智能农业建设中大田喷灌智能控制系统方案设计

托普物联网开创智慧农业新时代！智能农业建设中大田喷灌智能控制系统方案设计一、喷灌智能控制系统方案研究背景据托普物联网调查了解到，在中国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉效率普遍低下，大部分地区仍然采用浇灌，而且传统喷灌系统水的利用率也不高，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。智能灌溉系统不仅可以提高源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。智能灌溉系统涉及到传感器技术、自动控制技术、计算机技术、无线通信技术等多种高新技术。因此，基于传感器技术的智能灌溉系统是中国发展高效农业和精细农业的必由之路。所谓智能就是不需要人的控制，系统能自动感测到什么时候需要灌溉，灌溉多长时间；系统可以自动开启灌溉，也可以自动关闭灌溉；可以实现土壤太干时增大喷灌量，太湿时减少喷灌量。要实现此功能就要充分利用可编程控制器的控制作用。系统要实现自动感测土壤湿度的功能必须要有土壤湿度传感器。要实现灌溉水量的多与少的调节，必须要有变频器。在可编程控制器内预先设定50%—60%RH（相对湿度）为标准湿度，传感器采集的湿度模拟信号经A/D模块转换成数字信号。二、国内外喷灌智能控制系统方案技术发展状况发达国家发展高效农业的一个重要途径是灌溉管理的自动化，如美国、法国、英国、日本、以色列等发达国家已采用了先进的灌溉系统。他们采用先进的节水灌溉制度，由传统的充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用水进行监测预报，实行动态管理，采用遥感技术，监测土壤墒情和作物生长，开发和制造了一系列用途广泛，功强大的数字式灌溉控制器，并得到了广泛的应用。地处干早缺水地带的以色列，它是世界上微灌技术发展最具有代表性的国家，目前全国农业土地基本上实现了灌溉管理自动化，并且普遍推行自动控制系统，按时、按量将水、肥直接送入作物根部，水资源利用率和单方水的粮食产量都相当高。北美、澳大利亚，韩国等国家和地区都已有发展成熟并形成系列的灌溉控制器产品，微灌方式普遍采用计算机控制，埋在地下的湿度传感器可以传回有关土壤水分的信息，还有的传感器系统能通过检测植物的茎和果实的直径变化来决定对植物的灌水间隔。在温室等设施内较多使用小型灌溉管理程序，浇水时间可按日期设定每托普物联网开创智慧农业新时代！次每路灌水起止时间，操作便于小规模经营。计算机化操作运行精密、可靠、节省人力，对灌溉过程的控制可达到相当的精度，在以色列，已经出现了在家里利用电脑对灌溉过程进行全部控制无线、有线的农场主我国农业灌溉有着悠久的历史。但是，直到解放初期大部分农田灌溉还沿袭着旱田大水漫灌、水田串畦淹灌的灌水方法。由于长期大水漫灌的结果，抬高了地下水位，土壤发生次生盐碱化，严重影响着作物产量的提高。解放后为了发展农业，满足国民经济增长和人民生活水平提高的需要，各省和各大灌区在50年代先后建立了灌溉试验站。试验研究科学的灌溉制度和与之相配套的田间工程规格、标准。50年代我国一直不断地开发新水源，建设新灌区。因此，灌溉面积发展很快，从1949年的1600万平方米到1957年增加到2734万平方米；粮食产量从1132亿kg增加到1950亿kg。为了提高灌溉水的有效利用率，灌区除不断加强科学管理、合理配水、大搞平田整地、划小畦块外，同时还不断开展渠道防渗工作，到1992年，全国各级渠道已采取防渗措施的有55.11万km，占全国渠道总长的18％，使渠系水的有效利用率从0.35一0.45提高到0.45一0.55，提高约0.1左右。80年代初又开始在全国推广低压管道输水灌溉，使灌溉水的有效利用率又提高一步，到1996年底全国低压管道输水灌溉面积达到367万多平方米。为了进一步开展节水灌溉，50年代末我国开始从国外引进先进的节水灌溉技术和设备，如前苏联的涡轮涡杆喷头、法国的薄壁铝合金移动管道成套系统，并在重庆、武汉、上海、南京四城市的郊区各建立了一个喷灌试点。同时我国在滴灌等节水灌溉技术上的研究也取得长足进步，但是在自动灌溉控制系统方面仍属空白，与国外相比，我国技术还比较落后，基本上还没有自行研制的、成型的自动控制产品，绝大部分都依靠从国外进口汇。但是那些引进的国外灌溉自动控制设备，是为国外的具体情况设计的，没有考虑我国的气候、土壤条件、作物类型等因素，并不适合我国的国情，不能充分发挥它的优势，而且引进的设备价格昂贵。凡此种种，在我国推广引进国外控制设备不可行的。总之，目前国外灌溉控制器已逐步趋于成熟、系列化，并朝着大型分布式控制系统和小面积单机控制两个方向发展，产品一般都能与微机进行通信，并由微机对其施行控制。