陆桂明 王一帆 宋梦雪
华北水利水电大学 河南郑州 450000
摘要：现代物联网技术的出现为农业的智能化发展提供了更多的便利。在物联网及其相关技术的帮助下，农业节水灌溉系统的应用更加智能化和现代化。因此，本文主要物联网技术在节水灌溉方面的应用进行了探究。
关键词：物联网技术；智能农业；节水灌溉；应用探究
0引言
物联网概念的提出是基于物与物之间的相互关联，这一概念便是依靠信息传感设备将现代互联网与将所有的物品连接起来。在未来社会中，所有存在的物体都可以借助互联网以及各种信息技术进行相互之间的信息交换，从而实现物体的智能化管理工作。这一感念的实际应用对于提升管理效率，发挥智能技术的优势具有十分重要的意义。
1现代物联网技术的概述
目前，我国结合自身的发展情况对物联网这一概念进行了重新定义，物联网是一个独特的信息载体，它的实现基于互联网和传统的电信网，通过这一载体网络可以让普通的物理对象进行互联互通。而将普通对象进行设备化，将自治终端进行互联化，将普适服务进行智能化则是现代物联网的主要特征。
现代物联网的类型较多，根据不同的划分标准可以将物联网划分为以下几大类型。首先，根据用户的不同范围，可以将物联网划为公用物联网和专用物联网。其次，根据入网的复杂程度，则可以分为简单接入物联网和多跳接入物联网。此外，根据应用类型划分，物联网又可分为采集、自动化控制、日常以及定位等类型。为了实现物联网的诸多先进功能，还需要多项关键性的技术作为支持。例如，数据融合、节点感知、网络通信、云端计算等技术，以及近年来发展极为迅速的智能技术。
2物联网支持下的节能灌溉系统的具体方案
2.1 数据的采集和处理部分
数据的采集和处理部分是节水灌溉系统采集和处理土壤环境信息的重要应用模块。通过这一部分的功能，节水灌溉系统才能准确地分析出需要进行灌溉作用的农田。这一部分工作时主要依靠工作电源提供动力，利用单片机及其附属模块，以及各种用于检测土壤环境的传感器进行农田土壤信息的采集工作。农田土壤的详细信息通过数据采集单元收集后，再通过人机交互将数据信息上传到系统的客户端进行进一步的处理。
这一部分采集处理的农田土壤环境信息较为广泛，包括多种指标，如酸碱度、土壤湿度、土壤温度等等。该部分的功能模块具备数据存储芯片，并拥有多个驱动接口，必要时可以进行后期扩展，当该部分的功能模块不需要使用时，可以进入低功耗的休眠状态。
2.2 节水设备的控制驱动部分
节水灌溉系统完成节水灌溉功能离不开各种监测设备和灌溉设备，而驱动这些设备进行工作则需要重要的控制驱动模块。所以，控制驱动部分是节水灌溉系统的实施者。这一部分主要是由继电器和相关的外部附属设备所组成的。驱动控制模块的继电器在接收到处理系统所发出的驱动信号后，将导通与外部附属设备的联系，并通过信号控制附属设备执行各种预定的操作动作，即完成农田的灌溉工作。
2.3 系统的人机交互部分
人机交互部分是节水灌溉系统完成各种灌溉操作的重要桥梁，该部分主要负责向系统客户端传输各种与节水灌溉相关的数据信息。人机交互部分可以将采集到的所有数据信息进行打包，然后按照标准的规定格式，再将数据信息汇聚成数据流，之后数据流便可以通过芯片传输到客户端。人机交互部分的存在有效地保证了客户端实时获取各个土壤监测节点采集到的监测信息，从而为农作物的种植工作提供合理的数据支持。
此外，系统的客户端也可以利用人机交互部分对数据监测节点采集的工作参数进行修改。借助系统的这一部分，农户可以实现对农作物的生长情况进行远程监控，减少农户对作物种植的各种担心。目前，人机交互部分采用的数据通信模块主要为4G技术，同时，更加高效快捷的5G技术也在逐步的使用中。负责影像拍摄和传输的模块主要是微型摄像头，后期可以对此进行技术升级，更换更加先进的摄影设备。
3节水灌溉系统的软件设计
3.1 系统软件的工作流程
在设计节水灌溉系统软件时，首先需要明确软件工作的具体流程。当系统启动时，系统软件进入初始化阶段，软件开始运行后，接受并读取土壤环境参数。若土壤监测参数与规定的环境标准相符合，则上传该数据到上位机。若不相符则会控制相关的灌溉设备进行灌溉作业，直至反馈的监测参数达到标准值，方能上传监测数据。
3.2 系统监测软件的设计
设计系统的专用监测软件时，必须要明确软件的总体框架和具体的功能框架。总体框架主要分为以下4大层次。首先是客户端，节水灌溉系统的客户端就是面向用户的手机或电脑程序，用户通过该程序实现对节水灌溉系统的控制。其次是服务层，该层部分负责为软件的其他层次提供重要的数据服务，通过这一层次的软件系统，用户可实时掌握详细的土壤环境数据和灌溉系统的运行数据。第三是业务层，该层主要负责实现监测软件的监测功能，缺乏这一层次的系统软件将无法对土壤环境参数进行收集和处理。第四是数据层，数据层主要负责储存各种监测数据和设备的工作数据。节水灌溉系统的监测软件拥有的具体功能框架主要分为两大部分，分别是负责监测土壤环境参数的在线检测功能和终端参数的修改功能。
4节水灌溉系统的硬件设计
硬件设备是节水灌溉系统完成土壤环境监测和节水灌溉的重要手段，主要的硬件设备有上机位终端、通信节点和各个独立运行的传感器节点。各个传感器节点又由电源模块、处理模块，以及土壤环境监测传感器所构成。电源模块负责提供工作电源，处理模块负责处理采集到的土壤信息，监测传感器则主要负责实地采集土壤数据。各个传感器节点可以将收集和处理的土壤环境监测数据，通过通信节点上传到上机位终端设备，用户便可以通过客户端对土壤环境进行实时的监控，并控制灌溉设备进行灌溉作业。
5节水灌溉系统的测试结果
物联网及其相关技术为传统的农业灌溉带来了质的提升，将农田灌溉工作变得更加智能化和节能化。通过实际的灌溉应用测试，基于物联网的智能农业节水灌溉系统的各项设备均可正常工作。在系统运行时，可以对农田的土壤环境进行非常准确的监测，然后根据反馈的土壤环境指数，控制灌溉设备对农作物进行精确的给水。在灌溉过程中，该系统还可以向用户传输清晰的影像资料，帮助用户观察农作物的长势。总之，应用物联网技术的节水灌溉系统实现了农业灌溉工作的精细化，既能满足农作物的生长用水，还可以节约大量的水资源，改变了传统灌溉作业的粗放式工作方式。
结束语：
物联网技术助力智能农业节水灌溉系统的关键在于，帮助灌溉系统实现了对农作物生长的土壤环境指数的实时监测。通过系统的相关软件，灌溉系统可以根据对监测数据的处理结果采取相应的应对措施，决定是否对农作物进行浇水灌溉。同时，该灌溉系统还可以按照用户预设的灌溉标准和方案进行精准的灌溉作业。在智能农业的发展过程中，基于物联网的节水灌溉系统已然成为未来农业灌溉作业的重要应用系统。
参考文献
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[2]屈晓渊, 张峰. 基于物联网的节水灌溉自控系统研究[J]. 电子设计工程, 2011, 19(016):13-15.
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