基于WSN的节水灌溉土壤参数监测软件平台设计
基于WSN的节水灌溉土壤参数监测软件平台设计
节约与保护水资源是我国的一项重大国策，而农业是用水大户，因此节水灌溉是节约水资源的重要举措。目前国外节水灌溉技术的自动化水平已经很高，国内对这方面的研究也正逐步走向成熟。在我国研究监测土壤水分及温度的硬件项目较多技术也很多样化，所以为了提高我国农业的自动化水平，设计配合土壤参数监测硬件的软件管理平台是很有必要的。
本文从研究课题出发，结合国内外节水灌溉系统发展状况，针对节水灌溉系统所需要的技术及功能，提出了本课题的研究方向，为研究确定了目标。本设计题目是基于物联网的节水灌溉土壤参数软件平台，开发环境为visual studio，编写语言为C#，采用模块化设计的方法，并将项目建立成窗体形式。主要模块有：登录模块、无线接收数据模块、串口接收数据模块和查询模块。该软件平台，可以无线接收或串口接收客户端传递过来的土壤参数数据，对其进行保存、处理。用户可在查询模块中随时查询农作物需水量信息，还可以直观的观察到农作物环境的基本参数情况。本文着力介绍了串口通信模块以及通过3G网络，基于TCP/IP协议的无线接收模块，并结合部分程序解析以及实物图做详细的介绍。20191110222724
根据需求分析，设计了简单实用的上位机软件平台，该平台经过调试得到了预期的效果。本设计结合基于物联网的节水灌溉硬件设计可以实现农业的自动化节水灌溉功能，适合中小型农业试点使用。
关键字：WSN节水灌溉；土壤温湿度；上位机；无线传输；3G；串口通信
第一章 绪论 1
1.1课题来源 1
1.2研究意义 1
1.3国内外的研究现状 2
1.3.1国外现有技术 2
1.3.2国内现有技术 3
1.4课题研究主要内容及论文结构 4
1.4.1研究主要内容 4
1.4.2论文结构 4
第二章 基于WSN的节水灌溉系统设计 6
2.1系统功能需求 6
2.1.1主要任务 6
2.1.2物联网系统分析 6
2.2基于WSN的节水灌溉系统架构 8
2.2.1下位机结构设计 9
2.2.2上位机设计 11
第三章 土壤参数监测软件平台设计 13
3.1登陆模块程序设计 13
3.1.1软件设计流程 13
3.2串口通信模块设计 15
3.2.1串行通信接口的基本任务 15
3.2.2 RS-232串口通信协议 15
3.2.3串口类的选择 16
3.2.4串口通信接口硬件 18
3.2.5串口发送设计流程 18
3.2.6串口接收设计流程 20
3.3无线接收模块设计 22
3.3.1 3G技术 22
3.3.2 TCP/IP通信协议 23
3.3.3 SOCKET服务器 23
3.3.4无线接收设计流程 25
3.4查询模块设计 27
3.4.1数据库选择 27
3.4.2数据库建立 29
3.4.3数据模糊查询设计 30
3.4.4曲线图形式查询设计 32
第四章 系统调试 34
4.1技术难点 34
4.2所遇问题及解决办法 34
第五章 总结与展望 36
5.1总结 36
5.2展望 36
心得体会 37
参考文献 38
致 谢 40
一、英文文献原文 42
第一章 绪论
节水灌溉是新型的农业灌溉方式，是机械自动化发展的必然结果。农业是人类社会最古老的行业，是各行各业的基础，也是人类赖以生存的最重要的行业，由传统农业向现代化农业转变，必须要求农业科技有一个大的发展，进行一次新的农业技术革命。对有着悠久历史的我国来说，农田实施机械化节水灌溉将不仅是科技的发展，也是国家经济的发展，是关乎民生根本的巨大进步。
1.1课题来源
课题来源于南通科技应用研究计划项目
该项目是由大学与南通市水利局两个单位人员组成的课题组，在2003年开发的南通市“三联灌区节水灌溉自动控制系统”中荣获2004年省科技进步三等奖。该项目实现了农田灌区大量数据采集和计算机远程控制，也实现了市局与灌区的无线远程控制，但由于在灌区农田中铺设有线网络，一方面不利于农田耕作，另一方面也需要较高成本，难以有效推广应用。因此该课题组在2006年开发的“基于网络的南通市水利地理信息系统关键技术研究与应用”(该项目获2007年江苏省水利科技进步三等奖、南通市科技进步三等奖)中实现了是区域范围内一万多条1-4级河道及其设施管理的基于网络的河道地理电子信息系统。自主研发了专用的WEBGIS的地图远程发布组件和基于COM模型的后台WEBGIS中间件，提高了运行效率，为水利数字化工作的推广应用奠定了基础。但未能继续进一步开发。
