基于WSNs的温室大棚智能灌溉控制系统设计.pdf

随着农业技术的进步，智慧温室的应用变得越来越广泛。智慧温室通过使用先进的信息技术，如物联网、大数据、云计算等，实现对温室环境的智能化管理。其中，智能灌溉系统是智慧温室中的一个核心组成部分，它能够基于作物生长的环境需求，精确控制灌溉，从而达到节水、提高作物产量和质量的目的。 本篇文献提出的基于无线传感器网络（WSNs）的温室大棚智能灌溉控制系统，就是针对我国现阶段温室大棚节水灌溉和智能控制需求而设计的。这项技术运用了ZigBee和WiFi双协议融合技术，以实现对温室环境的实时数据采集，并且可以通过无线网络发送控制指令，以此来控制灌溉系统。 智能灌溉控制系统需要综合考虑温室内的环境因子，如温度、湿度、光照强度以及土壤湿度等因素，对作物的实时灌溉需求量进行分析。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线通信技术，适合构建传感器网络。然而，ZigBee的传输速率较低且传输距离有限。为了弥补这些不足，研究中采用了ZigBee和WiFi双协议融合技术。WiFi技术传输速度快，传输距离远，将这两种技术结合起来可以实现更广覆盖范围和更高的传输效率。 接下来，智能灌溉系统通过系统辨识方法建立了灌溉量与土壤湿度之间的数学模型。这个模型能够反映作物不同生长阶段对水分的需求，从而指导灌溉系统的精确控制。数学模型的建立是智能灌溉系统设计的关键依据，它依赖于传感器采集到的实时环境数据。 为了实现更高效的控制，研究者设计了一种将模糊控制器和PID（比例-积分-微分）控制器自适应切换的智能控制算法。PID控制器在工业控制系统中得到广泛运用，它能够根据控制对象当前值和期望值之间的差值（误差）来进行控制。模糊控制器则是基于模糊逻辑，能够处理不精确或模糊的信息，适合处理非线性、时变或不确定系统的控制。当系统运行状态发生变化时，智能控制算法能够根据实际情况选择最合适的控制器，以达到理想的动态性能和稳态品质。 通过实验仿真和实际测试的结果显示，这项双协议融合的WSNs技术，不仅稳定可靠，而且能够有效解决ZigBee技术在传输速率和距离上的不足。而Fuzzy-PID复合控制不仅具备理想的动态性能，还具有较好的稳态品质。由于这项系统已经在实际中得到应用，表明它能够在实际生产中发挥重要作用，提高温室大棚的自动化水平，节水节能，提升作物产量和质量。 总结来说，这项基于WSNs的温室大棚智能灌溉控制系统设计，融合了先进的无线通信技术和智能控制算法，对于推进我国温室大棚的智能化改造和实现可持续农业生产具有重要意义。随着智慧农业的发展，类似的系统和技术将在农业现代化进程中扮演越来越重要的角色。