基于Zigbee無線控制雨水收集的大棚自動灌溉技術研究

劉振興 馬文軍 楊航

摘 要：隨著城市建設速度的加快，農業生產發展和水資源短缺之間的矛盾日益加劇，ZigBee系統可以通過無線控制的方式收集雨水，并自動灌溉農業大棚。論述了ZigBee系統在農業中的應用，以供參考。

關鍵詞：ZigBee系統;雨水收集;自動灌溉

文章編號：1004-7026（2019）09-0117-01? ? ? ? ?中國圖書分類號：S731.2 ? ? ? ? 文獻標志碼：A

我國農業生產大部分為小農經營，農業生產灌溉主要依賴于人工，缺乏數據采集和技術分析方法，不僅灌溉效率低下，同時還有可能造成水資源浪費。ZigBee系統可以最大限度地高效利用資源，但是該項技術的普及程度較低，如何在農業生產領域中提高人們對ZigBee系統的認知，成為了一個重要的問題。

1? ZigBee系統概述

與傳統的有線監測模式相比，ZigBee系統作為一種無線檢測系統，消除了傳統有線模式復雜的布線和線路維護管理等方面的困擾，并且提高了該系統在實際運行中的安裝效率。在實際的應用中，ZigBee系統集中體現出了短距離、低復雜程度、低能耗與自動組網等方面的優勢。對于生產建設領域的現場監測和通信協調具有積極影響。ZigBee系統可以搭建網絡中任意節點的通信，如果其中一個節點出現故障，可以通過其他節點重建通信[1]。

2? ZigBee無線控制雨水收集自動灌溉技術

2.1? 程序設計

2.1.1? 上位機程序設計

上位機程序設計主要采用LabVIEW模型進行圖像的編輯和程序編寫。在此環節中，采用程序框圖形式，在系統中設計框圖程序和前面板兩種模式。在程序框圖的設計中，如果系統處于運行期間，首先需要完成串口的初始化設計，然后通過串口發送指令，使協調器實時上傳傳感器測量節點的數據。該部分的設計集中體現出了設計軟件的層疊式順序結構、循環結構和條件結構函數，并且對于收集傳感器測量節點的數據和循環讀取以及實時顯示具有積極的作用[2]。前面板采用Lab軟件波形圖，圖表控件會顯示出空氣中雨水含量隨時間的變化，布爾顯示控件會顯示出測量端點水泵的開關情況。

2.1.2? 下位機程序設計

在下位機系統程序的設計工作中，要了解系統公司開發的Z-Stack協議，并以此為基礎完成設計。該項技術在實際的應用中主要采用了消息輪詢機制。在設計環節，首先系統可以對硬件進行初始化設置，隨后對協議棧的各個層進行初始化處理，最后設置為低功耗模式。在協議棧中，使用AF--DataReq函數可以通過無線方式發送數據指令。比如協調器通過向傳感器端點發送雨水收集命令，以及傳感器端點將雨水收集的數據返回到協調器中。此時，系統的協調器就可以獲取來自傳感器端點的數據或者命令。系統收集到對應的信息之后，ZigBee系統能夠根據收集到的不同信息處理對應的程序和指令。

2.2? 試驗驗證

自動灌溉系統在實際的運行階段，相關數據都可以通過上位機程序界面直接下試出來，并且還可以根據灌溉時間的變化，測算土壤的濕度。顯示界面為指針式儀表，數值顯示的是當前環境的濕度，界面中的指示燈顯示的是雨水收集系統和灌溉水泵開關的狀態。從當前我國農業發展和農業水資源利用的狀況來看，基于ZigBee系統設計出的雨水收集大棚自動灌溉系統具有十分廣闊的應用前景。由于我國傳統農業技術相對落后，主要依靠人力進行自動化控制，而傳統的管理方法不僅耗時費力，而且投入和產出不成正比。目前，我國的農業正逐漸朝精準農業的方向發展，特別是將ZigBee系統和傳感器相互融合之后，農業灌溉的情況發生了重大改變，我國農業逐漸朝向精準、自動化和信息化的方向發展。

3? 結束語

ZigBee雨水收集自動灌溉系統可以提高水資源的利用率，從而滿足農業生產的灌溉需求，解決水資源短缺的問題。

參考文獻：

[1]韓新風.基于zigbee無線傳感網絡的自動灌溉控制系統設計[J].綿陽師范學院學報，2019，38（2）：23-29.

[2]章軍富.基于ZigBee無線傳感器網絡的精準灌溉控制系統[D].北京：北京林業大學，2010.