本课题就是试图以南通市多灌区为实验场地，以三联灌区节水灌溉自动控制系统、基于网络的南通市水利地理信息系统为基础，利用物联网技术，开发无线监测节点并构建无线传感网，进一步提升节水灌溉技术的水平和降低成本。
1.2研究意义
水是一切生命的能量来源，合理灌溉对农业来说是至关重要的。虽然我国的农田灌溉建设有着相当悠久的历史，但现代化水平却并不高。我国的传统农业灌溉方法主要是引水到田，无法判断出水量也无法得知农田的缺水量，很容易造成灌溉过量或不够，自动化灌溉系统水平较低成为制约我国农业高效发展的主要原因。随着机械化自动化水平的提高，节水灌溉已逐渐开始在我国农业中广泛应用，这不仅仅是简单的技术改进，而且关系到农业经济发展的根本，是实现水资源的可持续利用战略以及实现从粗放到集约经营战略的具体体现。自动控制节水灌溉技术的高低不仅代表着我国农业的发展状况还代表了我国机械现代化的普及情况，也是我国综合国力的体现。
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，物联网通过智能感知、识别技术、普适计算与泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。它是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合而形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。
对于物质种类繁多的农业，通过物联网将农作物的生长状态、土壤温湿度、空气温湿度与机器设备、应用软件以及人的操控紧密结合，将对农业经济方面产生很大的影响。节水灌溉不仅涉及物联网技术还有工程、农业、生物、自动化、通信等多个方面。由众多无线传感器形成的组网将自动感应土壤的水分及温度，并在设定条件下与接收器通信，传输至节水灌溉土壤参数监测软件平台。然后根据已知的各农作物需水量控制灌溉系统的阀门打开、关闭，从而达到自动节水灌溉的目的。正由于传感器网络具有如多跳路由、实时信息传输、自组网络及网络通信时间同步等优点， 使农业灌溉区域的面积、采集节点个数可以不受限制，因此可以灵活增减轮灌组。加上节点具有土壤、植物、气象等测量采集装置，利用通信网关的TCP/IP通信协议功能与串口通信技术结合，形成灌区动态管理土壤参数采集分析技术，配合作物需水信息采集与精量控制灌溉技术、专家系统技术等，可构建高效、低能、低投入、多功能的农业节水灌溉平台。用户还可将其应用在除农田以外的花园绿地、公路隔离带、林木园区等区域，实现农业与信息技术相结合的机械化、自动化、节能化。
1.3国内外的研究现状
1.3.1国外现有技术
国外的灌溉系统尤其是美国、日本、西班牙和以色列等国家，他们的节水灌溉大规模机械化起步早，发展时间长，电子技术水平较高。目前已普遍采用计算机控制土壤的温湿度，并且可以通过植物的根茎直径大小来判断其生长时期，从而准确的控制输水量。在温室等设施内中较多使用的是小型灌溉控制器，该控制器以精密、灵活、省力、人性化著称，不仅可以同时自动控制几十路电阀，还可以加入自定义灌溉时间，精确到开始时间、结束时间以及循环时间间隔等。以色列更是利用数据的无线传输技术，研制了在家利用电脑对灌溉过程进行全部控制的系统。以色列同时开发多种系列的自动灌溉配套设备，比如电动和水动遥控电磁阀、减压阀、调压阀、安全阀和流量控制阀等[1]。发达国家为了满足对灌溉系统管理的快捷、准确、灵活的要求，非常重视计算机技术、空间信息技术和网络技术等高新技术的应用。
1.3.2国内现有技术
