基于物聯網的智能節水灌溉系統的實時監控與遠端控制
前言：研究基于物聯網的節水灌溉系統設計。首先建立了節水灌溉系統的結構模型，并設計了控制系統的硬體和軟體，重點關注了無線傳感器網絡中傳感器節點的設計和覆寫範圍計算。
對無線網絡和控制系統進行了測試，包括網絡覆寫率、網絡連接配接性、最佳通信距離和資料傳輸準确性等方面。實驗結果表明，無線傳感器傳輸的資料準确可靠，自動控制系統的軟體和硬體可以正常工作。該系統能夠及時準确地進行智能灌溉。
物聯網技術不僅在全球範圍内得到廣泛認可和發展，而且極大地促進了環境和傳統農業的發展，逐漸引領了“精準監測”和“精準農業”的發展方向。
根據對溫室環境特點的分析，設計了一種實用且低成本的溫室監測系統，該系統基于無線傳感器網絡技術。
研究了使用智能手機和無線傳感器網絡對蔬菜作物進行傳感器資料采集和灌溉控制。
在中國，農業物聯網正在快速發展。新一代網絡技術在農村地區得到廣泛深入的普及，農民們在現代農業科技生産與經營環境中廣泛應用各種現代技術，影響并改變着傳統耕作環境和農業生産方式。
通過安裝這些無線傳感器，人們可以随時擷取土壤品質和氣候資訊。農民們可以及時準确地擷取檢測結果，并通過相關農業技術生産參考資訊及時發現和解決相關生産問題。
物聯網與農業生産模式的結合将使農業逐漸從以人力為中心、依賴孤立機械的生産模式轉變為以資訊和軟體為中心的生産模式，進而大量使用自動化和智能化生産裝置。
基于物聯網的節水灌溉系統可以自動無線檢測和控制灌溉水，實時監測灌溉地點的溫濕度資訊，并通過物聯網接入有效傳輸至監測管理中心。農業管理人員可以根據監測中心接收的資料掌握每個灌溉區的具體情況。
建立基于物聯網的智能節水灌溉系統對于防止農田過旱過澇、最小化農業用水具有實際意義和應用價值。本文研究了基于物聯網的節水灌溉系統的設計。
智能灌溉系統網絡由兩部分組成：内部傳感器節點之間的自組織網絡和外部傳輸網絡。前者主要實作傳感器資料的采集和傳感器與執行控制器之間的資料互動，而後者實作内部網絡環境資訊的傳輸和通信。
網絡設計需要由無線傳感器節點、無線路由節點、無線網關和資訊傳輸組成。内部傳感節點通過ZigBee進行自組織，然後監測中心和無線網關通過5G傳輸濕度和控制資訊。
每個傳感器節點通過溫濕度傳感器自動收集土壤濕度資訊，并分析判斷是否需要灌溉以及何時停止灌溉，同時預設上下溫度限制。
無線網關連接配接ZigBee無線網絡和5G網絡，是基于物聯網的智能節水灌溉控制系統的核心部分。适當的網絡規劃和拓撲結構将直接影響系統性能。需要重點關注網絡部署和網絡容量計算。
傳感器區域網絡采用ZigBee建構。節點的部署将影響網絡的品質和資訊采集，進而影響資訊傳輸效果。
在節點部署和覆寫能力計算過程中，首先根據網絡層的平面理想化模型計算節點數量。基于無線傳感器網絡的能量消耗模型分析部署效果。
根據無線通信理論，能量衰減模型可以分為自由空間模型和距離的多通道衰減模型。當距離小于或等于門檻值常數時，發送資料時的功耗與距離的平方成正比。
智能灌溉控制的硬體部分包括測量與控制子產品、電磁閥、配電控制櫃和安裝配件。根據土壤溫濕度、光照強度和CO2濃度等參數，它控制環境調節裝置，包括風扇、濕簾泵、灌溉電磁閥、CO2氣體施肥機等裝置。
采集到的資料定期存儲在計算機伺服器中，具有較高的實時性，可以確定在最短時間内采取相應的土壤濕度控制措施，有利于智能控制的準确性。實時性越高，安全性和穩定性也越高。
基于物聯網技術設計的自動灌溉控制系統中，所有系統操作子例程都是基于主程式設計完成的，并且所有子例程都在系統主程式的架構内完成。系統主程式設計如圖2所示。
主程式啟動運作時，首先對系統進行初始化，并根據作物的生長階段和當地的土壤濕度、溫濕度等基本參數的門檻值範圍進行控制系統的指令參數調整，根據灌溉需求和實際情況調整和選擇手動模式和自動模式。
觀察水庫水位，當低于警戒水位時，系統将自動發出預警并打開電磁閥存水。排布在灌溉監測區域的水量檢測傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器通過物聯網将實時環境條件和土壤濕度傳輸到控制子產品，最終形成精确的灌溉控制決策指令，如灑水灌溉水量和灑水時間。
結語：以智能節水灌溉為研究目标，設計了一種基于物聯網的節水灌溉系統。農田灌溉是一項非常複雜的工作。在未來的研究中，需要進一步改進系統設計，以更好地應用于農業灌溉。農作物生長過程中有許多因素影響着灌溉決策，例如氣候、植物生長環境和土壤酸堿度等。根據不同植物的生長需求，應采用不同的灌溉政策。
