基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)田節(jié)水灌溉系統(tǒng)解決方案

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1、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)田節(jié)水灌溉系統(tǒng)解決方案1.概述?目前，我國農(nóng)業(yè)用水量仍占全國總用水量的70％，而在全國用水量中，農(nóng)業(yè)蒸發(fā)消耗的水量約占90％[1]。所以，全國節(jié)水的重點(diǎn)在農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)節(jié)水的關(guān)鍵是減少農(nóng)田的蒸發(fā)蒸騰耗水量。由于農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率普遍低下，就全國范圍而言，水的利用率僅為45?%?，而水資源利用率高的國家已達(dá)70%?一80%?，因而，解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問題，對于緩解水資源的緊缺是非常重要的。在灌溉系統(tǒng)合理地推廣自動(dòng)化控制，不僅可以提高資源利用率，緩解水資源日趨緊張的矛盾，還可以增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，降低農(nóng)產(chǎn)品的成本。灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化的水平較低，這也是制約我國高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要

2、原因。以色列、日本、美國等一些國家已采用先進(jìn)節(jié)水灌溉制度。由傳統(tǒng)的充分灌溉向非充分灌溉發(fā)展，對灌區(qū)用水進(jìn)行監(jiān)測預(yù)報(bào)，實(shí)際動(dòng)態(tài)管理。采用傳感器來監(jiān)測土壤的墑情和農(nóng)作物的生長，實(shí)現(xiàn)水管理的自動(dòng)化。高效農(nóng)業(yè)和精細(xì)農(nóng)業(yè)要求我們必須提高水資源的利用率。要真正實(shí)現(xiàn)水資源的高效，僅憑單項(xiàng)節(jié)水灌溉技術(shù)是不可能解決的。必須將水源開發(fā)、輸配水、灌水技術(shù)和降雨、蒸發(fā)、土壤墑情和農(nóng)作物需水規(guī)律等方面統(tǒng)一考慮。做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水聯(lián)合調(diào)用，實(shí)現(xiàn)按期、按需、按量自動(dòng)供水。如今，水資源緊缺已成為制約我國乃至全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”，每年農(nóng)業(yè)用水更是占據(jù)了我國總用水量中的70%，農(nóng)業(yè)灌溉效率低下和用水浪

3、費(fèi)的問題普遍存在，因此發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、提高農(nóng)業(yè)用水利用效率是我國節(jié)水戰(zhàn)略中的重要環(huán)節(jié)。?2.系統(tǒng)方案概述托普物聯(lián)網(wǎng)研制的節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)依據(jù)不同地區(qū)、不同作物的不同需求，選擇不同的灌溉設(shè)施，并利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息化產(chǎn)品等先進(jìn)技術(shù)對農(nóng)田灌溉進(jìn)行監(jiān)控管理，保證適時(shí)適量地滿足作物生長所需要的水分從而達(dá)到節(jié)水灌溉及節(jié)水灌溉自動(dòng)化的目的。?適用范圍：本系統(tǒng)在應(yīng)用過程中不受地勢地形影響，可用在果園、農(nóng)田、溫室等灌區(qū)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化，達(dá)到節(jié)水目的。?系統(tǒng)建設(shè)：本方案給出了一個(gè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)的基本框架，它主要由中心主控系統(tǒng)、采集控制模塊、無線通訊模塊、土壤水分傳感器、氣象觀測站、電磁閥等設(shè)

4、備組成，具體結(jié)構(gòu)框圖如下：從節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)的框架圖中，我們可以看出該系統(tǒng)可分為傳感器與電磁閥、采集控制、數(shù)據(jù)傳輸及控制中心四部分，現(xiàn)對各個(gè)部分做進(jìn)一步的描述，：?1、傳感器與電磁閥：傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置是數(shù)據(jù)采集者。本系統(tǒng)中主要包括測量土壤水分的土壤水分傳感器，測量養(yǎng)分的養(yǎng)分儀，空氣溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感器等；電磁閥是本系統(tǒng)中自動(dòng)化的執(zhí)行設(shè)備，可與水泵、養(yǎng)分補(bǔ)充設(shè)備等相連。?2、采集控制設(shè)備：是指掌控?cái)?shù)據(jù)采集設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備工作的數(shù)據(jù)采集控制模塊，主要作用為：通過作物決策灌溉軟件的設(shè)置，掌控?cái)?shù)據(jù)采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，也根據(jù)決策軟件

5、發(fā)出的指令掌控電磁閥的開啟/關(guān)閉。?3、數(shù)據(jù)傳輸：本系統(tǒng)中采用無線傳輸模塊，即通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)將與之相連的用戶設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀nternet中一臺主機(jī)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程的透明傳輸。?4、控制中心主要由計(jì)算機(jī)和作物決策灌溉決策軟件組成，作物決策灌溉軟件是數(shù)據(jù)接收者及指令發(fā)出者，是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂，主要實(shí)行參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲打印及發(fā)送指令等功能。3、功能設(shè)計(jì)?灌溉自控系統(tǒng)主要由中心主控系統(tǒng)（主計(jì)算機(jī)、控制柜）、電磁閥、田間濕度傳感器（可測土壤濕度絕對值）、氣象觀測站（可測量氣溫、風(fēng)向、風(fēng)速）、數(shù)據(jù)采集指令傳輸?shù)韧ㄓ嵲O(shè)備組成。?可以坐在控制室里，對GPRS?DTU傳上來的氣象資料、田間

6、土壤濕度等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，利用手動(dòng)或自動(dòng)方式，足不出戶的對整個(gè)小區(qū)進(jìn)行灌溉。同時(shí)還可以利用數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)和打印系統(tǒng)，隨時(shí)記錄、查詢、打印整個(gè)灌溉小區(qū)的氣象資料、土壤濕度、灌溉設(shè)置、灌溉進(jìn)程、灌水歷史記錄等數(shù)據(jù)。?多個(gè)控制單元組成，每個(gè)控制單元管理一片區(qū)域。利用GPRS?/?GSM?網(wǎng)路，由中央計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理。室外的空氣溫濕度傳感器把結(jié)果送入計(jì)算機(jī)，在這里進(jìn)行灌溉參數(shù)設(shè)置，及對灌溉情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并可通過專用軟件在計(jì)算機(jī)上存儲，顯示數(shù)據(jù)和圖表。同時(shí)可以人工進(jìn)行特殊操作。通過互聯(lián)網(wǎng)獲取天氣信息，有預(yù)見性地實(shí)施灌溉。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1?所示。3.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三層，第一層

7、為控制中心，有電腦和以太網(wǎng)組成；第二層為GPRS?無線控制器，該層和第一層之間無需電纜連接；第三層為閥門控制器，所有的閥門控制器和GPRS?無線控制器只需要用一根電纜連接。下面詳細(xì)介紹一下本方案。?可以將需要灌溉的區(qū)域分成若干個(gè)小區(qū)，劃分的原則為閥門相對集中。每個(gè)小區(qū)內(nèi)采用一個(gè)無線數(shù)傳設(shè)備GPRS?DTU?，通過它與中心控制室通訊；在GPRS?DTU?上可以連接一個(gè)手動(dòng)控制器，用來手動(dòng)控制該區(qū)域內(nèi)的閥門開關(guān)；再用一跟電纜連接到各個(gè)閥門，在閥門的位置需要接一個(gè)控制器，一