基于ZigBee的蔬菜大棚自動(dòng)灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1.武漢工程大學(xué) 電氣信息學(xué)院，武漢 430073； 2.湖北省視頻圖像與高清投影工程技術(shù)研究中心，武漢 430073)

0 引言

從傳統(tǒng)粗放生產(chǎn)變革到現(xiàn)代精準(zhǔn)生產(chǎn)，我國(guó)的農(nóng)業(yè)水平正在朝著現(xiàn)代化不斷發(fā)展，當(dāng)前的社會(huì)環(huán)境下，國(guó)家將智慧農(nóng)業(yè)設(shè)為目標(biāo)，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全面朝向信息化轉(zhuǎn)變，由此占據(jù)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的制高點(diǎn)[1]。在這種條件下，智慧園林、智慧養(yǎng)殖、智慧灌溉等技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其中蔬菜大棚的智能灌溉技術(shù)也逐漸進(jìn)入到社會(huì)的視線里。

對(duì)于智能設(shè)備的多樣化發(fā)展，大多的技術(shù)也逐漸替代了傳統(tǒng)的人工灌溉。在現(xiàn)有的灌溉系統(tǒng)中，由于ZigBee技術(shù)不兼容傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議(transmission control protocol/internet protocol，TCP/IP)無(wú)法直接連入互聯(lián)網(wǎng)，使其與上位機(jī)的通訊十分困難，對(duì)大棚的監(jiān)控和管理也難以實(shí)現(xiàn)[2-4]。一些系統(tǒng)采用全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)(global system for mobile communications，GSM)的數(shù)字通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)和決策的集成，但由于其成本較高，技術(shù)還未全面推廣[5]。其他的灌溉系統(tǒng)研究中加入了KcET0等算法進(jìn)行優(yōu)化處理，從而在節(jié)水灌溉方面達(dá)到完備的控制效果，但在大棚中由于各蔬菜的成長(zhǎng)情況不同，因此操作的可行性較低[6-7]。在控制灌溉方面，當(dāng)前大多系統(tǒng)采用PID的控制方法，但在實(shí)際工業(yè)的過(guò)程中，模型具有非線性特征，其控制方式無(wú)法達(dá)到良好的控制性能，對(duì)工況的適應(yīng)能力較差。而模糊控制的方式能夠在較遠(yuǎn)的偏離區(qū)域內(nèi)也可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的控制效果，但其本身消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的性能較差，無(wú)法達(dá)到較高的控制精度[8-11]。因此設(shè)計(jì)了一套基于ZigBee技術(shù)的蔬菜大棚自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，采用結(jié)合模糊控制和PID控制的復(fù)合切換算法，優(yōu)化系統(tǒng)的通訊連接和控制方式。

1 總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要包括終端節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、WiFi模塊以及上位機(jī)共4部分，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。終端節(jié)點(diǎn)采集獲得大棚內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)接收到各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的環(huán)境數(shù)據(jù)后，采用串口通信透?jìng)鹘oWiFi模塊，WiFi模塊與上位機(jī)建立TCP連接，將接收的數(shù)據(jù)發(fā)給遠(yuǎn)端服務(wù)器，上位機(jī)接收后實(shí)時(shí)顯示管理相應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)。上位機(jī)通過(guò)加入模糊控制和PID控制復(fù)合切換的Fuzzy-PID算法，根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)切換控制模式，將采集的空氣溫濕度和光照強(qiáng)度代入分析，通過(guò)算法得到需要的灌溉量，再依照參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)，確定該作物要達(dá)到土壤濕度的最適值，控制電磁閥的啟動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)不同生長(zhǎng)狀況的作物的實(shí)時(shí)自動(dòng)控制灌溉效果，進(jìn)一步達(dá)到遠(yuǎn)程節(jié)水灌溉的要求。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 終端節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

終端節(jié)點(diǎn)采用CC2530作為主控芯片，由電源模塊、串口模塊、功放模塊、天線模塊、顯示模塊、傳感器模塊和控制模塊共同組成，其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 終端節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