国内的节水灌溉技术相较于一些发达国家而言还远远不够成熟，虽然我国的耕地面积已经高达19.5亿亩，但是一半以上都没有机械灌溉方面设施，三分之二的有效灌溉面积至今仍是沿用古老的灌溉方法。因此国内的自动控制灌溉系统方面仍处于研发、试用阶段，虽然可以进行实际应用，但广泛投入使用的灌溉控制器还不多见。我国主要的自动化灌溉技术大都是以单片机为核心的远程控制，上位机或采用DOS操作系统，或采用windows 32操作系统，对远程数据的监测及水泵阀门的控制还不是很到位。目前国内的自动灌溉技术有：
（1）采用计算机监控系统进行集中管理的大规模灌溉工程，各模块系统彼此之间的信息是通过高速数据通道进行传送，并且都能保持独立工作，其控制方式也摆脱了单一的水量控制，加入了时间控制及综合控制等。
（2）北京农工业工程大学研制的智能灌溉控制器，以803l单片机为核心，该控制器可以按照任意设定周期进行灌溉控制，也可以根据检测的土壤水分状况进行闭环控制，能够控制多路灌溉系统进行多种方式灌溉，该系统已成功用于北京航空航天大学体育场，从投入运行的情况来看，情况良好。
（3）以集散控制系统为主要组成方式的温室计算机控制系统，以法国Richel和以色列温室系统为研究对象，综合分析了温室灌溉系统的要求和特点，采用了面向对象编程技术和事件驱动方式，使其能及时响应用户请求。该系统最大的优点便是拥有强大的信息查询系统和实时处理能力。
（4）以单片机控制为核心的多用途节水灌溉控制系统，能应用于多种作物的节水灌溉控制系统，该系统的特点便是采集了与灌溉控制密切相关的三个主要因素作为综合控制对象[2]。
综合来看，国内的自动灌溉技术在国外先进技术的影响下，虽然处于紧锣密鼓的研究与创新中，但其适用范围也仅仅是一些实验室的试验点、试用点，并没有在全国范围内大规模普及，究其原因可能有以下几点：
（1）研究范围较小，只适应于小范围的灌溉，没有投入大规模的实验及使用。
（2）造价成本高，普通农民消费不起。自动灌溉需要大量的传感器及采集器还有相应的硬件设备，一次性买入性价比不高，对农民来说是高额消费。
（3）操作较复杂，需要的技术含量较高。需要一定的知识水平才能掌握其操作，还有一些定期的数据修改，及系统维护，完全颠覆了农民对灌溉的认识。
所以研究适合大众使用，方便操作的自动灌溉控制系统尤为重要。基于WSN的节水灌溉土壤参数监测软件平台不仅性能稳定，操作简单，而且参照了许多农作物需水信息表，能准确、方便、节约地进行自动灌溉工作。
1.4课题研究主要内容及论文结构
1.4.1研究主要内容
基于WSN的节水灌溉系统（以下简称节水灌溉系统）是促进新型农业发展的利器，也是促进农业经济发展的有力推手。本课题是基于WSN的节水灌溉土壤参数监测软件平台，即节水灌溉系统的上位机部分。主要研究内容包括：1、建立一个软件检测平台；2、该平台包括登陆、无线通信、串口通信、数据查询的功能，使用户可以在操作界面内完成数据接收、数据查询等操作；3、建立一中心数据库，将接收到的数据信息以及农作物需水量表存放在中心数据库中。
1.4.2论文结构
基于以上主要研究内容，论文分为五章，以下是各章主要内容：
第1章绪论，介绍课题来源、研究意义、设计目标、主要任务，还介绍了国内外在这方面的研究现状。
第2章系统设计方案，介绍整个系统的组成结构、功能需求。将系统分为上位机、下位机两个部分，分别介绍每个部分的结构设计。并且分析了物联网系统的组成及三层结构划分。
第3章软件平台设计，首先介绍了软件平台的整体结构。将整个上位机分为四个模块，分别是登录模块、无线通信模块、串口通信模块、数据查询模块，接着开始逐个模块设计的具体介绍。包括每个模块的流程分析，相关技术分析，所用函数分析、代码分析以及最终的实现界面展示。
第四章系统调试，首先分析了该系统的技术难点。然后开始系统调试，并阐述调试中的所遇问题及解决方案。
第五章总结与展望，首先对整个设计进行总结，阐述设计结果。接着总结设计不足之处，并且展望基于WSN的节水灌溉土壤参数软件平台的发展前景。
第二章 基于WSN的节水灌溉系统设计
基于物联网的节水灌溉系统是节水灌溉自动化的进一步升级，从节水灌溉实施的需求出发，结合WSN的特点，研究面向节水灌溉控制系统的WSN农田数据采集与传输系统，开发出一套基于无线传感器网络的多灌区节水灌溉控制系统。
