物聯(lián)網(wǎng)是世界信息產(chǎn)業(yè)繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的第3次浪潮。近年來，隨著智能傳感器、移動嵌入式系統(tǒng)、智能精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用正在逐步拓寬，可以實(shí)現(xiàn)科學(xué)監(jiān)測、科學(xué)種植，促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球33%的人口遭受著水資源短缺的困擾。到2030年，這個(gè)數(shù)字很可能上升到50%，這顯然突顯了缺水形勢的日趨嚴(yán)峻。而這其中，有約70%的取水量用于灌溉，傳統(tǒng)的方式使大約60%用于灌溉的水資源過度流失。可見，智能灌溉迫在眉睫。

“智能灌溉”仍然是一個(gè)相對較新的概念。大多數(shù)現(xiàn)有的智能灌溉控制器具有許多復(fù)雜的特征和功能。物聯(lián)網(wǎng)顯然是這一領(lǐng)域的最理想的解決方案。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能灌溉系統(tǒng)的結(jié)合，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更為智能化。

通過安裝在農(nóng)田中的傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測土壤的濕度、溫度等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)再通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中心處理系統(tǒng)進(jìn)行分析。然后，根據(jù)土壤的濕度和作物的需求，智能灌溉系統(tǒng)可以自動調(diào)整灌溉的時(shí)間和量，以達(dá)到最優(yōu)的灌溉效果。

智能灌溉系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)

智能灌溉系統(tǒng)是一種利用各種傳感器(如濕度傳感器、溫度傳感器、土壤含水量傳感器等)和自動控制設(shè)備，通過計(jì)算機(jī)或者移動設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的灌溉系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的主要目標(biāo)是提高灌溉的效率，減少水資源的浪費(fèi)，同時(shí)也能保證農(nóng)作物的健康成長。

智能灌溉系統(tǒng)是灌溉節(jié)水技術(shù)、農(nóng)作物栽培技術(shù)和節(jié)水灌溉工程運(yùn)行管理技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。智能灌溉系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實(shí)用性，精準(zhǔn)把握灌溉時(shí)機(jī)和數(shù)量，適用范圍廣，功能強(qiáng)大，操作簡單。可廣泛應(yīng)用于果蔬花藥等作物種植的大田、溫室、農(nóng)場、園林等場景。一般由傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線通信網(wǎng)絡(luò)、控制器、灌溉設(shè)備、云端服務(wù)器與用戶界面等幾部分組成。

傳感器網(wǎng)絡(luò)

這部分包括各種環(huán)境傳感器，例如土壤濕度傳感器，溫度傳感器，光照強(qiáng)度傳感器，土壤pH值傳感器等。這些傳感器可以提供實(shí)時(shí)的環(huán)境數(shù)據(jù)，幫助決定何時(shí)以及多少水進(jìn)行灌溉。

無線通信網(wǎng)絡(luò)

這個(gè)部分負(fù)責(zé)將傳感器收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器或者云端服務(wù)器。常見的無線通信技術(shù)包括Wi-Fi，ZigBee，LoRa，NB-IoT等。

控制器

控制器接收傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則或者算法決定灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。在一些高級的系統(tǒng)中，控制器可能會運(yùn)行機(jī)器學(xué)習(xí)或者人工智能算法，以實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的控制。

灌溉設(shè)備

無線采集終端檢測并將土壤溫濕度數(shù)據(jù)傳送給控制器，進(jìn)入控制終端，處理無線采集終端(如轉(zhuǎn)換、濾波、放大)發(fā)出的信號，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)測得的濕度小于預(yù)設(shè)值時(shí)，打開無線閥門控制器，開始灌溉。

同樣，當(dāng)濕度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，閥門控制器自動關(guān)閉灌溉。通過對智能灌溉系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，可實(shí)現(xiàn)灌溉智能控制，有效提高自動化生產(chǎn)效率，降低人力和管理成本，顯著提高效率。這個(gè)部分包括水泵，噴頭，閥門等硬件設(shè)備，用于執(zhí)行灌溉任務(wù)。