電源模塊選用AMS1117芯片，將接入的5 V電壓轉(zhuǎn)化為3.3 V的固定輸出電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)CC2530芯片的實(shí)時(shí)供電。串口模塊選用CH341芯片，實(shí)現(xiàn)USB的轉(zhuǎn)接，可由5V輸出電源為其供電，可通過(guò)串口電路對(duì)終端節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。功放模塊選用CC2591芯片，加入巴倫電路將CC2530和CC2591相連，提高節(jié)點(diǎn)的輸出功率和接收靈敏度，延長(zhǎng)其通訊范圍。天線模塊采用PCB天線與SMA無(wú)源全向天線的雙天線模式，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的傳輸。顯示模塊設(shè)置LED指示燈，反應(yīng)節(jié)點(diǎn)的通信狀態(tài)和工作情況。

傳感器模塊由空氣溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器及光照傳感器組成?？諝鉁貪穸葌鞲衅鬟x用DHT11，可3.3 V電源供電，DATA用于DHT11與CC2530的通訊和同步，在數(shù)據(jù)端和電源正之間接4.7 K的上拉電阻，提高穩(wěn)定性。土壤濕度傳感器選用EC-5，輸出模擬信號(hào)，反應(yīng)靈敏，可靠性高。光照傳感器選用ISL29020，其功耗低，低光照條件下的靈敏度高。

控制模塊采用繼電器控制電磁閥的開(kāi)關(guān)，從而控制對(duì)作物的灌溉。采用SRD-24VDC-SL-C繼電器，在CC2530和繼電器之間加入TLP521-2的光耦，可有效延長(zhǎng)繼電器的使用壽命。

2.2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件構(gòu)成與終端節(jié)點(diǎn)基本相同，其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。增加復(fù)位模塊，復(fù)位電路與RESET引腳相連，通過(guò)按鍵使得CC2530能及時(shí)復(fù)位，防止工作過(guò)久系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題。

圖3 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

在串口模塊設(shè)置了跳線，通過(guò)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)對(duì)協(xié)調(diào)器進(jìn)行設(shè)置，原理圖如圖4所示。開(kāi)關(guān)在上部是將CH341與WiFi模塊相連，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)WiFi模塊的設(shè)置；開(kāi)關(guān)在中部是將CC2530與WiFi模塊相連，實(shí)現(xiàn)CC2530和WiFi模塊之間的通信和數(shù)據(jù)接收；開(kāi)關(guān)在下部是將CC2530與CH341相連，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)CC2530的設(shè)置。通常將開(kāi)關(guān)撥到中部使得系統(tǒng)可以正常工作。

圖4 串口跳線原理圖

2.3 WiFi模塊硬件設(shè)計(jì)

WiFi模塊選用RTL8710芯片，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，支持802.11 b/g/n 2.4GHz協(xié)議，由電源模塊、串口模塊、天線模塊和顯示模塊共同組成，其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。電源模塊選用AMS1117，提供3.3V的供電。串口模塊選用CH341，用來(lái)轉(zhuǎn)接USB接口。天線模塊采用SMA無(wú)源全向天線，增強(qiáng)信號(hào)的接收。顯示模塊設(shè)置LED燈顯示W(wǎng)iFi模塊的工作狀態(tài)。

圖5 WiFi模塊結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

終端節(jié)點(diǎn)首先對(duì)串口進(jìn)行初始化，檢查網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)置，若未檢測(cè)到相應(yīng)參數(shù)，則需等待串口發(fā)送命令，對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。然后偵聽(tīng)是否存在ZigBee網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)搜索到網(wǎng)絡(luò)存在時(shí)，則發(fā)送請(qǐng)求加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，若加入網(wǎng)絡(luò)未能成功，則等待1 s后重新搜索網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求。成功加入網(wǎng)絡(luò)后，觸發(fā)事件啟動(dòng)定時(shí)器設(shè)置為5 s，到達(dá)時(shí)間后，終端節(jié)點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，之后將節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)和數(shù)據(jù)打包，通過(guò)調(diào)用函數(shù)將數(shù)據(jù)包發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。終端節(jié)點(diǎn)的程序流程如圖6所示。