2.1系统功能需求
2.1.1主要任务
本课题拟构建基于无线传感器网络技术的农田温、湿度等参数的状态在线监测系统，创建一种WSN灌区环境参数采集的数据传输方法，为实现精确农业信息获取“高密度、高速度、高准确度、低成本”的目标取得了新的进展，通过分析精确灌溉实施需求和WSN的特点，研究灌区的划分方法，设计一个分层结构的WSN，使各采集节点之间能够自组织形成网络，传感器节点将采集的数据发送给自己的本簇节点，由本簇节点进行数据处理后再发送给上一级簇头节点，直至发送到检测中心。检测中心可以通过串口或者3G访问数据，实现在线监控。
灌区自动控制系统采用由控制主机、现场控制单元、传感器、3G无线传输网络构成的具有三级结构的集散型控制系统（DOS）。可同时对一个灌区内多个灌溉小区农作物生长水分状况进行监测和控制。一台计算机作为中央控制级，其主要任务是完成对灌区各种仪表和计算机之间的通信；在各个灌溉小区，均有一套现场控制单元作为就地控制级，对采集的数据进行存储、预处理，并控制现场电动闸阀和水泵动作。通过3G无线通信将所有现场单元信息传输至中央监测中心，以实现整个灌溉区域内控制设备的无线通信和控制。
该系统经过提升和完善可以达到下面效果：针对农田各部分土壤温湿度等参数状态进行监测，采集水分信息，并转码经过无线发射至监测中心。监测中心利用3G网无线接收农田的温湿度参数，存入数据库。设计人机友好界面软件平台，在该平台中实现实时数据接收，处理，查询等相关操作。
2.1.2物联网系统分析
物联网按系统功能结构可以划分为三个层次：感知层、网络层、应用层。感知层是解决人类世界和物理世界的数据获取问题，由各种传感器以及传感器网关构成。传输层也被称为网络层，是解决感知层所获得的数据在一定范围内，通常是长距离的传输问题。主要完成接入和传输功能，是进行信息交换、传递的数据通路，包括接入网与传输网两种。应用层也可称为处理层，是解决信息处理和人机界面的问题。
节约与保护水资源是我国的一项重大国策，而农业是用水大户，因此节水灌溉是节约水资源的重要举措。目前国外节水灌溉技术的自动化水平已经很高，国内对这方面的研究也正逐步走向成熟。在我国研究监测土壤水分及温度的硬件项目较多技术也很多样化，所以为了提高我国农业的自动化水平，设计配合土壤参数监测硬件的软件管理平台是很有必要的。
本文从研究课题出发，结合国内外节水灌溉系统发展状况，针对节水灌溉系统所需要的技术及功能，提出了本课题的研究方向，为研究确定了目标。本设计题目是基于物联网的节水灌溉土壤参数软件平台，开发环境为visual studio，编写语言为C#，采用模块化设计的方法，并将项目建立成窗体形式。主要模块有：登录模块、无线接收数据模块、串口接收数据模块和查询模块。该软件平台，可以无线接收或串口接收客户端传递过来的土壤参数数据，对其进行保存、处理。用户可在查询模块中随时查询农作物需水量信息，还可以直观的观察到农作物环境的基本参数情况。本文着力介绍了串口通信模块以及通过3G网络，基于TCP/IP协议的无线接收模块，并结合部分程序解析以及实物图做详细的介绍。20191110222724
根据需求分析，设计了简单实用的上位机软件平台，该平台经过调试得到了预期的效果。本设计结合基于物联网的节水灌溉硬件设计可以实现农业的自动化节水灌溉功能，适合中小型农业试点使用。
关键字：WSN节水灌溉；土壤温湿度；上位机；无线传输；3G；串口通信
第一章 绪论 1
1.1课题来源 1
1.2研究意义 1
1.3国内外的研究现状 2
1.3.1国外现有技术 2
1.3.2国内现有技术 3
1.4课题研究主要内容及论文结构 4
1.4.1研究主要内容 4
1.4.2论文结构 4
第二章 基于WSN的节水灌溉系统设计 6
2.1系统功能需求 6
2.1.1主要任务 6
2.1.2物联网系统分析 6
2.2基于WSN的节水灌溉系统架构 8
2.2.1下位机结构设计 9
2.2.2上位机设计 11
第三章 土壤参数监测软件平台设计 13
