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基于LoRa的智慧农业无线灌溉系统设计

摘要：本系统主要介绍LoRa控制的智慧农业灌溉系统，系统以实现通过LoRa无

线传输上传传感器数据以及控制开关为目的，该系统中，LoRa模块结合单片机STM32

作为主控制装置，需要通过有人云与LoRa主机的搭建，进行数据的传输，在有人云上

实现了对农田中作物的生长环境的远程监测与管理，实现系统数据稳定传输的同时,也

解决了抗干扰性其他无线通信技术中抗干扰性弱、成本开支高等问题。本系统在实现

基本无线通讯和控制的同时，系统还具有成本低、功耗小、易操作、安全可靠等优

点，能够给用户带来更好的体验感和舒适感。

关键词：LoRa通讯；云平台；STM32；物联网

1引言

发展节水灌溉有利于渠道防渗，保护环境。为了避免因大水漫灌泛滥而引起的盐碱污

染，减轻因过量的人工水源而引起的一系列的生态问题，必须通过农田节水灌溉，以达到

防治水土流失的目的。总之，通过合理的科学灌水和人工引水来提高作物的产量和经济效

益，可以通过合理的节水方法来提高农业生产效率和经济效益。节水灌溉并不是最终的目

标，充分利用水资源，实现高效率才是最终目标。要想实现农业现代化和水利设施现代

化，首先必须实现农田上的节水浇灌，只有解决了节水浇灌这一核心问题，才能够真正向

农业现代化和水利现代化的目标迈进。本系统具备监测和控制功能，同时具有气象与水情

监测，为田间的灌溉作业提供了大量的数据支撑，具对灌溉生产进行了科学的指导。该体

系具有自动灌溉、根据需要进行灌溉，既可以满足农田的需要，也可以满足各种情况下的

需要，如都市和园林的建设。真正意义上实现了农业灌溉节水的自动化、无人化、精准

化、高效化的农田灌溉。
2系统总体设计

系统主要包括农业上传感器模块、无线通信模块、远程应用模块和远程控制

模块四个部分。传感器模块采用土壤状态传感器，温度和湿度传感器组成.收集土壤状

态，空气温度和湿度。利用LoRa和Cat1的协作，将采集到的资料上传到云端，在田间的

监控屏幕上可以看到资料的参数；在移动终端上，通过云计算系统采集到的信息，可以对

信息进行查询、发布、对农业灌溉进行分析；从而达到对农业节水的全面监控和治理。农

业节水灌溉系统的终端功能框图如图1所示。

图1无线节水灌溉系统的终端功能框图

3系统硬件设计

3.1STM32主控芯片

该系统的主要控制电路为STM32F103C8T6，其工作电压为2-3.6V，可测量温度范围

是-40-85摄氏度。STM32F103C8T6的主要功能是，对各个模块进行管理，获取相应的真

实数据。
3.2温湿度传感器模块

DHT11型温、湿式传感模组，其温度、湿度均为DHT11型。该系统采用了数码模组

数据采集与温度检测技术。其中，一种是电阻型的湿度感应器件，一种是NTC温度测量器

件。DHT11型传感器采用单串行连接方式，使得整个系统的一体化更加简单、快速。极小

的体积和极低的功率消耗使得它在高精度的环境下，是最好的选择。本品采用四线单行管

脚包装，连接方便。

DH11温度计的电源电压为3.3-5.5V直流，其有效测量温度为5-95%RH；温度在-20-

-60摄氏度之间。在此基础上，对水分的测定准确度为：RH+5%；本机具有高的稳定性

能，不需要附加任何组件，具有很大的信号传递范围；低能耗。

3.3土壤湿度传感器模块

土壤湿度检测模块使用Risym的土壤水分传感模块，利用电位仪对土壤的含水量进行

调整，实现了较大的土壤含水量的控制。当水分含量小于设置时，DO将高电平作为其输

出；DO在设置以上时输出很小；该模块的供电范围时3.3V-5V，特点是尺寸小；稳定性

高；信号传输距离远；低能耗。

3.4按键电路

按键起到了系统的输入功能，通过对金属板的压力的影响来控制键的运行。预设的插

针是高，按下按键后，电平变小，在供水系统中人工指令传输，达到了对整个系统的控

制。

3.5继电器模块

继电器是一种电气控制器件，它利用电磁波的作用来产生电枢的吸收和放电，从而使

电枢在线路上的通道和断开，从而达到对线路的安全防护作用。当控制管针电平处于高电
压状态时，电源关闭。该系统采用了多个独立的继电器对外部泵进行了单独的控制。当土

壤含水量太小时，用泵进行灌溉。

3.6无线通信模块

本文中的无线灌溉系统中无线传输采用的LoRa模块和cat1模块。其中LoRa模块在

系统中能够实现农业各个节点的互连，实现LoRa主从机的数据交互。而Cat1模块可以实

现LoRa主机与云平台相连，可以将LoRa主机所得到的数据，打包上传至云平台。

4系统功能测试

观察并记录系统大气湿度、土壤湿度等传