基于物联网技术的农田水利智能灌溉系统研究

基于物联网技术的农田水利智能灌溉系统研究

佘大旺

苏州市顺浩建设园林工程有限公司  江苏 苏州  215104

摘要：物联网技术作为一种新兴的信息技术，正在逐渐应用于不同领域，其中农田水利领域也开始逐渐引入物联网技术，实现农田灌溉的智能化。一种基于物联网技术的农田水利智能灌溉系统，可以通过感知和收集农田的环境数据，实时监测土壤湿度、气温、降雨量等信息，帮助农民科学合理地进行灌溉管理，提高农田水利的效率和质量。

关键词：物联网技术；农田水利；智能灌溉系统

我国现阶段仍是农业大国，农业兴衰关系立国之本，随着出生人口减少，人口红利逐渐消退，加快农业转型迫在眉睫，加强农业现代化建设任重道远，而农业兴之于农田科学管理，农田兴之于水利灌溉。我国是个水资源丰富的国家，但又是水资源极不平衡的国家，加强现代水利灌溉和水资源利用是个系统的工程。随着现代科技普及，农田灌溉引入智能化进行精细化管理会逐步普及。

1物联网定义

物联网是一种将各种物理设备与互联网连接起来，实现设备之间信息交换和互动的技术。随着物联网技术的不断发展和应用，农田水利领域也迎来了智能灌溉系统的机遇。通过将传感器、控制器、执行器等设备与互联网相连，可以实现对农田水利系统的远程监测和控制，提高灌溉效率，节约用水资源。基于物联网技术的农田水利智能灌溉系统包括多个关键部件，其中最核心的是传感器。传感器可以实时监测土壤湿度、气温、光照等信息，将数据传输至云端进行处理分析。通过数据分析，系统可以做出智能的灌溉决策，根据不同地块的需水情况，精准控制灌溉水量和灌溉时间，实现节水灌溉。此外，智能灌溉系统还包括控制器和执行器。控制器可以接收传感器传来的数据，根据预设的灌溉模型和算法做出决策，通过执行器控制灌溉设备的开关，实现灌溉系统的自动化运行。通过智能灌溉系统的应用，农民可以实现远程监控和控制，根据实时数据进行决策，提高灌溉效率，减少人力和水资源浪费。

2农田水利智能灌溉系统

现代农田水利智能灌溉系统的发展为农业生产带来了革命性的变化。传统的农田灌溉方式存在着水资源浪费、劳动强度大、效率低下等问题，而智能灌溉系统的运用，则可以很好地解决这些问题。首先，智能灌溉系统能够根据土壤含水量、作物需水量以及气象条件等因素，实现精准灌溉，避免了传统灌溉方法中常见的“看天色、听天气、估水情”的问题，能够做到量水定时、定量定时，从而有效节约水资源的利用。其次，智能灌溉系统的使用大大减轻了农民的劳动强度，降低了人工成本，并且可以实现远程监控和自动化操作，提高了农田管理的效率和精度。另外，智能灌溉系统还可以通过数据分析与预测，为农业生产提供科学的决策依据，帮助农民实现精准施肥、科学种植，提高作物产量和品质。

3物联网技术在农田水利中的应用

物联网技术在农田水利中的应用，主要体现在智能灌溉系统的研究与应用上。传统的农田灌溉方式存在着浪费水资源、劳动力成本高等问题，而利用物联网技术可以实现对农田水利的智能化管理。首先，物联网技术可以实现对农田水份的实时检测和监控。通过在灌溉系统中加入传感器和控制器，可以实时监测土壤湿度、作物生长情况及气象数据等信息，实现精准灌溉，减少浪费，提高灌溉效率。其次，物联网技术还可以实现对农田灌溉系统的远程监控和控制。农民可以通过手机App或者电脑终端实时查看农田的灌溉情况，随时随地对灌溉系统进行调整和控制，提高了农田管理的便利性和灵活性。此外，物联网技术还可以通过数据分析和算法优化，对农田水利进行智能化决策。通过对大数据的积累和分析，可以为农民提供更加科学的灌溉方案和建议，使农田水利管理更加精准和高效。

4农田水利智能灌溉系统设计

4.1系统架构设计

智能农田水利灌溉系统设计的核心是构建一个高效可靠的系统架构，以实现农田灌溉的自动化管理和精细化操作。在系统架构设计中，需要考虑从传感器采集数据、数据传输、数据处理到执行控制的全过程。首先，为了实时监测农田水分状况，系统中需要布置一系列传感器，包括土壤湿度传感器、气象传感器、水位传感器等。这些传感器将密集地布置在农田中，通过不间断地采集土壤湿度、气温、降雨量等数据，实现对农田环境的全方位监测。其次，采集到的传感器数据需要通过网络传输到中心控制系统进行处理。在系统架构中，需要设置一个数据传输层，负责将传感器数据快速、稳定地传输到中心控制系统。常见的数据传输方式包括有线传输和无线传输，可以根据具体情况选择合适的传输方式。中心控制系统是整个智能灌溉系统的大脑，负责对传感器数据进行分析和处理，并生成相应的灌溉方案。在系统架构中，中心控制系统应具备强大的数据处理和算法分析能力，能够根据农田的实际情况，智能地确定灌溉时间、灌溉量等参数。同时，中心控制系统还应设有一个人机交互界面，方便农民进行系统的操作和监控。

