基于集成阀的自动灌溉系统及最优运行研究

基于集成阀的自动灌溉系统及最优运行研究

我国是一个水资源贫乏的国家,管道灌溉技术是发展节水农业的关键技术。近几年随着WSN(Wireless Sensor Network)技术在农业领域的发展与应用越来越成熟,将传统灌溉方式与WSN技术相结合而产生的实时精准测控系统,越来越受到人们的重视。本文研究了一种基于一体化智能阀门的自动灌溉系统,是将WSN技术与管道灌溉技术相结合的智能监控系统,是集数据监测、低功耗、管道灌溉优化和监控软件控制于一体的大型农田监控系统。无线传感网络技术,本文选择恩智普公司的JN5168模块,使用ZigBee 3.0协议进行开发,并进行以下研究:1.对WSN节点如何延长电池的工作寿命和进一步降低节点功耗的问题进行研究并提出解决方案。首先,使用太阳能光伏为电池充电,并设计充电电路和放电保护电路以保证电池的充电和放电可以稳定安全的进行;其次,研究一种基于可编程延时芯片的节能电路,用于控制电源管理电路、JN5168供电电路和信号采集电路的通、断电时间,比JN5168提供的休眠方案更节能,更符合本系统的要求。2.设计WSN节点智能组网机制。在网络出现问题时,节点可以自动识别并解决问题,然后自动再次组网,从而提高了 WSN的抗干扰能力。3.对灌溉配水调度优化进行研究,针对管道灌溉系统中分水口轮灌分组优化问题,提出了在考虑水力损失时不同分水口状态与管道进口压力的关系模型,该模型利用分水口开关0,1状态作为自变量,从管道末端起利用推导的递推公式求出管道进水口的等效水力损失系数。依据该模型,在定流量分组轮灌优化中得到为使分组轮灌功率最小的目标函数。用遗传算法对上述问题进行了优化求解,给出了编码方案。4.使用微软公司的Visual Studio 2010版本开发了监控软件,对整个系统进行监控,实现农田信息的实时检测、数据查询、错误自查、水位及灌溉信息的显示,并生成用水方案,方便用户监控灌溉用水量,根据田间灌溉趋势的不同,采用不同灌溉策略等功能。最大限度提高水分利用效率,实现从供水管理到需水管理的转变。

基本信息

题目基于一体化阀门的自动灌溉系统和优化运行研究
文献类型硕士论文
作者张军
作者单位扬州大学
导师史旺旺,薛桂宏
文献来源扬州大学
发表年份2020
学科分类农业科技
专业分类农业工程
分类号S274.2
关键词无线传感网络,水力损失模型,定流量轮灌分组,灌溉优化
总页数:72
文件大小:6105K

论文目录

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
  1.1 研究背景及意义
  1.2 国内外研究现状
    1.2.1 无线传感网络的研究现状
    1.2.2 灌溉配水调度优化的研究现状
  1.3 本课题的主要研究内容
第2章 无线传感网络的硬件设计
  2.1 无线传感器网络硬件总体设计
  2.2 协调器节点的硬件设计
    2.2.1 协调器节点电源模块
    2.2.2 JN5168最小电路
    2.2.3 串口通信电路
  2.3 传感器节点的硬件设计
    2.3.1 传感器选型
    2.3.2 充电管理模块设计
    2.3.3 电源模块设计
    2.3.4 调理电路设计
  2.4 节能电路的研究
  2.5 PCB与实物图展示
  2.6 本章小结
第3章 无线传感网络的软件设计
  3.1 ZIGBEE 3.0技术的分析
    3.1.1 ZigBee 3.0简介
    3.1.2 ZigBee 3.0协议规范
    3.1.3 ZigBee 3.0拓扑及节点类型
  3.2 开发平台概述
    3.2.1 ZPS编辑器的简介
  3.3 ZIGBEE 3.0 API
    3.3.1 JCU APIs
    3.3.2 ZigBee PRO APIs
  3.4 协调器节点的软件设计
    3.4.1 构建网络
    3.4.2 数据传递
  3.5 路由节点的软件设计
  3.6 传感器节点的软件设计
    3.6.1 加入网络
    3.6.2 数据传递
    3.6.3 智能组网机制
  3.7 本章小结
第4章 灌溉配水调度的优化研究
  4.1 灌溉管网的布置
    4.1.1 灌溉管道输水系统的构成
    4.1.2 灌溉管网布置
  4.2 管道灌溉数学模型的建立
    4.2.1 水力计算的基本公式
    4.2.2 管道灌溉水力损失模型
  4.3 定流量轮灌分组优化模型与算法研究
    4.3.1 算法的选择
    4.3.3 定流量轮灌分组优化模型
    4.3.4 实例仿真计算
  4.4 本章小结
第5章 监控软件的开发
  5.1 开发平台
  5.2 功能演示
  5.3 本章小结
第6章 结论与展望
  6.1 结论
  6.2 展望
参考文献
致谢

参考文献

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[4] 基于物联网的无人超市购物装置研究[J]. 山东工业技术 2018(10)
[5] ZigBee无线传感网中AODVjr路由协议研究[J]. 计算机与数字工程 2018(03)
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