基于STM32与模糊逻辑控制的云边端协同农业灌溉闸门测控系统研发与应用

本文设计了一种基于STM32嵌入式微处理器和模糊逻辑（FL）控制的集成式闸门灌溉系统，采用“云-边-端”（CEEA）协同架构，整合物联网（IoT）与传感器技术，实现灌溉流量精准调控（误差±5%）、远程监控与数据可视化，显著提升水资源利用效率，为中小型农业灌区现代化提供关键技术装备。

　　

Highlight

系统整体方案设计

为应对我国灌溉渠道基础设施老化与管理落后导致的水资源利用效率低下问题，本研究开发了一套基于STM32的集成式闸门灌溉控制系统。系统融合物联网传感器技术、嵌入式微处理器、通信技术与模糊逻辑（FL）控制算法，由现场闸门终端、本地与远程控制系统组成。现场闸门终端包含测控一体化闸门结构、主控制器、传感器群、通信模块及电机驱动单元等部分。

试验场地与方案

闸门安装于江苏省盐城市射阳县临海农场，选取水稻拔节期进行性能验证，通过模拟实际灌溉条件开展综合测试。在渠道一侧划定两个试验田块，每个田块长5米、宽2米，面积10平方米。试验内容涵盖多个方面：首先验证闸门开度精度与响应时间；其次评估本地控制与远程控制模式下流量调控的相对误差（约1%）；最后分析流量与闸门开度、流量与闸后水位的相关性（后者R2高达0.99），并测试自动流量控制的稳定性（误差保持在±5%以内）。

Discussion

当前系统仅在水稻田中央部署单一LoRa水位传感器，虽能反映中央区域水位，但因地形、渗漏及进出水口位置等因素，单点数据无法全面代表整个田块的水位分布。为提高监测精度，应在关键位置（如进水口、排水口及地势低洼处）加装水位传感器，构建多点监测网络，从而更精确地指导灌溉决策，提升系统整体的鲁棒性与适用性。

Conclusions

本研究设计并开发了一套基于云边端协同的集成式闸门灌溉控制系统，结合模糊逻辑（FL）控制算法进行Simulink仿真。仿真结果表明，系统能精确控制闸门开度，响应快速且稳定，可适应流量与水位的动态变化，确保灌溉水量精准调控与节水效益。模糊控制无需精确模型，鲁棒性强，尤其适用于非线性、时变的开放渠道灌溉环境，为提升农业水资源管理智能化水平提供了有效解决方案。