基于 ZigBee 技术的农业自动灌溉系统方案 一、概述 为了加快农业生产的数字化和信息化的发展，提高农田灌溉中的生产效率，采用单片机技术、 ZigBee 以及组态等技术设计开发了一种远程灌溉监控控制系统。该系统由监控计算机、主控制 器、分控制器等组成。分控制器由传感器、电源模块、太阳能电池板、电磁阀组成，通过传感器把 现场的池块温度、土壤含水率、池块水位采集回来，将数据打包后通过 GPRS 发送到监控终端 的上位机 ; 上位机软件接收并处理数据，根据相应的预设参数和采集回来的参数，发送相应的命令 给现场。该系统能够控制电磁阀的动作，连续运行未发生故障， 可实现无人值守的远程灌溉监控。 现在的农业灌溉都是采用喷灌、滴灌、微灌等技术方法，需要手动对监控现场的情况进行控制， 而且需要另外的网络构建与布线，成本较高。随着经济社会的发展，需要一种自动、科学的灌溉系统 来控制灌溉。为此 设计一种基于 ZigBee 和 智能自动灌溉系统，在监控中心通过上位机可以看到 现场的数据，同时会根据农业各个生长期的需水情况，自动发送命令控制电磁阀的动作。综合来看， 该系统成本低，与传统的控制系统相比更加智能。 2、需求分析 目前，国内大部分微灌系统都是采用有线方式来采集和传递农业信息。这种方式不仅构建起来 现场布线麻烦，而且管理维护也不方便、组网方式也不灵活，并且农田的面积大的话， 布线费用的造 价也比无线的方式昂贵。 另外也可以用 GSM/GPRS，CDMA 等无线通信模块来传递信息，但 GSM/GPRS 无线通信 模块相对价格比较高，使用会产生费用，且需要借助于公用通信网，考虑到农场均在偏远地 带，多 处接收不到信号，可行性不大，还有的提出了点对点的近距离无线通信模块，其组网性能不佳，也 不能大规模组网。 本系统运用目前发展迅猛的新通信技术 ZigBee，再加上原有的 DTU 合并成为带 GPRS 的 Zig Bee 无线通讯产品，只需汇聚点借助公用通信网的支撑，低功耗，分布面积广，在作物种植区中组 网便捷，且建网成本低，适合用在微灌测控系统中，用来完成墒情信息的采集和传递，以及控制电 磁阀动作，从而完成整个微灌控制的过程。 二、系统的结构及工作原理 系统由上位机和下位机组成，总体结构图如图 1 所示。其中，上位机安装了组态软件服务器， 负责接;收发回来的数据和发送相应的命令 下位机由网关和节点组成。其中，节点是由电源模块、 ZigBee 模块、传感器、太阳能板、电磁阀等部分组成。在农业处放置节点， 根据农产品生长时期 和土壤状况确定传感器埋设深度，实时监测池块变化。设计时，在中布置 8 个节点，网关与节点 中采用 ZigBee 树状网络通讯，网关与上位机采用 GPRS 通讯， 系统网关和节点都通过太阳能板 供电。 节点实时采集传感器的数值，经 ZigBee 传输到网关，数据实时显示在组态屏上，网关将数 据融合后由 GPRS 传送到上位机。上位机软件接收并处理数据，根据相应的预设参数和采集回来 的参数，会自动控制电磁阀启停功能。同时，网关还可以监测电池电量的参数，并传送至上位机。 Zigbee 传输网络 前端采用才茂 CM210 ZigBee 模块，通过 232/485（端子接口）和采集器相连接，ZigBee 作为一种无线连接，可工作在 2. 4 GHz 的传输速率。该型号设备一般为终端节点，完成信息的发 送和接收。 ZigBee 中心节点采用才茂 CM3161 ZigBee+GPRS 模块，该模块集成了 Zigbee+GPRS，中 心节点收到的数据可以通过串口直接是输出到服务器上 （前端与服务器的距离较近）；还可有 通过 GPRS 把其收到的数据发送的远端的服务器上，GPRS 部分采用国际标准 TCP/IP 通信协议， 且两种方式都是实现数据透明传输功能。省去了每个终端的 GPRS 模块，只需要一个中心节点， 节约了成本。 三、方案特点 1、本地采用 ZigBee 无线组网，设备投入成本低，网络使用零资费，为整个项目节省大量的 费用支出、设备配置操作简单，易懂，所有模块能够完成自组网能力，故障自愈，低功耗，稳定； 2、采用本地大面积 ZigBee 组网汇集通过少量 GPRS 广域网实现远程集中监控管理，即保 证了网络稳定也同时有效降低了成本； 3、CM210 系列除了 RS232/485 通讯接口外还有自带的模拟采集和数字 I/O，采用标准 M ODBUS 方式通讯可方便客户直接在设备上扩展应用，节省控制盒数据采集终端成本； 4、CM210 系列专为野外无人值守、工作环境恶劣等场合设计，特别适合灌溉等野外监控系 统应用； 5、CM210 广域传输部分支持公网、APN、VPDN 等组网方式，同时支持主备中心、多中心、 多种激活和上下线等应用方便客户根据自己需求进行选择，同时支持远程配置，方便后期维护。 四、方案效益 随着物联网、工业无线通信等相关学科发展，农业灌排通过引用相关领域新产品、新技术实现 了数据监测、传输、管理、预警、应急指挥的智能化。基于 ZigBeee 技术智能灌溉系统的研发与 应用，在实现节约灌溉、智能灌溉、高效灌溉的同时，不仅可以提高水资源利用率，缓解水资源日 趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。基于传感 器技术的智能灌溉系统 将是中国未来发展高效农业和精细农业的必由之路。