搭建基于K10行空板的“智慧灌溉系统模型”- Makelog(造物记)

项目来源

依据新课标中第四学段八年级“物联网实践与探索”内容要求，结合跨学科主题，设计了“智慧农业”子系统——“智慧灌溉系统”项目。

项目介绍

在“智慧灌溉系统”项目中，学生将使用温湿度传感器获取环境数据；通过土壤湿度传感器获取农作物土壤数据。结合所学生物知识，设置最适合的土壤湿度阈值，根据当前土壤湿度数据、环境温湿度数据、未来降雨概率，综合评估做出是否启动水泵进行灌溉的判断，实现设备的控制与反馈。

本项目中的主控器为K10行空板，作为系统的“智能终端”，连接多种传感器和水泵开关执行器，作用是放在温室中，采集农业数据；电脑端（或者一体机）启动SIOT V2.0，模拟主控室的中控大屏及服务器，可用于远程获取农业数据和发出控制水泵启停指令。

项目视频

https://www.bilibili.com/video/BV1YmcyekE6P/?vd_source=79897a9c12cc3763b17636207fba7e32 （文章末尾有视频介绍）
项目能力结构

（一）基础理论知识

智慧灌溉的基本概念与原理：介绍灌溉的定义、分类及其在农业生产中的作用，以及智慧灌溉的原理、特点和发展历程。

物联网的基本概念：解释物联网的定义、组成要素（如传感器、网络、平台等）及其在智慧灌溉中的应用。

传感器的定义与分类：讲解传感器的基本概念，包括其定义、工作原理以及在智慧灌溉中常见的传感器类型，如土壤湿度传感器、温湿度传感器、流量传感器等。

（二）关键技术与设备

传感器技术：深入讲解各种传感器的工作原理、性能参数以及如何选择合适的传感器来满足智慧灌溉系统的需求。

物联网通信技术：介绍智慧灌溉系统中使用的物联网通信协议（MQTT），以及它的特点和应用场景。

数据采集与处理：教授如何通过传感器采集灌溉相关的数据（如土壤湿度、环境温湿度等），并进行数据处理和分析，以支持灌溉决策。

控制器与执行器：讲解控制器（如Raspberry Pi、Arduino等）的功能和工作原理，以及如何通过执行器（如水泵、阀门等）实现灌溉系统的自动控制。

（三）系统设计与实施

智慧灌溉系统架构设计：指导学生如何根据实际需求设计智慧灌溉系统的架构，包括传感器布局、控制器配置和通信网络搭建。

灌溉策略制定：教授如何根据作物的生长阶段和环境条件，制定合理的灌溉策略，包括灌溉时间、灌溉量等。

系统安装与调试：指导学生如何安装和调试智慧灌溉系统中的各个组件，确保系统能够正常运行。

（四）综合能力培养

问题解决能力：通过项目式学习，让学生在实际操作过程中遇到问题并自主解决，培养其分析问题和解决问题的能力。

团队合作与沟通能力：鼓励学生分组合作完成智慧灌溉项目的设计、实施与评价，提高团队协作和沟通能力。

创新思维与实践能力：激发学生的创新思维，鼓励他们尝试设计和实现具有创新性的智慧灌溉系统，培养实践能力。

项目原理

“智慧灌溉系统”的工作原理、流程大概如下所述：在农田或种植区域部署土壤湿度传感器、温湿度传感器。这些传感器能够实时监测土壤湿度、温度、空气湿度等影响作物生长的环境参数，为灌溉决策提供准确的数据支持。

传感器收集到的数据通过物联网通信技术（SIOT）传输到中央控制系统。这些数据可以上传至云端服务器或边缘计算设备，以便进行进一步的分析和处理。在电脑端双击start SIoT.bat运行SIOT V2，使电脑成为本项目的中央控制系统。记录本机IP并在MQTT初始化参数里设置成服务器地址。

中央控制系统对收集到的数据进行分析和处理，包括比较当前环境条件与预设的目标值，以及考虑作物的特定需求。基于数据分析的结果，控制系统会制定出最优的灌溉方案。这包括决定灌溉的时间、灌溉量，以确保作物获得适量的水分。一旦灌溉决策制定完成，控制系统会通过执行机构（水泵）来控制灌溉设备的操作。例如，当土壤湿度低于设定的阈值时，控制器会发出指令，开启执行器灌溉水源。系统会根据计算出的灌溉水量和灌溉时间来控制灌溉设备的工作。在灌溉过程中，系统会实时监控灌溉效果，并根据反馈信息调整灌溉方案。

系统会记录历史数据，包括土壤湿度、温度、降水量、灌溉量等。这些数据可以用于进一步分析，帮助用户了解灌溉效果，优化灌溉策略。