3.1登陆模块程序设计 13
3.1.1软件设计流程 13
3.2串口通信模块设计 15
3.2.1串行通信接口的基本任务 15
3.2.2 RS-232串口通信协议 15
3.2.3串口类的选择 16
3.2.4串口通信接口硬件 18
3.2.5串口发送设计流程 18
3.2.6串口接收设计流程 20
3.3无线接收模块设计 22
3.3.1 3G技术 22
3.3.2 TCP/IP通信协议 23
3.3.3 SOCKET服务器 23
3.3.4无线接收设计流程 25
3.4查询模块设计 27
3.4.1数据库选择 27
3.4.2数据库建立 29
3.4.3数据模糊查询设计 30
3.4.4曲线图形式查询设计 32
第四章 系统调试 34
4.1技术难点 34
4.2所遇问题及解决办法 34
第五章 总结与展望 36
5.1总结 36
5.2展望 36
心得体会 37
参考文献 38
致 谢 40
一、英文文献原文 42
第一章 绪论
节水灌溉是新型的农业灌溉方式，是机械自动化发展的必然结果。农业是人类社会最古老的行业，是各行各业的基础，也是人类赖以生存的最重要的行业，由传统农业向现代化农业转变，必须要求农业科技有一个大的发展，进行一次新的农业技术革命。对有着悠久历史的我国来说，农田实施机械化节水灌溉将不仅是科技的发展，也是国家经济的发展，是关乎民生根本的巨大进步。
1.1课题来源
课题来源于南通科技应用研究计划项目
该项目是由大学与南通市水利局两个单位人员组成的课题组，在2003年开发的南通市“三联灌区节水灌溉自动控制系统”中荣获2004年省科技进步三等奖。该项目实现了农田灌区大量数据采集和计算机远程控制，也实现了市局与灌区的无线远程控制，但由于在灌区农田中铺设有线网络，一方面不利于农田耕作，另一方面也需要较高成本，难以有效推广应用。因此该课题组在2006年开发的“基于网络的南通市水利地理信息系统关键技术研究与应用”(该项目获2007年江苏省水利科技进步三等奖、南通市科技进步三等奖)中实现了是区域范围内一万多条1-4级河道及其设施管理的基于网络的河道地理电子信息系统。自主研发了专用的WEBGIS的地图远程发布组件和基于COM模型的后台WEBGIS中间件，提高了运行效率，为水利数字化工作的推广应用奠定了基础。但未能继续进一步开发。
本课题就是试图以南通市多灌区为实验场地，以三联灌区节水灌溉自动控制系统、基于网络的南通市水利地理信息系统为基础，利用物联网技术，开发无线监测节点并构建无线传感网，进一步提升节水灌溉技术的水平和降低成本。
1.2研究意义
水是一切生命的能量来源，合理灌溉对农业来说是至关重要的。虽然我国的农田灌溉建设有着相当悠久的历史，但现代化水平却并不高。我国的传统农业灌溉方法主要是引水到田，无法判断出水量也无法得知农田的缺水量，很容易造成灌溉过量或不够，自动化灌溉系统水平较低成为制约我国农业高效发展的主要原因。随着机械化自动化水平的提高，节水灌溉已逐渐开始在我国农业中广泛应用，这不仅仅是简单的技术改进，而且关系到农业经济发展的根本，是实现水资源的可持续利用战略以及实现从粗放到集约经营战略的具体体现。自动控制节水灌溉技术的高低不仅代表着我国农业的发展状况还代表了我国机械现代化的普及情况，也是我国综合国力的体现。
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，物联网通过智能感知、识别技术、普适计算与泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。它是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合而形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。
