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自动化灌溉系统方案
时间:2018-06-25

一、系统背景

水资源日益紧缺已经成为全球性的问题,节约用水并实现高效用水时人类生存与发展的需求,也是全球经济社会的需求。我国作为全球13个贫水国家之一,水资源的不足已经对我国经历社会发展构成了严重威胁,甚至成为经济社会发展的“瓶颈”,大力发展节约用水不仅是一种革命措施,也是我国的基本策略之一。农业用水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。目前全国灌溉水利用率约为43%,单方水粮食生产率只有10公斤左右,大大低于发达国家灌溉水利用率70-80%、单方水粮食生产率2.0公斤以上的水平,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。    

二、系统原理

自动化灌溉技术综合采用了自动控制技术和专家系统技术,传感器技术、通讯技术、计算机技术等与一体。主要面向农田,园林,设施农业等领域的日常灌溉控制和管理而设计,并通过现代化的科学技术手段,达到降低人力成本,提高自动化生产效率,节约水资源的目的。该系统具有实用性和良好的展示性,系统硬件具备良好的稳定性,以及防水、防潮、抗高温的能力。系统采取因地制宜的原则依据不同地区、不同作物的不同需求,选择不同的灌溉设施,并利用计算机、无线数据通讯、采集控制器、传感器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。

三、系统架构

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:

 1传感器与电磁阀:是数据的采集者与系统自动化功能的执行者。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。,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,测量气象要素的雨量传感器,空气温湿度传感器、风速传感器、风向传感器等;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;根据作物决策灌溉软件发出的指令,掌控执行电磁阀的开启/关闭。  

3、数据传输:本系统中采用的为无线传输模块。无线传输模块能够通过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,可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。主要由以下功能:系统配置、功能设置:设置数据采集时间段、采集间隔、控制系统执行条件等参数;数据存储显示、打印等操作:将采集到的数据实时显示,可用图表表达并能执行打印等操作;发送指令:将指令通过无线传输模块发送给数据采集控制模块,控制电磁阀的开启或关闭;自动灌水功能:根据不同的地区、不同的作物在不同生长阶段对水分需求的不同,设置相应的参数,当值低于或超出一定的范围时,自动开启灌水功能。自动补充养分功能:在无土栽培中,根据不同的作物在不同生长阶段对养分需求的不同,设置相应的参数,当值低于或超出一定的范围时,自动补充相应的养分。   自动报警:可设置设备的正常运行参数、农田气象因子范围,实现设备故障或气象因子剧烈变化的报警功能。结论节水灌溉自动化系统将传统的充分灌溉向非充分灌溉发展,对灌区用水进行检测预报,实现动态管理。该系统采用传感器采集土壤墒情信息、气象信息和作物的生长状况,通过无线网络对农田灌溉用水量实时远程监控,按照作物的需求实施灌水、补给养分的操作。

四、系统模块

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 

五、系统特点     

1、可以根据系统建设区域的具体情况选择不同的灌溉方式,最大限度的提高了灌溉用水的利用率;

2、采用了无线网络技术,真正实现了农田灌溉的远程监控,减小了劳动强度;

3、作物灌溉决策软件中可引入专家决策系统,对不同地区的不同作物在不同生长阶段的需水信息做定量评估;

 4、在灌溉设备中加入了流量计,对灌水的用量做到精确控制。该系统满足了高效农业、精准农业中对提高灌溉用水利用率的需求,达到了节水灌溉的目的并实现了灌溉过程的自动化,具有极大的推广和应用价值。

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