4.2传感器模块

农田水利智能灌溉系统设计中的一个关键部分就是传感器模块。传感器模块是这个系统的"眼睛"和"耳朵"，通过感知环境的变化来提供数据支持，帮助系统实现精确的灌溉控制。在农田水利智能灌溉系统中，常见的传感器包括土壤水分传感器、温湿度传感器、光照传感器等。首先，土壤水分传感器是农田水利智能灌溉系统中最重要的传感器之一。它能够准确地检测土壤的含水量，从而判断植物的水分需求。这样，在实际灌溉时，系统可以根据土壤水分的情况来自动调节灌溉水量和频率，以避免过度灌溉或者水分不足的情况发生。传感器通过与系统的连接，可以即时将土壤水分数据上传到中央处理器，由中央处理器进行分析和处理。其次，温湿度传感器在农田水利智能灌溉系统中也起到了重要的作用。通过感知环境的温度和湿度变化，系统可以更好地了解植物的舒适生长范围，以及植物对灌溉水温和湿度的要求。系统可以根据传感器提供的数据，自动调节灌溉水的温度和湿度，以适应当前外部环境的变化。

4.3数据处理与分析模块

数据处理与分析模块是农田水利智能灌溉系统的核心部分。通过传感器实时采集的土壤湿度、气温、光照等数据，系统能够对农田环境进行监测和分析，为决策提供依据。在数据处理方面，系统会对采集的数据进行处理和存储，确保数据的准确性和完整性。同时，该模块还会运用各种数据分析算法，如机器学习、人工智能等，对数据进行挖掘和分析，从而为灌溉决策提供科学依据。在数据处理与分析模块中，一个重要的功能是预测农田未来的水情变化趋势。通过分析历史数据和当前环境因素，系统可以预测未来一段时间内的降雨量和气温变化，从而实现对灌溉水量的智能调整。此外，该模块还可以结合农作物生长模型，预测作物的需水量和生长进程，进一步优化灌溉方案。

4.4系统功能设计

智能灌溉系统设计是为了提高农田灌溉的效率和节约水资源的目的。系统功能设计是整个系统最重要的部分之一，它涉及到系统的主要功能和特点。智能灌溉系统设计的功能主要包括自动监测土壤湿度、控制灌溉水量、根据气象条件调整灌溉方案等。首先，在系统功能设计中，自动监测土壤湿度是至关重要的。通过传感器实时监测土壤湿度情况，系统能够及时掌握每块农田的水分情况，以便做出相应的调整。当土壤湿度过低时，系统会自动启动灌溉设备，进行补水；当土壤湿度过高时，系统会停止灌溉，避免水分过多造成的浪费和病虫害。其次，控制灌溉水量也是智能灌溉系统设计的重要功能之一。系统需要根据农田的实际需求和作物的生长情况，精确计算出所需的灌溉水量，并通过执行机构控制灌溉设备的启停和水量大小。通过智能灌溉系统的精确控制，可以避免浪费水资源和过度灌溉导致的土壤盐碱化等问题。最后，在系统功能设计中，根据气象条件调整灌溉方案也是十分重要的。系统需要实时接收气象数据，包括降雨量、温度、风速等信息，根据不同的气象条件调整灌溉方案。例如，在天气预报有雨的情况下，系统会自动调整灌溉方案，减少灌溉水量，避免雨水和灌溉水重复浇灌。

4.5建模仿真

以冬小麦种植为研究对象，首要任务是识别适宜其生长的理想环境参数。通过远程控制的土壤湿度传感器，我们实时监控区域内土壤的水分状况，以此来设定优先灌溉的敏感阈值。对于那些迫切需要补充水分的地段，系统会优先启动灌溉程序。一旦检测到土壤湿度低于预设的最低警戒值，系统便会立即触发灌溉指令，随之电磁阀门开启，灌溉完成后，系统会在设定的时间内重新收集土壤湿度数据。当湿度恢复到安全范围之上，系统会进一步评估这是否符合作物生长的需求。若达标，灌溉系统将保持静默，处于节能休眠状态，从而实现智能化、精确化的灌溉，兼顾环保和效率。这一过程可以通过MATLAB进行深度模糊逻辑推理系统的构建。启动MATLAB，输入“fuzzy”命令，激活Mamdani模糊控制器功能，输入相应的变量，借此在MATLAB平台上构建出灌溉行为的仿真模型。这套系统的优势显著，响应迅速，且具有高度的系统稳定性，设计上具有极高的灵活性。考虑到其广泛的适用性和效益，有潜力被广泛推广应用。

6面向智能灌溉的物联网应用

微控制，物联网程序和蜂窝屏蔽的进展是服务于各种项目的基本组件，软件库和编程也有同样的效果，如用于传输数据和低功耗睡眠模式，其程序已经编写好，可以在其他应用程序中重用。廉价、可靠和准确的传感器，设计为易于与可编程微控制器接口，并可能在农艺和环境监测、灌溉和用水等领域感兴趣。更强大的微控制器的扩展能力为传感器集成提供了更多的机会，由于更高的处理速度和增加的内存，数据收集和分析的复杂性，以及在电池供电下更长的无人值守操作时间。

结论

总的来说，基于物联网技术的农田水利智能灌溉系统为农业生产带来了巨大的便利和效益，推动了农田水利的现代化发展。未来随着物联网技术的不断创新和完善，农田水利智能灌溉系统将更好地为农业生产服务，实现农田水利的可持续发展。

参考文献：

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