云端服務(wù)器與用戶界面

云端服務(wù)器與用戶界面：云端服務(wù)器通常用于存儲和分析傳感器數(shù)據(jù)，以及管理控制器的運(yùn)行狀態(tài)。用戶界面則可以讓用戶查看系統(tǒng)狀態(tài)，修改控制參數(shù)，以及查看歷史灌溉數(shù)據(jù)等。

智能灌溉系統(tǒng)的工作原理

智能灌溉系統(tǒng)的工作原理基于各種環(huán)境傳感器的輸入數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的算法，以最有效和高效地滿足農(nóng)作物的水分需求。

數(shù)據(jù)收集

智能灌溉系統(tǒng)會通過各種環(huán)境傳感器(例如土壤濕度傳感器、溫度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、風(fēng)速傳感器、降雨傳感器等)收集關(guān)于當(dāng)前環(huán)境條件的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)傳輸

收集到的數(shù)據(jù)將通過無線通信網(wǎng)絡(luò)(如LoRa、Wi-Fi、ZigBee、NB-IoT等)發(fā)送到控制器或云端服務(wù)器。

數(shù)據(jù)分析和決策

控制器或云端服務(wù)器會根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則、模型或算法對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并做出灌溉決策。這個(gè)決策過程可能考慮到了多種因素，包括當(dāng)前的土壤濕度、預(yù)測的天氣條件、植物的生長階段等。在一些更高級的系統(tǒng)中，可能會使用機(jī)器學(xué)習(xí)或者人工智能算法來做出更為精確的決策。

執(zhí)行灌溉

一旦決策完成，控制器會通過無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令給灌溉設(shè)備(如水泵、閥門、噴頭等)，執(zhí)行灌溉任務(wù)。

用戶交互

用戶可以通過用戶界面(通常是一個(gè)移動應(yīng)用或者網(wǎng)頁)查看系統(tǒng)狀態(tài)、更改控制參數(shù)、查看歷史灌溉數(shù)據(jù)等。

通過以上步驟，智能灌溉系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動化和智能化的灌溉，從而提高水資源的使用效率，減少水資源的浪費(fèi)，同時(shí)也能保證農(nóng)作物的健康成長。

智能灌溉系統(tǒng)的優(yōu)勢

智能灌溉市場以15.3%的復(fù)合年增長率保持增長，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到21億美元，因?yàn)檗r(nóng)業(yè)綜合企業(yè)和種植者積極采用智能灌溉技術(shù)來改善他們的日常運(yùn)營。

智能灌溉的優(yōu)勢是深遠(yuǎn)的。通過監(jiān)測土壤水分墑情，智能灌溉系統(tǒng)使種植者能夠使灌溉過程自動化并減少用水。除了更有效地消耗資源外，其他好處還包括：

1.盡量減少水浪費(fèi)，節(jié)約成本人力投入減少

2.土壤特性的保持統(tǒng)一，包括水分和養(yǎng)分含量

3.異常情況下的智能通知

4.維持長期的生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定

5.智能灌溉的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)生態(tài)

為了實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)勢，智能灌溉系統(tǒng)廣泛使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器。這些傳感器放置在現(xiàn)場，向中央網(wǎng)關(guān)發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后每當(dāng)濕度或溫度值超出預(yù)定范圍時(shí)，中央網(wǎng)關(guān)就會自動打開水泵。

結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)全球性的網(wǎng)絡(luò)，通過將數(shù)以十億計(jì)的物理設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，使得它們能進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與共享。物聯(lián)網(wǎng)的終極目標(biāo)，就是讓萬物都成為網(wǎng)絡(luò)的一部分。目前，我國農(nóng)業(yè)正處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型時(shí)期，全面實(shí)踐這一新技術(shù)體系的轉(zhuǎn)變，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇。智能灌溉系統(tǒng)不僅提高資源利用率，還讓農(nóng)戶收益增加，與政府“科技興農(nóng)”的利好政策融合，讓億萬農(nóng)民快速走上致富道路。

來源：耕云智造