劉振興 馬文軍 楊航
摘 要:隨著城市建設(shè)速度的加快,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和水資源短缺之間的矛盾日益加劇,ZigBee系統(tǒng)可以通過無線控制的方式收集雨水,并自動灌溉農(nóng)業(yè)大棚。論述了ZigBee系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用,以供參考。
關(guān)鍵詞:ZigBee系統(tǒng);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(biāo)志碼:A
我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大部分為小農(nóng)經(jīng)營,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉主要依賴于人工,缺乏數(shù)據(jù)采集和技術(shù)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(tǒng)可以最大限度地高效利用資源,但是該項技術(shù)的普及程度較低,如何在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中提高人們對ZigBee系統(tǒng)的認(rèn)知,成為了一個重要的問題。
1? ZigBee系統(tǒng)概述
與傳統(tǒng)的有線監(jiān)測模式相比,ZigBee系統(tǒng)作為一種無線檢測系統(tǒng),消除了傳統(tǒng)有線模式復(fù)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(tǒng)在實際運行中的安裝效率。在實際的應(yīng)用中,ZigBee系統(tǒng)集中體現(xiàn)出了短距離、低復(fù)雜程度、低能耗與自動組網(wǎng)等方面的優(yōu)勢。對于生產(chǎn)建設(shè)領(lǐng)域的現(xiàn)場監(jiān)測和通信協(xié)調(diào)具有積極影響。ZigBee系統(tǒng)可以搭建網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點的通信,如果其中一個節(jié)點出現(xiàn)故障,可以通過其他節(jié)點重建通信[1]。
2? ZigBee無線控制雨水收集自動灌溉技術(shù)
2.1? 程序設(shè)計
2.1.1? 上位機程序設(shè)計
上位機程序設(shè)計主要采用LabVIEW模型進行圖像的編輯和程序編寫。在此環(huán)節(jié)中,采用程序框圖形式,在系統(tǒng)中設(shè)計框圖程序和前面板兩種模式。在程序框圖的設(shè)計中,如果系統(tǒng)處于運行期間,首先需要完成串口的初始化設(shè)計,然后通過串口發(fā)送指令,使協(xié)調(diào)器實時上傳傳感器測量節(jié)點的數(shù)據(jù)。該部分的設(shè)計集中體現(xiàn)出了設(shè)計軟件的層疊式順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和條件結(jié)構(gòu)函數(shù),并且對于收集傳感器測量節(jié)點的數(shù)據(jù)和循環(huán)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(guān)情況。
2.1.2? 下位機程序設(shè)計
在下位機系統(tǒng)程序的設(shè)計工作中,要了解系統(tǒng)公司開發(fā)的Z-Stack協(xié)議,并以此為基礎(chǔ)完成設(shè)計。該項技術(shù)在實際的應(yīng)用中主要采用了消息輪詢機制。在設(shè)計環(huán)節(jié),首先系統(tǒng)可以對硬件進行初始化設(shè)置,隨后對協(xié)議棧的各個層進行初始化處理,最后設(shè)置為低功耗模式。在協(xié)議棧中,使用AF--DataReq函數(shù)可以通過無線方式發(fā)送數(shù)據(jù)指令。比如協(xié)調(diào)器通過向傳感器端點發(fā)送雨水收集命令,以及傳感器端點將雨水收集的數(shù)據(jù)返回到協(xié)調(diào)器中。此時,系統(tǒng)的協(xié)調(diào)器就可以獲取來自傳感器端點的數(shù)據(jù)或者命令。系統(tǒng)收集到對應(yīng)的信息之后,ZigBee系統(tǒng)能夠根據(jù)收集到的不同信息處理對應(yīng)的程序和指令。
2.2? 試驗驗證
自動灌溉系統(tǒng)在實際的運行階段,相關(guān)數(shù)據(jù)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(jù)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(shù)值顯示的是當(dāng)前環(huán)境的濕度,界面中的指示燈顯示的是雨水收集系統(tǒng)和灌溉水泵開關(guān)的狀態(tài)。從當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)業(yè)水資源利用的狀況來看,基于ZigBee系統(tǒng)設(shè)計出的雨水收集大棚自動灌溉系統(tǒng)具有十分廣闊的應(yīng)用前景。由于我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)相對落后,主要依靠人力進行自動化控制,而傳統(tǒng)的管理方法不僅耗時費力,而且投入和產(chǎn)出不成正比。目前,我國的農(nóng)業(yè)正逐漸朝精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的方向發(fā)展,特別是將ZigBee系統(tǒng)和傳感器相互融合之后,農(nóng)業(yè)灌溉的情況發(fā)生了重大改變,我國農(nóng)業(yè)逐漸朝向精準(zhǔn)、自動化和信息化的方向發(fā)展。
3? 結(jié)束語
ZigBee雨水收集自動灌溉系統(tǒng)可以提高水資源的利用率,從而滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的灌溉需求,解決水資源短缺的問題。
參考文獻:
[1]韓新風(fēng).基于zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的自動灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計[J].綿陽師范學(xué)院學(xué)報,2019,38(2):23-29.
[2]章軍富.基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)灌溉控制系統(tǒng)[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2010.