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基于MQTT协议的自动滴灌控制系统设计的开题报告.pdf

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毕业设计（论文） （设计类） 开题报告 课题名称基于MQTT协议的自动滴灌控制系统设计 学院 专业班级 学号 姓名 评分 指导教师 开题报告 学生姓名学号专业班级 学院指导教师职称 课题名称基于MQTT协议的自动滴灌控制系统设计 1.课题设计的目的和意义 1.1课题设计的目的 农业上传统人工滴灌在室内盆栽方面显得有些不足，人工干预频率高，随着居民生 活水平的提高，方便、快捷的生活方式受更多人的喜好，追求对传统生活的改变，很多 依托嵌入式、物联网、云计算、人工智能等技术的智能家居，成为生活家居的亮点。本 课题主要讨论了基于MQTT协议和WiFi技术（ESP8266），通过STM32和湿度传感器，实 现对盆栽土壤的湿度检测，并由物联网云平台收集湿度记录，当含水量不满足要求时， 云平台下发指令，完成滴灌浇水，设计出于远程监控、湿度采集的需求，实现成本低廉、 易于操作、设备之间友好互动、盆栽供水更加精准舒适的方案。 1.2课题设计的意义 在种植盆栽滴灌时，土壤中的含水量（湿度）是一个非常关键的物理量。只有含水 量适量时，盆栽的生长才能得到最大的保障；当滴灌水量过多时，土壤中的含水量上升， 水分填满了土壤间隙，土壤中的空气被排出，外部空气也无法透过水进入，因而造成土 壤缺氧，根的呼吸作用受到阻碍，土壤中能分解有机物的好气性细菌大量繁殖，产生硫 化氢、氨气等有毒物质毒害根茎，由于植物缺氧大量消耗植物体内糖分分解出大量酒精， 光合作用降低，植物容易死亡或腐烂；当滴灌疏忽时，土壤变得干燥，土壤含水量也急 剧降低，光合作用所需的水分得不到及时补充，植物的呼吸作用只能通过消耗自身养分， 且由于缺水容易枯萎。 传统的浇灌方式，普通人难以掌握浇水的量，且很难保证及时浇水，容易淹水或者 过旱；普通的滴灌也是大多采用一次性滴灌袋，比较浪费，需要按时更换。 因此为了解决以上问题的种种弊端，设计出了基于MQTT协议的自动滴灌控制系统， 该系统可对盆栽中土壤湿度实现24小时全程监控。首先通过从机（STM32）采集盆栽的 土壤湿度，再以无线的方式将数据传达至主机（云服务器），实现湿度数据的实时监控 和控制，以及在特殊情况下的自动报警等功能。与市面成品方案相比价格便宜，操作易 于实现，而且能够实现滴灌的水量控制的高精度，尽可能的减少人工干预。 2.主要参考文献综述 2.1国外研究现状 欧美发达国家，如美国、法国、英国等发展农业的主要方向是自动化灌溉管理，这 些国家已经采用了现进的灌溉系统，早期他们也是利用水利控制、机械控制，再到后来 机械电子混合协调模式控制，到现在的利用计算机控制技术控制、模糊控制、神经网络 控制，控制精度、智能化、可靠性和可操作性上一直在提升[1]。以色列在国外自动化农 业灌溉发展应用中领先于大多数其他国家，他们按照不同环境需求开发出了许多系列的 自动灌溉配设备，各种控制阀门，在水资源珍贵的国土上提高了水的利用率，使作物能 够在最佳环境下生长。 巴西圣玛丽亚市方济各会大学UFN环境与卫生工程项目：频繁的土壤土质活动使大 孔隙的减少和水渗入土壤的比例下降，进而导致作物产量下降。由于使用Muntz同心环 方法较为困难，研究人员采用数学模型根据土壤物理参数（例如，土壤质地）来估算入 渗速率，为了使渗透环法自动化，在非加压液压系统中没有记录小流量的流量，因此难 以自动进行现场测定。为此，六个Muntz双环配备了机电系统，该机电系统与“Tipin Buked”（称重桥）相连，能够在存储卡上每3分钟在存储卡上记录8毫升的流量。结 果表明，该回归方程模型描述了设备实际值93%到99%的精度。这项工作旨在修改Muntz 方法，以减少田间工作，并自动确定土壤的透水性[9]。 2.2国内研究现状 自70年代以来国内就非常重视智能灌溉设备研制，但是自主开发较少，引进较多， 由于引进的设备是针对国外环境制定，并不是很适合我国国情，所以利用率并不高，且 引进价格昂贵。我国幅员辽阔，自然条件、当地社会经济条件差异明显,农业生产水平 差距较大,自然资源人均指标较低、农户土地经营规模小散户居多且利用不尽合理、劳 动投入大生产率低、水资源浪费现象普遍。在实现智能农业灌溉的道路上，针对国内复 杂的环境，设备和系统的研发还有一段路要走[5]。 一般普通的农业大棚主要靠人工实现大棚内温湿度等环境参数的监测和调节，这种 方式耗费大量的人力、物力，而且做不到每时每刻对环境参数监测，造成大棚农业投入 大，生产效率低，农民收入低。智慧农业前期的农业大棚采用传感器对大棚内环境进行 监测和调节，大幅度减小了人力的投入，极大提高了农业大棚的生产效率[7]。自动滴灌 的特点在于便利和实时性，在一些水资源不丰富的地形