而在我国，虽然有多家研制灌溉控制器，但多数是小规模、实托普物联网开创智慧农业新时代！验和理论的探讨，而且开发出来的产品价格昂贵，农民尽管知道能节能、节水、增产，但由于一次性投资太大，多数农民承受不起，所以根本无法普及应用。三、喷灌智能控制系统方案设计系统结合了无线传感、计算和网络通信技术,解决了精确农业亟待解决针对灌溉水利用系数较低,我们提出一种基于嵌入式智能灌溉控制系统。依托无线传感器网络采集灌区作物需水信息,汇聚到网关节点发送给主控中心,中心主机根据信息确定灌溉状态并计算灌水量,控制灌溉设备工作实现智能灌溉;依托Internet管理员有权对系统远程管理,满足了规模化灌溉的需求。要实现智能灌溉，系统需要有可编程控制器、传感器、A/D模块、变频器、故障检测系统，电动机、水泵、电磁阀、管网和喷头等设备。四、喷灌智能控制系统方案实现的主要功能：1.数据采集功能：可接收土壤湿度传感器采集的模拟量。模拟量信号的处理是将模拟信号转变成数字信号（A/D转换）。2.自动控制功能：可编程控制器通过程序将传感器检测的湿度信号与预先设定的标准湿度范围值相比较，如果检测的湿度值超出了设定湿度值，（低于设定值则调大电动机转速，高于设定值则调小电动机转速）则自动调节电动机转速，进行灌溉操作。3.变速功能:当前所测的土壤湿度值与预先设定的最适宜草坪生长的湿度值50%—60%RH比较，分为大于、等于、小于三种结果，即可将湿度分为高湿度、中湿度、低湿度三种状态。在控制面板上表现为高湿度、中湿度、低湿度三个指示灯。变频器根据土壤湿度的三个状态自动调节电动机的转速，电动机设有高速，中速，低速3种旋转速度，分别对应高速，中速，低速三个指示灯。4.故障自动检测功能：当灌溉系统出现故障，如水管破裂（水压为零），传感器故障，电动机故障，变频器故障，电磁阀故障等，水泵立即停止运行，电磁阀关闭，故障报警灯闪烁并伴有警笛声响起。操作人员可以按下“消音”按钮以解除铃响，但故障指示灯仍在闪烁，直到故障消除，故障指示灯才自动停止闪烁。5.阴雨天自动停止：利用湿度传感器的开关量作为一个可编程控制器的输入信号，实现控制相关程序的功能。托普物联网开创智慧农业新时代！整个系统由多组集群控制单元组成，每组集群控制单元管理一片区域，每一个片区由多台控制器、电磁阀、传感器组成。因此本系统可以根据用户的需求，方便快速地组建智能灌溉系统。系统数据传输路径图：从数据的传递路径可将本系统分为三个层次，即数据汇集层、数据处理层、数据应用层。附录—托普物联网简介托普物联网是浙江托普仪器有限公司旗下的重要项目。浙江托普仪器是国内领先的农业仪器研发生产商，依据自身在农业领域的研发实力，和自主研发的配托普物联网开创智慧农业新时代！套设备，在农业物联网领域崭露头角！托普物联网以客户需求为源头，结合现代农业科技、通信技术、计算机技术、GIS信息技术，以及物联网技术，竭诚为传统行业提供信息化、智能化的产品与端到端的解决方案。主要有：大田种植智能解决方案、畜牧养殖管理解决方案、食品安全溯源解决方案、食用菌种植智能化管理解决方案、水产养殖管理解决方案、温室大棚智能控制解决方案等。托普物联网三大系统产品我们知道物联网主要包括三大层次，即感知层、传输层和应用层。因此托普物联网产品主要以这三个层次延伸，涵盖了感知系统（环境监测传感设备）、传输系统（数据传输处理网络）、应用系统（终端智能控制平台。）托普物联网模块化智能集成系统托普物联网依据自身研发优势，开发了多种模块化智能集成系统。1、传感模块：即环境传感监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。2、终端模块：即终端智能控制系统。它可以完成整个园区或远程控制异地园区进行自动灌溉、自动降温、自动开启风机，自动补光及遮阳，自动卷帘，自动开窗关窗，自动液体肥料施肥、自动喷药等各类农业生产所需的自动控制。3、视频监控模块：即实时视频监控系统。主要是通过监控中心实时得到植物生长信息，在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。4、预警模块：即远程植保预警系统。可以通过声光报警、短信报警、语音报警等方式进行预警。5、溯源模块：即农产品安全溯源系统。该系统对农产品从种植准备阶段、种植和培育阶段、生长阶段、收获阶段等对作物生长环境、喷药施肥情况、病虫害状况等实施实时信息自动记录，有据可查，在储藏、运输、销售阶段采用二维码或者RFID射频技术对各个阶段数据记录，这样就能实现消费者拿到农产品时通过托普物联网开创智慧农业新时代！终端设备或网络就能查看到各类信息，才能放心食用。6、作业模块：即中央控制室。可通过总控室对整个区域情况进行监测，包括各个区域采集点参数、控制作业状态、实时视频图像、施肥喷药状况、报警信息等。