基于物联网技术农田节水灌溉系统解决方案.docVIP

基于物联网技术的农田节水灌溉系统解决方案 1.概述? 目前，我国农业用水量仍占全国总用水量的70％，而在全国用水量中，农业蒸发消耗的水量约占90％[1]。所以，全国节水的重点在农业，农业节水的关键是减少农田的蒸发蒸腾耗水量。由于农业灌溉用水的利用率普遍低下，就全国范围而言，水的利用率仅为45?%?，而水资源利用率高的国家已达70%?一80%?，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。在灌溉系统合理地推广自动化控制，不仅可以提高资源利用率，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。灌溉系统自动化的水平较低，这也是制约我国高效农业发展的主要原因。以色列、日本、美国等一些国家已采用先进节水灌溉制度。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，实际动态管理。采用传感器来监测土壤的墒情和农作物的生长，实现水管理的自动化。高效农业和精细农业要求我们必须提高水资源的利用率。要真正实现水资源的高效，仅凭单项节水灌溉技术是不可能解决的。必须将水源开发、输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤墒情和农作物需水规律等方面统一考虑。做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水联合调用，实现按期、按需、按量自动供水。 如今，水资源紧缺已成为制约我国乃至全球经济发展的“瓶颈”，每年农业用水更是占据了我国总用水量中的70%，农业灌溉效率低下和用水浪费的问题普遍存在，因此发展节水农业、提高农业用水利用效率是我国节水战略中的重要环节。? 2.系统方案概述 托普物联网研制的节水灌溉自动化系统依据不同地区、不同作物的不同需求，选择不同的灌溉设施，并利用网络技术和信息化产品等先进技术对农田灌溉进行监控管理，保证适时适量地满足作物生长所需要的水分从而达到节水灌溉及节水灌溉自动化的目的。? 适用范围：本系统在应用过程中不受地势地形影响，可用在果园、农田、温室 等灌区，实现了自动化、智能化，达到节水目的。? 系统建设：本方案给出了一个节水灌溉自动化系统的基本框架，它主要由中心 主控系统、采集控制模块、无线通讯模块、土壤水分传感器、气象观测站、电磁阀等设备组成，具体结构框图如下： 从节水灌溉自动化系统的框架图中，我们可以看出该系统可分为传感器与电磁阀、采集控制、数据传输及控制中心四部分，现对各个部分做进一步的描述，：? 1、传感器与电磁阀：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置是数据采集者。本系统中主要包括测量土壤水分的土壤水分传感器，测量养分的养分仪，空气温湿度传感器、风速传感器等；电磁阀是本系统中自动化的执行设备，可与水泵、养分补充设备等相连。? 2、采集控制设备：是指掌控数据采集设备和执行设备工作的数据采集控制模块，主要作用为：通过作物决策灌溉软件的设置，掌控数据采集设备的运行状态，也根据决策软件发出的指令掌控电磁阀的开启/关闭。? 3、数据传输：本系统中采用无线传输模块，即通过GPRS无线网络将与之相连的用户设备的数据传输到Internet中一台主机上，实现数据远程的透明传输。? 4、控制中心主要由计算机和作物决策灌溉决策软件组成，作物决策灌溉软件是数据接收者及指令发出者，是整个系统的灵魂，主要实行参数设置、数据存储打印及发送指令等功能。 3、功能设计? 灌溉自控系统主要由中心主控系统（主计算机、控制柜）、电磁阀、田间湿度传感器（可测土壤湿度绝对值）、气象观测站（可测量气温、风向、风速）、数据采集指令传输等通讯设备组成。? 可以坐在控制室里，对GPRS?DTU传上来的气象资料、田间土壤湿度等数据进行综合分析，利用手动或自动方式，足不出户的对整个小区进行灌溉。同时还可以利用数据查询系统和打印系统，随时记录、查询、打印整个灌溉小区的气象资料、土壤湿度、灌溉设置、灌溉进程、灌水历史记录等数据。? 多个控制单元组成，每个控制单元管理一片区域。利用GPRS?/?GSM?网路，由中央计算机统一管理。室外的空气温湿度传感器把结果送入计算机，在这里进行灌溉参数设置，及对灌溉情况进行统计，并可通过专用软件在计算机上存储，显示数据和图表。同时可以人工进行特殊操作。通过互联网获取天气信息，有预见性地实施灌溉。系统总体结构框图如图1?所示。 3.1网络结构设计? 网络结构分为三层，第一层为控制中心，有电脑和以太网组成；第二层为GPRS?无线控制器，该层和第一层之间无需电缆连接；第三层为阀门控制器，所有的阀门控制器和GPRS?无线控制器只需要用一根电缆连接。下面详细介绍一下本方案。? 可以将需要灌溉的区域分成若干个小区，划分的原则为阀门相对集中。每个小区内采用一个无线数传设备GPRS?DTU?，通过它与中心控制室通讯；在GPRS?DTU?上可以连接一个手动控制器，用来手动控制该区域内的阀门开关；再用一跟电缆