圖6 終端節(jié)點(diǎn)程序流程圖

3.2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)首先對(duì)串口進(jìn)行初始化操作，檢查網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)置，若未檢測(cè)到相應(yīng)參數(shù)，則需等待串口發(fā)送命令，對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。然后進(jìn)行信道的掃描，掃描出通信范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)信息，選擇合適的信道和ID，建立起一個(gè)新的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，保持監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，允許其他節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)并為其分配節(jié)點(diǎn)地址。當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)成功加入網(wǎng)絡(luò)后，協(xié)調(diào)器從串口接收上位機(jī)命令，并將命令發(fā)送給終端節(jié)點(diǎn)，傳感器接收到相應(yīng)指令后進(jìn)入工作狀態(tài)，開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)成功接收到數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷處理，獲取出對(duì)應(yīng)的終端節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)，通過(guò)串口透?jìng)鹘oWiFi模塊。若未能成功接收數(shù)據(jù)，則等待1 s后重新進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)程序流程如圖7所示。

圖7 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)程序流程圖

3.3 WiFi模塊軟件設(shè)計(jì)

WiFi模塊是實(shí)現(xiàn)WiFi和ZigBee網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換，首先初始化串口，檢查參數(shù)的設(shè)置，然后尋找到WiFi網(wǎng)絡(luò)并成功加入，創(chuàng)建用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(User Datagram Protocol，UDP)端口，通過(guò)連接TCP服務(wù)器，將協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)(Web Services Dynamic Discovery，WS_Discovery)協(xié)議，采用Ad_Hoc模式實(shí)現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能，在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)通過(guò)廣播發(fā)送探測(cè)消息，依據(jù)信息條件找到目標(biāo)服務(wù)。而目標(biāo)服務(wù)獲取到相關(guān)的探測(cè)消息后，對(duì)其信息進(jìn)行條件判斷，滿足條件則回復(fù)信息到客戶端，客戶端得到信息后進(jìn)行分析，調(diào)用合適的服務(wù)運(yùn)行。而軟件設(shè)計(jì)將此協(xié)商流程簡(jiǎn)化，內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制的形式，使得WiFi模塊和上位機(jī)軟件可自動(dòng)建立TCP連接，從而省去重新設(shè)置地址等操作。

首先啟用WiFi模塊，通過(guò)找尋網(wǎng)絡(luò)成功創(chuàng)建一個(gè)新的UDP端口。開(kāi)始啟用上位機(jī)，在上線時(shí)通過(guò)UDP以廣播的形式發(fā)送一個(gè)Hello消息。WiFi模塊作為接受者接收到消息后，將自身的服務(wù)編號(hào)攜帶打包，通過(guò)廣播回復(fù)一個(gè)Probe消息給服務(wù)器。上位機(jī)在接收到Probe消息后，對(duì)消息攜帶的相應(yīng)信息進(jìn)行判斷處理，若滿足此Probe消息的條件，則將自身攜帶IP地址和端口號(hào)打包，回復(fù)一個(gè)探針匹配(Probe Match，PM)消息給WiFi模塊。WiFi模塊確認(rèn)接收到PM消息，可成功連接上TCP服務(wù)器，直接調(diào)用其IP地址。

參考消息網(wǎng)11月19日?qǐng)?bào)道，西媒稱(chēng)，租用一部高端手機(jī)一年，或者每月支付一定費(fèi)用租用時(shí)裝成為中國(guó)年輕人的新時(shí)尚，這些流行趨勢(shì)正在改變中國(guó)的消費(fèi)習(xí)慣。

由于ZigBee和WiFi都采用2.4GHz的工作頻段，在該頻段上，這兩種協(xié)議之間存在信道重疊的現(xiàn)象，而使用相同的頻段進(jìn)行通信時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)噪聲干擾，使得傳輸發(fā)生沖突。因此，系統(tǒng)使用非協(xié)同的工作方式，WiFi先選取1、6、11三個(gè)信道發(fā)送信號(hào)，然后ZigBee網(wǎng)絡(luò)選擇與WiFi信道不重疊的11、15、20、26信道，并設(shè)置只保留這四個(gè)信道一直通信，通過(guò)選擇互不重疊的動(dòng)態(tài)信道進(jìn)行分配，從而避免ZigBee和WiFi同時(shí)占用相同的信道，最大程度地減小了兩者之間的干擾。

