1、.農田墑情監測與灌溉自動化系統簡要方案1、系統建設要求農田墑情監測與灌溉自動化系統的建設應滿足以下要求：1、對系統建設域內的 18 個灌溉區土壤墑情信息進行實時的在線監測；2、通過該系統的建設，實現去灌區內的 18 臺指針式圓形噴灌機的自動控制；3、該系統設置一個中心控制站，通過中心控制站實現全部的監測控制功能；4、由于灌區覆蓋面積較廣，選擇的通訊方式應滿足信息遠距離傳輸的要求；5、要保證系統對墑情信息，設備信息的實時采集、傳輸。2、系統建設應考慮的因素2.1 通訊方式的選擇在信息和命令的傳輸中有線通訊和無線通訊兩種方式。1、有線通訊是在通訊距離較近和地形、地勢較好的條件下，通過包括：雙絞線、

2、 同軸電纜、光纖等有線介質來傳輸測量數據和控制命令的通訊方式。它有以下一些特點：建設投資省、無需自身維護通道，配套設備簡單便宜，但容易受到風暴和人為的破壞。2、無線通訊包括超短波、 短波、微波、衛星、GSM數據業務、 GPRS通訊等。其中 GPRS是人們經常用到的通訊方式。GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無線業務的簡稱。它是利用“分組交換”的概念所發展出的一套無線傳輸方式，是學習好幫手.國際上流行的 25代移動通信產品。可與互聯網或企業網相連，向移動客戶提供豐富的數據業務。所謂的分組交換就是將數據分裝成許多獨立的封包， 再將這些封包一個一個傳送出去

3、， 形式上有點像寄包裹， 采用分組交換的好處是只有在有資料需要傳送時才會占用頻寬，而且可以以傳輸的資料量計價，這對用戶來說是比較合理的計費方式。 它在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接。給移動用戶和數據網絡之間提供高速無線 IP 。 GPRS 允許用戶在端對端分組轉移模式下發送和接收數據，提供了一種高效、低成本的無線分組業務。每一個用戶可以同時占用多個信道， 并且同一個信道又可以供多個用戶共享，資源被有效利用， GPRS能提供比現有 GSM網96 Kbps 更高的數據率。傳輸速率最高可達 1712 Kbps，凈速率可達 l 15 Kbps，該項業務適合墑情數據傳輸的要求。GPRS網絡接入速度快

4、，提供了與現有數據網的無縫連接， 支持中、高速率數據傳輸。 GPRS采用了信道聚合和信道復用技術， 一個用戶可以占用多個時間片，多個用戶可以共享一個時間片，這樣，資源的分配更加靈活，一個用戶能獲得的最大速率也有所提高。費費用便宜，GPRS不是基于傳統的電路交換技術，而是基于無線分組交換技術，所謂的分組交換就是把數據先分成若干個小的數據包，可通過不同的路由，以存儲轉發的接力方式通過通信子網傳送到目的端，再組裝成完整的數據。 GPRS數據是以包來的形式傳輸，采用了斷續傳輸的策略，計費是按數據流量而不是按照在線時間長短來計算的，非常適合水情學習好幫手.數據的傳輸。兼容 InternetIntrane

5、t，現有的網絡是 IP 協議的天下，Internet及大部分局域網應用也是基于IP 協議的。GPRS從協議上提供了和 IP 網絡的互通功能，能夠實現從空中接口到外部網絡之間的分組數據傳輸， GPRS可以接入基于 TCPIP 協議的外部網絡和 X25網絡。用戶可以通過 GPRS系統的網關連接到互聯網， 對于 Interact 網絡的其它GPRS網絡的系統只是一個普通的子網。 GPRS網絡是在現有 GSM網絡中增加 GGSN和SGSN來實現的。通過對 GPRS通訊方式的描述，對比有限通訊和其他無線通訊的方式，該系統中為了保證系統的穩定性，節約建設成本，因此采用 GPRS無線通訊方式。2.2 供電系

6、統的配備系統建設時，考慮到監測點分布較廣，不能采用市電統一供電，為了保證墑情監測點不間斷工作的需求，為每個墑情監測點配備了太陽能供電系統。太陽能供電系統由太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。各部分的作用為：太陽能電池組件：太陽能電池組件是太陽能供電系統中的核心部分，也是太陽能供電系統中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能量轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。太陽能電池組件的質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本。 太陽能控制器： 太陽能控制器的作用是控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在學習好幫手.溫差較大的地方， 合格的控制器還

7、應具備溫度補償的功能。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是控制器的可選項。蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統中，也可用鎳氫電池、 鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池組件所供出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。本系統采用的太陽能供電系統包含一個20W的太陽能板， 2個24V的電瓶，可滿足連續陰雨 58天監測點的供電。太陽能供電系統具備以下特點：長壽命：晶體硅太陽能電池組件的質量保證期是15-20 年；高性能：晶體硅太陽能電池發電系統具有抗臺風、抗冰雹、抗潮濕、抗紫外輻照等特點， 組件系統可以在零下 40度到零上 70度環境下正常工作；無需職守：運行中無需人員職守， 像常規

