ｍ－Ｉ．北京：　化学工业出版社，２００１：１２—４６．　［２］林志宁．灌溉及节水型农业自动化控制系统的研究　［Ｊ］．甘肃水利水电技术，２００２，３８（１）：５９—６０．　［３］王骥，沈玉立，周文静．基于无线传感器网络的智能灌　溉系统研究［Ｊ］．现代电子技术，２００８，３１（１５）：９４—９７．　［４］赵小强．水质远程监测智能环保系统［Ｊ］．计算机工程，　２０１０，３６（１７）：９３—９４，９７．　（下转第ｌＯ８页）