3.4 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)采用Visual Studio軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，界面設(shè)計(jì)包含登錄界面和監(jiān)控界面。通過(guò)登錄界面控制由固定用戶才可進(jìn)行使用，保證系統(tǒng)的安全性。通過(guò)監(jiān)控界面實(shí)時(shí)查看各節(jié)點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)和圖象曲線，可以根據(jù)數(shù)據(jù)采集結(jié)果提示是否需要灌溉以及灌溉的需求量，由此控制電磁閥進(jìn)行灌溉，實(shí)現(xiàn)在滿足設(shè)定條件下的自動(dòng)控制。

3.5 復(fù)合切換控制器設(shè)計(jì)

對(duì)于大棚內(nèi)不同生長(zhǎng)狀態(tài)的作物，從土壤濕度方面來(lái)看，通過(guò)設(shè)置上下限范圍的閉環(huán)設(shè)計(jì)不能做到有效的控制。因此設(shè)計(jì)一種Fuzzy-PID的復(fù)合切換控制器，當(dāng)系統(tǒng)和實(shí)際情況相比存在較小的偏差時(shí)，控制方式選用為PID的控制，從而減小其靜態(tài)誤差；而當(dāng)兩者之間的偏差較大時(shí)，則切換為模糊控制的方式，從而加快其響應(yīng)速度?？刂圃砜蛉鐖D8所示。

圖8 Fuzzy-PID復(fù)合控制原理框圖

在模糊控制器中，雙輸入變量為土壤濕度偏差e(t)和偏差變化率ec(t)，單輸出變量為灌溉量u(t)，設(shè)第t個(gè)時(shí)刻土壤濕度的實(shí)際測(cè)量值和設(shè)定值為H(t)和Hd(t)，則它們之間的關(guān)系為：

e(t)=Hd(t)-H(t)

(1)

ec(t)=e(t)-e(t-1)

(2)

設(shè)定e(t)和ec(t)的論域?yàn)閇-30，30]和[-6，6]，量化論域?yàn)閇-6，6]，u(t)的論域?yàn)閇0，60]，量化論域?yàn)閇0，6]，量化因子kj和比例因子ku關(guān)系為：

(3)

(4)

其中:lj為輸入變量量化論域最大值，xj為輸入變量論域最大值，yu為輸出變量論域最大值，n為輸出變量量化論域最大值。根據(jù)式(3)得量化因子ke=0.2，kec=1。根據(jù)式(4)得比例因子ku=10。

根據(jù)理論結(jié)果，土壤濕度偏差小于2%RH時(shí)，采用PID進(jìn)行控制較好，濕度偏差超過(guò)6%RH時(shí)，采用模糊控制可以達(dá)到更好的控制效果，從而采取中間形梯形隸屬函數(shù)的切換算法，平穩(wěn)的切換這兩種控制方法。規(guī)定將復(fù)合控制器的輸出設(shè)為UF-P，模糊控制器的輸出設(shè)為UFuzzy，PID控制器的輸出設(shè)為UPID，切換的規(guī)則為IfeisythenUF-PisUPID，elseUF-PisUFuzzy。得到模糊切換的隸屬度函數(shù)如圖9所示。

圖9 模糊切換隸屬度函數(shù)

(5)

設(shè)λ作為UPID的控制權(quán)重，則(1-λ)為UFuzzy的控制權(quán)重，通過(guò)加權(quán)平均法，計(jì)算得到輸出UF-P為:

UF-P=λUPID+(1-λ)UFuzzy

(6)

根據(jù)數(shù)學(xué)模型，設(shè)定被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為：

(7)

(8)

其中:K為靜態(tài)增益，y(t)為土壤濕度，其值根據(jù)時(shí)間變化。采用無(wú)量綱形式，取部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到：

(9)

以冬季的番茄為例，給出灌溉量與各環(huán)境參數(shù)的關(guān)系為：

Q=2.76306 exp(0.006766t1-0.00523h1+0.030928l1)

(10)

其中:Q為灌溉量，t1為溫度，h1為濕度，l1為光照強(qiáng)度。將式(9)進(jìn)行拉普拉斯反變換得到：

y(t)=(-76)*heaviside(t-42)*

(exp(42/18-t/18)-1)