8、能源一樣能向負載供電；無間斷供電：系統設計時考慮到當地的陰雨天氣情況， 將平時多余的電能存儲在蓄電池內， 可確保用戶在陰雨天仍有足夠的電能可供使用；直流無干擾電源：太陽能電池發電設備，無噪聲、電源無高次諧波干擾，特別適用于通信電源；不受地理環境影響：平原、河道、海洋、高山、雪原、海島、森林地區，任何需電的地方都可以使用晶體硅太陽能電池發電系統。學習好幫手.3、系統建設方案農田墑情監測與灌溉自動化系統實現了18個灌區土壤墑情信息的測量、無線傳輸和實時顯示及 18臺圓形指針噴灌機的自動操控，并配備了太陽能供電系統， 可滿足野外長期監測與噴灌機自動控制的需求。該系統建設覆蓋了 18個灌溉區域，主要由

9、 1個監控中心和分布在各區域的信息采集箱、 設備控制箱及土壤水分傳感器、角度傳感器組成。系統整體建設框架圖如下：18號設備控制箱18號信息采集箱太陽能供電系統1號信息采集箱Internet 網絡1號設備控制箱GPRS網絡監測中心計算機作物灌溉決策系統2號設備控制箱2號信息采集箱17號設備控制箱17號信息采集箱系統整體框架圖從上圖可知， 系統的建設主要分為兩部分，一是灌溉區現場硬件的布設，二是監控中心的建設。學習好幫手.3.1 灌溉區現場硬件布設、硬件的選擇該系統主要是實現遠距離土壤墑情信息的實時采集和噴灌機的自動控制，為達到以上目的，系統的建設應包含以下硬件：1、土壤水分傳感器：可長期埋設與土

10、壤和堤壩內使用，對表層和深層土壤進行墑情的定點監測和在線測量，本系統中采用SWCP1型號的土壤水分傳感器，具體參數詳見附錄；2、角度傳感器：固定在圓形噴灌機上，實時測量噴灌機轉過的角度，以確定噴灌機具體的位置；3、數據采集控制模塊：用于信息采集及控制設備自動化過程控制的產品。它下接土壤水分傳感器、角度傳感器，上連通訊模塊，用于傳遞傳感器采集的信息和接收上位機所發出的控制指令。 本系統中采用 DMG-1 數據采集控制模塊，具體參數詳見附錄；4、無線傳輸模塊： 通過 GPRS網絡將與其相連的用戶設備數據傳輸到 Internet中的任意一臺主機上， 可實現數據遠程透明傳輸。 本系統中采用 MG601

11、無線傳輸模塊，具體參數詳見附錄。5、太陽能供電系統：用于在市電供電不方便的區域為采集、執行設備提供電源。主要由太陽能板、太陽能控制器、電瓶組成及支架等附件組成。6、電源轉換系統：用于將220V的交流電轉換成 24V直流電，可為系統的中的其他設備提供工作電源。學習好幫手.7、配電箱：用于存放數據采集控制模塊、無線傳輸模塊、太陽能電瓶。并內置繼電器、接線柱等。8、支架：用于固定配件箱的設備。、硬件的布設方案根據系統的要求及選用的硬件設備，硬件的布設主要為信息采集箱和設備控制箱的建設。其中信息采集箱，主要來監測土壤水分信息的設備，主要包括1個配電箱、 1套太陽能供電系統、 1個無線傳輸模塊、 1個數

12、據采集控制模塊、 2個土壤水分傳感器。設備控制性，主要用來控制噴灌機和水泵的設備，主要包括1個打印機工控機上位機軟件系統監控中心Internet 網絡GPRS 網絡太無線傳輸模塊無線傳輸模塊電陽源能轉供數據采集控制模塊數據采集控制模塊換電系系土壤水分土壤水分角度統統信息采集箱傳感器傳感器繼電器傳感器設備控制箱配電箱， 1個電源轉換系統， 1個無線傳輸模塊、 1個數據采集控制模塊、2繼電器、 1個角度傳感器。各個灌區設備配置相同，基本的硬件框架圖如上圖。學習好幫手.設備控制箱放置在圓形噴灌機中央箱附近，用來控制噴灌機和水泵的啟動 /關閉。信息采集箱放置在噴灌機末端位置，土壤水分傳感器與信息采集箱

13、之間的距離為噴灌機所噴出水流距離的兩倍，具體位置圖如下：土土壤壤水信息采集箱水分分傳傳感感器器設備控制箱角噴水度灌泵傳機感器學習好幫手.3.2 監控中心建設監控中心主要是指裝有作物灌溉決策系統并能聯入Internet網絡的工控機。監控中心環境搭建：1、由于整個系統的信息傳輸和命令傳遞是采用GPRS進行無線傳輸，因此監控中心的設備必須聯入Internet網絡；2、由于要保證系統長期穩定的運行，在硬件設備方面，選擇臺灣研華的工控機和三星22寸存液晶顯示器；3、在軟件設計方面，除了要滿足土壤墑情信息的實時顯示和噴灌機、抽水機泵的實時控制外，軟件還應該能長久穩定的運行，并具備良好的擴展。系統基本的控制流程圖如下：學習好幫手.開始灌溉正常監測點一水分信息干旱打開水泵和噴灌機未達到灌溉要求監測點二水分信息達到灌溉要求等于監測點二角度判斷角度不等于監測點二的角度轉到起始位置停水泵，轉到后，停水泵，起始位置后，停噴灌機停噴灌機結束一次灌溉在軟件中設定適宜作物生長的土壤水分的上下限，若監測點 1 的土壤實際水分信息小于作物適宜生長的下限則啟動噴灌機和水泵，根據監測點 2 的土壤水分信息、角度傳感器作為噴灌機和水泵關閉的條件，當墑情監測點2 的土壤水分信息等于或大于作物生長適宜水分信息上限時，關閉水泵并判斷噴灌機的位置，若噴灌機不處在原始位