智能化农业灌溉论文提纲

论文题目：基于模糊算法的桃园物联网灌溉系统

摘要：农业是我国的基础产业,面临信息化、智能化、可持续发展等亟待解决的问题,国家长期以来高度重视提高农业质量效益和竞争力、强化农业科技和装备支撑,提出建设智慧农业。农业种植过程灌溉的耗水量巨大,特别是果树种植,水资源的节约利用是可持续发展的重要课题,物联网技术给农业信息化、智能化、可持续发展带来了机遇,桃园物联网系统利用传感器采集桃园土壤温湿度、空气湿度等参数,为桃园作物提供一个良好的生长环境,也为科学管理桃园提供完备的数据支持,这进一步达到改善其生长周期、降低成本、提高产量和品质、增加经济效益的目的。我国目前已经开展基于物联网的桃园种植应用研究,但随着物联网技术与人工智能技术的迅速发展,数据检测、自动化和信息化程度还亟待提高。桃树的发育必须以土壤为载体,桃园的桃树需要的生长营养以及所必需的水分都是从土壤中摄取的,水是限制桃树生长发育的主要因素。土壤湿度参数主要依靠人工观测,作物生长的主要发育期不能实时、连续观测,迫切需要提高桃树种植的自动化水平。由于桃园面积大、纵深长、地形复杂,常用的GPRS、Zig Bee、Wi Fi等无线通信技术存在着功耗大、抗干扰性弱、绕射性差、成本高等缺陷,不能适合桃园物联网灌溉的需求。结合桃园物联网灌溉的实际需求,查阅了大量的文献和资料,对比了国内外节水灌溉发展的现状,本文设计实现了基于模糊算法的桃园物联网灌溉系统,以高性能微控制器STM32F401和无线串口通信模块E32-TTL-100为核心的采集终端,大范围采集桃园土壤湿度参数,采集的湿度参数通过Lo Ra技术实现远距离传输至上位机,上位机把数据模糊PID算法处理后,实时下发灌溉命令,灌溉控制设备收到命令后,打开滴灌系统中的电磁阀实施远程、精准灌溉。经过测试:模糊PID算法可以根据比例积分微分的参数不同调节灌溉电磁阀阀门开启的大小和开启时间的长短,较好地实现了桃园节水灌溉,较传统的灌溉方式减少了用水量,节约了种植成本,实现了园区的土壤湿度数据获取、存储、分析、处理,以及对园区灌溉进行远程精确控制;同时也验证了Lo Ra技术在桃园类分布范围大、传输距离远的场景应用中具有低成本、高效率的优势。本系统有利于促进桃园种植智能化和可持续发展。

关键词：桃园;模糊PID算法;微控制器STM32F401;LoRa技术;灌溉

学科专业：农业硕士（专业学位）

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.1.1 课题研究的背景

1.1.2 课题研究的意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外灌溉技术现状

1.2.2 国内灌溉技术现状

1.3 研究内容

2 系统总体方案设计

2.1 系统需求分析

2.2 总体方案设计

2.3 相关技术研究

2.3.1 灌溉控制

2.3.2 无线通信技术

2.3.3 物联网

3 桃园物联网灌溉系统硬件设计与实现

3.1 感知层硬件架构设计

3.2 LoRa无线通信模块设计与实现

3.2.1 LoRa模块设计与实现

3.2.2 土壤湿度传感器检测模块设计与实现

3.2.3 微控制器设计与实现

3.2.4 电磁阀执行器控制模块设计与实现

3.3 网关控制器设计与实现

4 桃园物联网灌溉系统软件设计与实现

4.1 LoRa网络设计

4.1.1 网络架构

4.1.2 终端节点工作模式

4.1.3 自适应数据速率策略

4.1.4 消息安全加密机制

4.2 网关子程序设计与实现

4.2.1 网关工作流程

4.2.2 微处理器配置

4.3 采集终端节点设计与实现

4.3.1 采集终端节点主程序

4.3.2 土壤温湿度传感器采集子程序

4.3.3 电磁阀执行器驱动子程序

5 模糊PID算法

5.1 模糊算法

5.2 模糊PID算法

5.3 模糊PID算法控制器设计

5.3.1 隶属函数的制定

5.3.2 模糊PID算法控制逻辑规则表

5.3.3 系统仿真

6 系统测试

6.1 传感器模块测试

6.1.1 传感器模块响应时间测试

6.1.2 传感器感知精度测试

6.1.3 节点功耗测试

6.2 通信距离、丢包率测试

6.3 灌溉控制测试

6.3.1 定位精度测试

6.3.2 灌溉量测试

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