(11)

將t設(shè)為灌溉量Q，y(t)設(shè)為土壤濕度Hd，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算的灌溉量與土壤濕度的轉(zhuǎn)換。

4 系統(tǒng)測(cè)試與分析

系統(tǒng)使用4個(gè)終端節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行丟包測(cè)試、功能測(cè)試和控制效果仿真比較。將4個(gè)節(jié)點(diǎn)分別放置在離協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)20～80 m的范圍內(nèi)，設(shè)置節(jié)點(diǎn)在10分鐘內(nèi)發(fā)送1000個(gè)數(shù)據(jù)包，發(fā)送完畢后，分別對(duì)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)的接收包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得出ZigBee和WiFi網(wǎng)絡(luò)的丟包率，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1中測(cè)試結(jié)果顯示，在周?chē)?0 m的范圍內(nèi)，隨著距離的增加，ZigBee的丟包率會(huì)隨之提升，但總體范圍內(nèi)的平均丟包率為3%，可以適用于大棚環(huán)境中；而WiFi網(wǎng)絡(luò)的連接比較穩(wěn)定，丟包率為0。通過(guò)增加功放模塊、天線、

表1 網(wǎng)絡(luò)丟包率測(cè)試

巴倫電路等硬件，優(yōu)化了系統(tǒng)的通訊效果，能夠在較遠(yuǎn)的距離保持穩(wěn)定的通訊連接。

將4個(gè)終端節(jié)點(diǎn)放置于大棚內(nèi)進(jìn)行功能測(cè)試。監(jiān)控界面如圖10所示，在監(jiān)控界面中，啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)后成功建立網(wǎng)絡(luò)連接，選擇節(jié)點(diǎn)2，點(diǎn)擊開(kāi)始數(shù)據(jù)采集，界面實(shí)時(shí)的顯示出該節(jié)點(diǎn)采集的各環(huán)境數(shù)據(jù)。通過(guò)采集得到的空氣溫度、空氣濕度和光照強(qiáng)度，根據(jù)式(10)計(jì)算出該節(jié)點(diǎn)中作物的灌溉需求量，由此提示是否需要灌溉，自動(dòng)啟用灌溉功能，整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)的工作運(yùn)行正常。

圖10 上位機(jī)監(jiān)控界面

以節(jié)點(diǎn)2的數(shù)據(jù)為例，通過(guò)算法計(jì)算得出需要的灌溉量為48 ml，根據(jù)式(11)獲得對(duì)應(yīng)的土壤濕度約為33%RH最為合適，仿真用3種控制方式達(dá)到土壤濕度的最適值，其響應(yīng)結(jié)果如圖11所示。根據(jù)結(jié)果對(duì)比可以得出，采用PID的控制方式會(huì)存在較大的超調(diào)量，與另外兩種控制方式相比，其需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到最適值；采用模糊控制的方式會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差；而采用復(fù)合控制的效果優(yōu)于其他控制方式，系統(tǒng)只需較短的時(shí)間就能達(dá)到最適值，其控制的穩(wěn)態(tài)誤差不超過(guò)0.6%，具有更加優(yōu)良的性能，適用于蔬菜大棚的節(jié)水灌溉中。

圖11 響應(yīng)結(jié)果對(duì)比圖

5 結(jié)束語(yǔ)

所設(shè)計(jì)的蔬菜大棚自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，在運(yùn)用ZigBee無(wú)線采集的基礎(chǔ)上結(jié)合WiFi通訊技術(shù)，通過(guò)硬件的優(yōu)化設(shè)計(jì)提升了節(jié)點(diǎn)之間的通信效果，采用非協(xié)同的工作方式解決兩種通信方式的沖突問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種復(fù)合切換控制器，對(duì)不同成長(zhǎng)情況的作物進(jìn)行更好的控制灌溉效果。整個(gè)系統(tǒng)的工作正常，在較遠(yuǎn)的距離范圍內(nèi)通訊連接穩(wěn)定，成本較低且可靠性強(qiáng)，在當(dāng)今設(shè)備智能化發(fā)展的時(shí)代，具備廣闊的應(yīng)用前景。