对于物质种类繁多的农业，通过物联网将农作物的生长状态、土壤温湿度、空气温湿度与机器设备、应用软件以及人的操控紧密结合，将对农业经济方面产生很大的影响。节水灌溉不仅涉及物联网技术还有工程、农业、生物、自动化、通信等多个方面。由众多无线传感器形成的组网将自动感应土壤的水分及温度，并在设定条件下与接收器通信，传输至节水灌溉土壤参数监测软件平台。然后根据已知的各农作物需水量控制灌溉系统的阀门打开、关闭，从而达到自动节水灌溉的目的。正由于传感器网络具有如多跳路由、实时信息传输、自组网络及网络通信时间同步等优点， 使农业灌溉区域的面积、采集节点个数可以不受限制，因此可以灵活增减轮灌组。加上节点具有土壤、植物、气象等测量采集装置，利用通信网关的TCP/IP通信协议功能与串口通信技术结合，形成灌区动态管理土壤参数采集分析技术，配合作物需水信息采集与精量控制灌溉技术、专家系统技术等，可构建高效、低能、低投入、多功能的农业节水灌溉平台。用户还可将其应用在除农田以外的花园绿地、公路隔离带、林木园区等区域，实现农业与信息技术相结合的机械化、自动化、节能化。
1.3国内外的研究现状
1.3.1国外现有技术
国外的灌溉系统尤其是美国、日本、西班牙和以色列等国家，他们的节水灌溉大规模机械化起步早，发展时间长，电子技术水平较高。目前已普遍采用计算机控制土壤的温湿度，并且可以通过植物的根茎直径大小来判断其生长时期，从而准确的控制输水量。在温室等设施内中较多使用的是小型灌溉控制器，该控制器以精密、灵活、省力、人性化著称，不仅可以同时自动控制几十路电阀，还可以加入自定义灌溉时间，精确到开始时间、结束时间以及循环时间间隔等。以色列更是利用数据的无线传输技术，研制了在家利用电脑对灌溉过程进行全部控制的系统。以色列同时开发多种系列的自动灌溉配套设备，比如电动和水动遥控电磁阀、减压阀、调压阀、安全阀和流量控制阀等[1]。发达国家为了满足对灌溉系统管理的快捷、准确、灵活的要求，非常重视计算机技术、空间信息技术和网络技术等高新技术的应用。
1.3.2国内现有技术
国内的节水灌溉技术相较于一些发达国家而言还远远不够成熟，虽然我国的耕地面积已经高达19.5亿亩，但是一半以上都没有机械灌溉方面设施，三分之二的有效灌溉面积至今仍是沿用古老的灌溉方法。因此国内的自动控制灌溉系统方面仍处于研发、试用阶段，虽然可以进行实际应用，但广泛投入使用的灌溉控制器还不多见。我国主要的自动化灌溉技术大都是以单片机为核心的远程控制，上位机或采用DOS操作系统，或采用windows 32操作系统，对远程数据的监测及水泵阀门的控制还不是很到位。目前国内的自动灌溉技术有：
（1）采用计算机监控系统进行集中管理的大规模灌溉工程，各模块系统彼此之间的信息是通过高速数据通道进行传送，并且都能保持独立工作，其控制方式也摆脱了单一的水量控制，加入了时间控制及综合控制等。
（2）北京农工业工程大学研制的智能灌溉控制器，以803l单片机为核心，该控制器可以按照任意设定周期进行灌溉控制，也可以根据检测的土壤水分状况进行闭环控制，能够控制多路灌溉系统进行多种方式灌溉，该系统已成功用于北京航空航天大学体育场，从投入运行的情况来看，情况良好。
（3）以集散控制系统为主要组成方式的温室计算机控制系统，以法国Richel和以色列温室系统为研究对象，综合分析了温室灌溉系统的要求和特点，采用了面向对象编程技术和事件驱动方式，使其能及时响应用户请求。该系统最大的优点便是拥有强大的信息查询系统和实时处理能力。
（4）以单片机控制为核心的多用途节水灌溉控制系统，能应用于多种作物的节水灌溉控制系统，该系统的特点便是采集了与灌溉控制密切相关的三个主要因素作为综合控制对象[2]。
综合来看，国内的自动灌溉技术在国外先进技术的影响下，虽然处于紧锣密鼓的研究与创新中，但其适用范围也仅仅是一些实验室的试验点、试用点，并没有在全国范围内大规模普及，究其原因可能有以下几点：
（1）研究范围较小，只适应于小范围的灌溉，没有投入大规模的实验及使用。
（2）造价成本高，普通农民消费不起。自动灌溉需要大量的传感器及采集器还有相应的硬件设备，一次性买入性价比不高，对农民来说是高额消费。
（3）操作较复杂，需要的技术含量较高。需要一定的知识水平才能掌握其操作，还有一些定期的数据修改，及系统维护，完全颠覆了农民对灌溉的认识。
