基于无线传感器网络的茶园分布式灌溉控制系统.pdf

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基于无线传感器网络的茶园分布式灌溉控制系统农业机械学报韩安太何陈志强韩瑞珍勇沈小丽引言茶树生长所需水分在自然条件下主要靠降水供给⋯。我国茶叶产区降水量时空分布极不均匀,多数茶叶产区存在伏旱和秋旱现象,为减少这些现象对茶树生长、茶叶品质、茶叶产量的影响,必须及时对茶园进行补充性灌溉旧精量灌溉是实现茶园补充性灌溉的有效手段。它根据作物需水信息和环境条件,按一定策略进行适时、适量、定位灌溉,可达到节约灌溉用水、增加茶叶产量、提高经济效益等目的一“实现精量灌溉需准确获取作物需水信息,,杭州;泄屏垦г旱绻び氲缱蛹际跹芯克贾【摘要】为实现茶树需水信息准确检测和茶园精量灌溉自动控制,设计了一套基于无线传感器网络的茶园分布式灌溉控制系统,给出了系统体系结构及软、硬件实现方法;针对无线传感器网络节点在茶园内高度分散的特点,提出两种适用于不同规模茶园的分布式灌溉控制方案,设计了由模糊控制器和最优化控制器组成的分层灌溉控制器,使得系统可在满足一定性能指标前提下,实现茶园精量灌溉控制。试验结果表明系统设计合理可行,特别适用于大型农田、果园、苗圃等区域的精量灌溉。无线传感器网络,月第卷第关键词:茶园精量灌溉分布式控制中图分类号:.籗文献标识码:文章编号:—.,.,.,珼十国家高技术研究发展计划计划手钅凸遗┮悼萍汲晒;鹱手钅作者简介:韩安太,博士后,中国计量学院副教授,主要从事无线传感器网络研究,’,瑃,,收稿期:—一修回日期:——珻甀
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疆..霄昌鬻纛一鬻态芸趑允系统总体设计水信息计算局部控制命令,然后将其发往相邻执行算结果更新自身局部控制命令,然后再次将更新后据需水信息制订灌溉控制方案∞。。近年来,利用无线传感器网络具有的自组织、低成本、易维护等特性∞芯咳嗽鄙杓屏烁髦只谖尴叽ǜ衅魍绲精量灌溉系统。啊埃ù佑τ孟肿纯矗庑┚抗溉系统还存在以下不足¨啊埃孩倬蠖嗍低辰隹虑作物需水信息的采集,很少考虑如何实现作物精量灌溉控制,只是一套服务精量灌溉的作物需水信息监测系统。②可实现精量灌溉控制的少数系统采用集中控制方法,对产生控制命令的网络节点要求高,当系统规模较大时,易出现通讯瓶颈,影响控制效果。③多数灌溉控制系统依据单一因素缤寥含水率喔瓤刂泼睿鄙俣曰肪承畔⒌娜面了解,没有考虑灌溉均匀性、灌溉效率等指标。④多数系统的性能测试是在温室等设施环境下进行的,这些系统在大面积茶园、果园等露天环境下的性能表现还需进一步验证。针对上述问题,结合无线传感器网络、分布式控制、最优化等技术,本文开发基于无线传感器网络的茶园分布式灌溉控制系统,给出两种适用于不同规模茶园的分布式灌溉控制方案,设计相应的分层灌溉控制器,实现较大规模茶园内茶树需水信息的准确采集和满足一定性能指标的茶园灌溉控制。系统体系结构考虑茶园面积、地形地貌、植株高度、需水信息、灌溉管网及喷滴灌头位置等因素,本文设计基于无线传感器网络的茶园精量灌溉控制系统,其结构如图荆饕0ùǜ衅鹘诘恪⒅葱衅鹘诘愫突憔节点。覆盖茶园的无线传感器网络采用分层结构。根据喷滴灌头位置、喷滴灌头灌溉范围、射频信号传输距离等参数,整个茶园划分为若干灌溉分区,每个灌溉分区放置一个执行器节点和适量传感器节点,形成以执行器节点为中心的星形拓扑网络。根据网络规模大小,各执行器节点与汇聚节点可构成