摘要：为了高效提升农业现代化、自动化技术水平，合理进行农业灌溉，将智能灌溉体系引入物联网管控技术势在必行。经查阅资料可知，大多数的农业灌溉技术只是停留在小范围、手动控制及经验判断层面。信息化和物联网技术的发展与应用推动着传统农业向现代农业转变。文章提出了一种基于物联网的智能灌溉平台，通过互联网、物联网、无线通信等技术与设备的集成，实现农业种植的智能分析、精准控制和可视化管理。并将该平台系统应用于苗圃种植基地，用户通过该系统实现对种植管理区域设备的一键式远程操控和实时视频监控管理。应用该系统不仅提高园区的生产效率，而且大大降低人力成本和管理成本，应用前景广阔，符合国家的农业信息化发展战略，值得大力推广。为此，本文将从物联网技术的整体灌溉系统优化方面展开讨论。
关键词：农业灌溉;物联网
引言
利用先进的信息技术实施精准灌溉，以农作物实际需水量为依据，以物联网技术为手段，提高灌溉精准度，实施合理的灌溉制度，提高水的利用率，即智能灌溉。物联网平台系统主要形成集合气象信息、田间信息、水肥一体化控制、灌溉辅助决策等功能的智能灌溉系统。
1概述
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，是信息时代发展的重要阶段。我国农业正处于从传统农业向规模化现代农业发展的大跨越阶段，物联网技术在农业种植上的应用不仅可以有效节约化肥、水、农药和劳动力等的投入，各种原材料的使用可以控制到非常精确的水平，种植管理可以像工业过程一样自动进行，从而促进农业向规模化经营和产业化发展。应用先进的自动化控制物联网技术，以作物实际需水为依据，以信息技术为手段，提高灌溉精准度，减少灌溉用工，降低管理成本成为必然趋势。
2物联网技术原理
农田灌溉作为整体农业灌溉的执行环节，其基于物联网的远程智能控制尤为重要。通过土壤墒情的数据自动监测采集，对土壤墒情的适宜度进行分析，从旱情预测与调控角度进行水资源规划与调度，同时从精准灌溉决策与预测方面展开基于物联网灌溉的远程智能控制，最终实现农业一体化灌溉决策与控制。物联网的应用原理即为通过物与物的沟通、信息的共享与传输来实现智能灌溉。根据农业物联网的应用机理，从物联网平台控制中心进行授权至农业用户端，经一系列的运行控制算法及程序与物联网的服务模块进行信息连通。各接口、管理与服务由服务模块完成，调控则由控制平台执行。根据该机理，形成农业智能灌溉系统核心设备组件列表，从墒情采集、灌溉控制、控制执行三大设备组件根据范围特点进行分配监测方式和控制参数选择。
3系统功能
基于物联网的智能灌溉系统通过分布于土壤中的温湿度传感器采集土壤信息，将信息转化的数字信号通过无线传感网络WSN（WirelessSensorNetworks）传送给计算机系统分析和智能判断，控制灌溉阀门的开关，从而实现定时、定量、定位的精准灌溉。依托物联网技术，结合GPRS将数据通过网络传递，通过移动通信工具接收信息或发送指令，既能实现远程监控，又能进行规模化的管理。智能灌溉系统包括感知层、网络层、管理层和应用层四层网络技术架构。物理感知层主要由无线温湿传感器、阀门控制模块等组成，这些分布在各处的模块组成了各灌溉子节点，是整个系统的基本单元；网络层采用混合网结构；管理层由数据库、专家系统和服务器组成；应用层即终端接入层。
4智能灌溉系统设计
4.1系统硬件配置
进行物联网技术下的农业智能灌溉系统硬件电路设计。在田间设置控制装置STM，通过供电系统提供电源及复位功能，GSM/GPＲS和以太网相互配合实现智能灌溉信息的通讯。
核心控制装置由电磁阀、变频器及各传感器装置组成，与STM连通的土壤湿度传感装置将信号经处理与收发后一并汇入田间智能控制执行装置，完成一轮的智能灌溉控制与调节。针对智能灌溉系统中心处理环节的控制算法进行选择，经对比可知:为获取误差及误差变化率更为接近土壤实际。同时，将实时土壤湿度(即土壤含水率)与设定的需要打开灌溉装置的最佳土壤湿度目标点进行转换计算，以进一步对田间的灌溉设备实现物联网控制。
4.2系统软件控制
针对该物联网控制下的智能灌溉系统进行软件控制程序编制，主要包括初始化、参数定义、温湿度控制、电机控制、各阀门及泵组的启闭等，同时包括可视化的智能灌溉系统显示画面组态设计。工作时，通过总线接口、寄存器组及发送缓冲等分区组成信号控制模块，发送部分主要加入DMA控制，与之对应的控制信号、状态信号和FIFO经缓冲处理后达到发送核心部位;在PHY的处理传输后到达接收核心部位，再经由相应的信号状态及缓冲处理后，形成灌溉系统的流量控制，实现精准化灌溉作业。进一步对各执行模块的参数信息获取方法进行设定，通过I2C地址与访问器、修改器对接，实现土壤湿度的读取;通过GPIO模式与温湿度读取对接，实现空气温湿度的控制;电机泵的控制模块则主要可通过GPIO口和PWM口两种方式实现。
4.3物联网平台灌溉系统开发工具与技术
浏览器/服务器（B/S）模式用于物联网平台系统的开发，系统免费开源的MySQL数据库管理系统以及JDBC（JavaDatabase Connectivity，简称JDBC）。Tomcat服务器软件具有强大的扩展能力、高安全性、跨平台、开源、免费，为用户和管理者提供安全稳定的网络服务。
5物联网平台系统实际应用
目前该物联网平台系统已应用于秭归县天翼柑橘种植园、武汉柏泉苗圃花卉种植园，实现了农业生产管理的自动化、智能化，提高了农业种植效率。智能灌溉系统试验在模糊控制机理下完成，通过对各参数变量进行函数隶属度和模糊子集编定，经数据软件分析得到非线性的土壤湿度差值、空气温度及灌溉时间三者之间的控制关系，结果表明:温度、湿度差值与灌溉时间成正比例关系，符合灌溉设计要求。经试验，选取土壤湿度、空气温度及灌溉蓄水量3个评价参数进行对比分析，结果表明:在保证传感器传输数据可靠有效的条件下，数据精度决定灌溉决策的执行，空气气温变化不大的条件下，当土壤湿度在35%～65%范围内时，试验值与实际测得值之间的误差可控制在1%以内;当灌溉需水量在4．5m3～6．5m3范围内时，试验值与实际测得值之间的误差可控制在0．6%以内，设计符合系统灌溉功能实现要求。基于物联网传输与控制技术，进行完整农业智能灌溉系统试验，主要选定土壤湿度、空气温度与灌溉需水量作为系统评价参数，结果表明:参数误差控制在1%范围内，设计可行且试验系统运行稳定。
结语
系统有效地实现了信息采集、灌溉、施肥等系统的远程控制，并采用计划控制的模式为用户提供方便、快捷、科学的操作功能。因此，基于物联网的智能灌溉系统的推广与应用，必将有效推进节水型社会的建设，大幅度提高管理效率，降低软件成本及人力成本，具有广阔的发展前景。
参考文献
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