所以研究适合大众使用，方便操作的自动灌溉控制系统尤为重要。基于WSN的节水灌溉土壤参数监测软件平台不仅性能稳定，操作简单，而且参照了许多农作物需水信息表，能准确、方便、节约地进行自动灌溉工作。
1.4课题研究主要内容及论文结构
1.4.1研究主要内容
基于WSN的节水灌溉系统（以下简称节水灌溉系统）是促进新型农业发展的利器，也是促进农业经济发展的有力推手。本课题是基于WSN的节水灌溉土壤参数监测软件平台，即节水灌溉系统的上位机部分。主要研究内容包括：1、建立一个软件检测平台；2、该平台包括登陆、无线通信、串口通信、数据查询的功能，使用户可以在操作界面内完成数据接收、数据查询等操作；3、建立一中心数据库，将接收到的数据信息以及农作物需水量表存放在中心数据库中。
1.4.2论文结构
基于以上主要研究内容，论文分为五章，以下是各章主要内容：
第1章绪论，介绍课题来源、研究意义、设计目标、主要任务，还介绍了国内外在这方面的研究现状。
第2章系统设计方案，介绍整个系统的组成结构、功能需求。将系统分为上位机、下位机两个部分，分别介绍每个部分的结构设计。并且分析了物联网系统的组成及三层结构划分。
第3章软件平台设计，首先介绍了软件平台的整体结构。将整个上位机分为四个模块，分别是登录模块、无线通信模块、串口通信模块、数据查询模块，接着开始逐个模块设计的具体介绍。包括每个模块的流程分析，相关技术分析，所用函数分析、代码分析以及最终的实现界面展示。
第四章系统调试，首先分析了该系统的技术难点。然后开始系统调试，并阐述调试中的所遇问题及解决方案。
第五章总结与展望，首先对整个设计进行总结，阐述设计结果。接着总结设计不足之处，并且展望基于WSN的节水灌溉土壤参数软件平台的发展前景。
第二章 基于WSN的节水灌溉系统设计
基于物联网的节水灌溉系统是节水灌溉自动化的进一步升级，从节水灌溉实施的需求出发，结合WSN的特点，研究面向节水灌溉控制系统的WSN农田数据采集与传输系统，开发出一套基于无线传感器网络的多灌区节水灌溉控制系统。
2.1系统功能需求
2.1.1主要任务
本课题拟构建基于无线传感器网络技术的农田温、湿度等参数的状态在线监测系统，创建一种WSN灌区环境参数采集的数据传输方法，为实现精确农业信息获取“高密度、高速度、高准确度、低成本”的目标取得了新的进展，通过分析精确灌溉实施需求和WSN的特点，研究灌区的划分方法，设计一个分层结构的WSN，使各采集节点之间能够自组织形成网络，传感器节点将采集的数据发送给自己的本簇节点，由本簇节点进行数据处理后再发送给上一级簇头节点，直至发送到检测中心。检测中心可以通过串口或者3G访问数据，实现在线监控。
灌区自动控制系统采用由控制主机、现场控制单元、传感器、3G无线传输网络构成的具有三级结构的集散型控制系统（DOS）。可同时对一个灌区内多个灌溉小区农作物生长水分状况进行监测和控制。一台计算机作为中央控制级，其主要任务是完成对灌区各种仪表和计算机之间的通信；在各个灌溉小区，均有一套现场控制单元作为就地控制级，对采集的数据进行存储、预处理，并控制现场电动闸阀和水泵动作。通过3G无线通信将所有现场单元信息传输至中央监测中心，以实现整个灌溉区域内控制设备的无线通信和控制。
该系统经过提升和完善可以达到下面效果：针对农田各部分土壤温湿度等参数状态进行监测，采集水分信息，并转码经过无线发射至监测中心。监测中心利用3G网无线接收农田的温湿度参数，存入数据库。设计人机友好界面软件平台，在该平台中实现实时数据接收，处理，查询等相关操作。
2.1.2物联网系统分析
物联网按系统功能结构可以划分为三个层次：感知层、网络层、应用层。感知层是解决人类世界和物理世界的数据获取问题，由各种传感器以及传感器网关构成。传输层也被称为网络层，是解决感知层所获得的数据在一定范围内，通常是长距离的传输问题。主要完成接入和传输功能，是进行信息交换、传递的数据通路，包括接入网与传输网两种。应用层也可称为处理层，是解决信息处理和人机界面的问题。
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