智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)方案

1、智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)方案智能農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的背景中國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，同時(shí)也意味著是用水大國(guó)，而且中國(guó)水資源極為短缺，水資源危機(jī)已成為制約經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要的因素。我國(guó)農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)嚴(yán)重，灌溉水利用系數(shù)低，所以走科技節(jié)水型農(nóng)業(yè)之路來實(shí)現(xiàn)水資源的合理利用，不但能夠節(jié)約水資源，更重要的是能夠提高農(nóng)業(yè)用水效率，改善生態(tài)環(huán)境，這是實(shí)現(xiàn)我國(guó)精確農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵。從世界范圍看，節(jié)水和節(jié)能的灌溉方法是當(dāng)今世界供水技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)，作為發(fā)達(dá)國(guó)家的美國(guó)每年同樣有大量的水資源會(huì)被浪費(fèi)，美國(guó)每年浪費(fèi)掉的水資源高達(dá)8520億升，若安裝一種智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)則可有效地控制水流量，達(dá)到節(jié)水的目的。根據(jù)美國(guó)水工程協(xié)會(huì)的報(bào)告稱，美國(guó)住宅區(qū)和商業(yè)區(qū)

2、的草坪、植物灌溉用水浪費(fèi)了喔30%到300%。水資源被浪費(fèi)的主要原因是技術(shù)不行，美國(guó)有4500萬個(gè)僅是安有簡(jiǎn)易計(jì)時(shí)器的灌溉系統(tǒng)，他們?cè)贂r(shí)間控制上還能夠，但精度不高。在中國(guó)農(nóng)業(yè)用水量約占總用水量的80%左右，因?yàn)檗r(nóng)業(yè)灌溉效率普遍低下，水的利用率僅為45%,而水資源利用率高的國(guó)家已達(dá)70%80%,因而，解決農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉用水的問題，緩解水資源緊缺問題是非常重要的。我們的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。所謂智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)就是不需要人的控制，系統(tǒng)能自動(dòng)感測(cè)到什么時(shí)候需要灌溉，灌溉多長(zhǎng)時(shí)間，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)開啟灌溉，也能夠自動(dòng)關(guān)閉灌溉；能夠?qū)崿F(xiàn)土壤太干時(shí)增大噴灌溉，太濕時(shí)減少噴灌溉，實(shí)現(xiàn)此功能就要

3、充分利用控制器的控制作用，利用傳感器釆集的模擬信號(hào)經(jīng)A/D模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。針對(duì)灌溉水利用系統(tǒng)較低，本方案提出一種基于嵌入式智能灌溉控制系統(tǒng)。依托傳感器網(wǎng)絡(luò)釆集灌溉區(qū)作物需水信息，匯聚到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送給主控中心，中心主機(jī)根據(jù)信息確定灌溉狀態(tài)并計(jì)算灌溉水量，控制灌溉設(shè)備工作實(shí)現(xiàn)智能灌溉。智能農(nóng)業(yè)自動(dòng)化節(jié)水灌溉施肥系統(tǒng)的特點(diǎn)1、將充分發(fā)揮現(xiàn)有的節(jié)水設(shè)備作用，優(yōu)化調(diào)度，提高效益。2、通過自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，更加節(jié)水節(jié)能，降低灌溉的成本。3、整體系統(tǒng)釆用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性強(qiáng)。4、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快。5、系統(tǒng)維護(hù)能力強(qiáng)，減輕用戶負(fù)擔(dān)。6、開放式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，軟硬件均可升級(jí)。7、實(shí)時(shí)顯

4、示灌溉水情、閘位、水位信息。8、實(shí)現(xiàn)遙測(cè)系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控管理功能。9、通過現(xiàn)代通訊手段向相關(guān)單位發(fā)送灌溉數(shù)據(jù)域灌溉信息。智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的工作原理1：自動(dòng)化節(jié)水灌溉系統(tǒng)工作時(shí)，傳感器釆集到的信號(hào)，通過A/D模塊轉(zhuǎn)換，將標(biāo)準(zhǔn)的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸入到可編程控制器，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，通過通信模塊上傳至上位機(jī)或控制中心進(jìn)行顯示、處理及存儲(chǔ)，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)釆集并接收的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的設(shè)定值進(jìn)行比較判斷，將信號(hào)傳給變頻器，變頻器根據(jù)具體的信號(hào)值，相對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵從水源抽水，需要灌溉時(shí)，電磁閥就會(huì)根據(jù)控制中心下達(dá)的指令開啟，灌溉結(jié)束時(shí)，電磁閥就根據(jù)控制中心下達(dá)的指令關(guān)閉。（也能夠在泵

5、房控制中心，手動(dòng)在控制柜上開啟某一個(gè)點(diǎn)的電動(dòng)閥門或者多點(diǎn)電動(dòng)閥門/同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)水泵）。為了避免離水源遠(yuǎn)的地方供水不能被供給充足的壓力，在主供水管道或者支管道安裝壓力傳感器，保證管道的水壓滿足設(shè)定的噴灌射程，避免發(fā)生因?yàn)樗畨翰蛔?，、噴頭射程減少的現(xiàn)象，反之水量過大：浪費(fèi)電量/管道爆管。名稱數(shù)量/個(gè)單價(jià)/元金額/元釆集控制部分采集控制變頻柜1深水井電機(jī)水泵1電動(dòng)閥門控制器N電動(dòng)閥門N流量傳感器1壓力傳感器1有線傳輸模塊NN平臺(tái)控制軟件1管材主管道N支管道N管道配件N電源線N信號(hào)線N網(wǎng)線N防護(hù)箱/供電方式？N合計(jì)2：自動(dòng)施肥系統(tǒng)：水肥控制一體機(jī)是智能澆灌控制系統(tǒng)中的獨(dú)立可聯(lián)動(dòng)設(shè)備，它將控制儀、時(shí)控開

6、關(guān)、交流接觸器以及配電設(shè)備安裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，通過管道安裝的高壓泵，將液肥加注入主供水管道中。名稱數(shù)量/個(gè)單價(jià)/元金額/元采集控制柜1髙壓水泵1電磁閥3虹吸閥3泄壓閥1調(diào)節(jié)閥3浮球閥1過濾器2水桶1水桶接頭3閥門管件底座鍍鋅方管人工費(fèi)N合計(jì)智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)組成智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)主要有硬件部分和軟件部分組成。硬件部分一一可編程控制器（MCU）、主控系統(tǒng)工控模塊、傳感器、A/D模塊、變頻器、無線通信模塊、電動(dòng)機(jī)、繼電器、水泵、電動(dòng)閥門、水肥一體設(shè)備、主管道、支管道、滴灌帶、噴頭等等?？删幊炭刂破鳎∕CU）：負(fù)責(zé)發(fā)岀和接收各種運(yùn)行程序指令，是整個(gè)控制系統(tǒng)的中樞部分。傳感器：通過傳感器釆集土壤里的濕度信號(hào)

7、和溫度信號(hào)，判斷是否需要灌溉、土壤養(yǎng)分是否開啟施肥設(shè)備。A/D：可編程器對(duì)所以需將傳感器的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。變頻器：通過改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)灌溉流量，達(dá)到節(jié)水的目的。通信模塊：將傳感器收集到的信息通過通訊系統(tǒng)傳至給主控系統(tǒng)從而進(jìn)行控制處理。主控系統(tǒng)：對(duì)無線/有線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，從而控制電動(dòng)閥門和電機(jī)水泵。電動(dòng)機(jī)、水泵：由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵從水源處抽水，為灌溉系統(tǒng)提供一定得壓力。壓力傳感器：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)壓力，反饋給處理器分析處理，保持供水管網(wǎng)恒壓電子流量傳感器：實(shí)時(shí)掌握灌溉用水量信息。電動(dòng)閥門：控制是否進(jìn)行開啟/關(guān)閉灌溉需求。軟件部分一軟件作為與硬件重要的結(jié)合部分，其重要性不言而喻，軟

8、件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)要求所需的功能。傳感器將釆集的信號(hào)送入到可編程控制器控，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，通過通訊系統(tǒng)上傳至主控系統(tǒng)中心進(jìn)行顯示、處理及存儲(chǔ)（可釆集到的數(shù)據(jù)有環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、土壤含水量、管網(wǎng)壓力、總的用水量.等等）。系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)釆集并接收的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的設(shè)定值進(jìn)行比較判斷，來控制電磁閥的開啟和延續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短、實(shí)時(shí)智能控制。傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)主控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖五.智能農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)功能介紹為了實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)的智能控制，灌溉系統(tǒng)必須具備以下主要功能：1、數(shù)據(jù)釆集功能：可接收傳感器釆集的模擬量。通過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。2、通訊功能：系統(tǒng)上行數(shù)據(jù)與下行數(shù)據(jù)均釆用了基于廣域網(wǎng)的先進(jìn)的無線傳輸方式或者有線方式進(jìn)行

9、傳輸。上行數(shù)據(jù)包括：空氣溫度、濕度；土壤溫度、顯度；電磁閥及各控制器的工作狀態(tài)等信息。下行數(shù)據(jù)是指中央計(jì)算機(jī)向各控制單元發(fā)出的各種控制指令，包括電磁閥的開關(guān)指令。無線通訊技術(shù)的使用，拓展了控制器的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)和控制器等多方面的互動(dòng)性。3、控制功能主要包括：自動(dòng)控制功能：主控制系統(tǒng)將通過程序?qū)鞲衅鳈z測(cè)的信號(hào)與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)范圍值相比較，然后根據(jù)實(shí)際情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行灌溉。定時(shí)控制功能：系統(tǒng)可對(duì)電動(dòng)閥設(shè)定開、關(guān)時(shí)間，當(dāng)灌溉的信號(hào)值達(dá)到設(shè)定的濕度值時(shí)，電機(jī)水泵自動(dòng)停止灌溉。4、變速功能：變速功能主要通過變頻器來調(diào)速度，變頻器根據(jù)實(shí)際的信號(hào)狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)設(shè)有高速、中速、低速3種旋轉(zhuǎn)速度狀態(tài)。六.智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)在不同灌溉方式中的應(yīng)用漫灌一一確定灌溉水滲透到農(nóng)作物根域的時(shí)間，選擇合適的水流速，確保在此時(shí)間內(nèi)灌溉水能從地頭流到地尾。噴灌一一因灌溉系統(tǒng)的延遲，即使停止灌溉，灌溉水仍繼續(xù)下滲。所以，需要兩個(gè)土壤水分探頭來監(jiān)測(cè)入滲速率。滴灌一一滴灌系統(tǒng)中的常見問題是灌溉時(shí)間過長(zhǎng)，灌溉次數(shù)不夠。結(jié)合智能灌溉系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)短期