大型噴灌機(jī)節(jié)水灌溉系統(tǒng)方案

農(nóng)田墻情監(jiān)測(cè)與灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)要方案1、系統(tǒng)建設(shè)要求農(nóng)田墻情監(jiān)測(cè)與灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)滿足以下要求：1、對(duì)系統(tǒng)建設(shè)域內(nèi)的18個(gè)灌溉區(qū)土壤墻情信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)；2、通過該系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)去灌區(qū)內(nèi)的18臺(tái)指針式圓形噴灌機(jī)的自動(dòng)控制；3、該系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)中心控制站，通過中心控制站實(shí)現(xiàn)全部的監(jiān)測(cè)控制功能；4、由于灌區(qū)覆蓋面積較廣，選擇的通訊方式應(yīng)滿足信息遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊螅?、要保證系統(tǒng)對(duì)墻情信息，設(shè)備信息的實(shí)時(shí)采集、傳輸。2、系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)考慮的因素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(shì)較好的條件下，通過包括：雙絞線、同軸電纜、光纖等有線介質(zhì)來傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)和控制命令的通訊方式。它有以下一些特點(diǎn)：建設(shè)投資省、無需自身維護(hù)通道，配套設(shè)備簡(jiǎn)單便宜，但容易受到風(fēng)暴和人為的破壞。2、無線通訊包括超短波、短波、微波、衛(wèi)星、GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、GPRS通訊等。其中GPRS是人們經(jīng)常用到的通訊方式。GPRS(GeneralPacketRadioService是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱。它是利用“分組交換”的概念所發(fā)展出的一套無線傳輸方式，是國(guó)際上流行的2.5代移動(dòng)通信產(chǎn)品?？膳c互聯(lián)網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)相連，向移動(dòng)客戶提供豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。所謂的分組交換就是將數(shù)據(jù)分裝成許多獨(dú)立的封包，再將這些封包一個(gè)一個(gè)傳送出去，形式上有點(diǎn)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(shí)才會(huì)占用頻寬，而且可以以傳輸?shù)馁Y料量計(jì)價(jià)，這對(duì)用戶來說是比較合理的計(jì)費(fèi)方式。它在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接。給移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供高速無線IP。GPRS允許用戶在端對(duì)端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，提供了一種高效、低成本的無線分組業(yè)務(wù)。每一個(gè)用戶可以同時(shí)占用多個(gè)信道，并且同一個(gè)信道又可以供多個(gè)用戶共享，資源被有效利用，GPRS能提供比現(xiàn)有GSM網(wǎng)9.6Kbps更高的數(shù)據(jù)率。傳輸速率最高可達(dá)171.2Kbps,凈速率可達(dá)l15Kbps,該項(xiàng)業(yè)務(wù)適合墻情數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接，支持中、高速率數(shù)據(jù)傳輸。GPRS采用了信道聚合和信道復(fù)用技術(shù)，一個(gè)用戶可以占用多個(gè)時(shí)間片，多個(gè)用戶可以共享一個(gè)時(shí)間片，這樣，資源的分配更加靈活，一個(gè)用戶能獲得的最大速率也有所提高。費(fèi)費(fèi)用便宜，GPRS不是基于傳統(tǒng)的電路交換技術(shù)，而是基于無線分組交換技術(shù)，所謂的分組交換就是把數(shù)據(jù)先分成若干個(gè)小的數(shù)據(jù)包，可通過不同的路由，以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的接力方式通過通信子網(wǎng)傳送到目的端，再組裝成完整的數(shù)據(jù)。GPRS數(shù)據(jù)是以包來的形式傳輸，采用了斷續(xù)傳輸?shù)牟呗?，?jì)費(fèi)是按數(shù)據(jù)流量而不是按照在線時(shí)間長(zhǎng)短來計(jì)算的，非常適合水情數(shù)據(jù)的傳輸。兼容Internet/Intranet,現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)是IP協(xié)議的天下，Internet及大部分局域網(wǎng)應(yīng)用也是基于IP協(xié)議的。GPRS從協(xié)議上提供了和IP網(wǎng)絡(luò)的互通功能，能夠?qū)崿F(xiàn)從空中接口到外部網(wǎng)絡(luò)之間的分組數(shù)據(jù)傳輸，GPRS可以接入基于TCP/IP協(xié)議的外部網(wǎng)絡(luò)和X.25網(wǎng)絡(luò)。用戶可以通過GPRS系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)連接到互聯(lián)網(wǎng)，對(duì)于Interact網(wǎng)絡(luò)的其它GPRS網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)只是一個(gè)普通的子網(wǎng)。GPRS網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)中增加GGSN和SGSN來實(shí)現(xiàn)的。通過對(duì)GPRS通訊方式的描述，對(duì)比有限通訊和其他無線通訊的方式，該系統(tǒng)中為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，節(jié)約建設(shè)成本，因此采“PRS無線通訊方式。供電系統(tǒng)的配備系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，考慮到監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布較廣，不能采用市電統(tǒng)一供電，為了保證墻情監(jiān)測(cè)點(diǎn)不間斷工作的需求，為每個(gè)墻情監(jiān)測(cè)點(diǎn)配備了太陽能供電系統(tǒng)。太陽能供電系統(tǒng)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：①太陽能電池組件：太陽能電池組件是太陽能供電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能供電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能量轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來，或推動(dòng)負(fù)載工作。太陽能電池組件的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。②太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)。③蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、銀鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽能電池組件所供出的電能儲(chǔ)存起來，到需要的時(shí)候再釋放出來。本系統(tǒng)采用的太陽能供電系統(tǒng)包含一個(gè)20亞的太陽能板，2個(gè)24V的電瓶，可滿足連續(xù)陰雨5?8天監(jiān)測(cè)點(diǎn)的供電。太陽能供電系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)：＞長(zhǎng)壽命：晶體硅太陽能電池組件的質(zhì)量保證期是15-20年；＞高性能：晶體硅太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)具有抗臺(tái)風(fēng)、抗冰雹、抗潮濕、抗紫外輻照等特點(diǎn)，組件系統(tǒng)可以在零下40度到零上70度環(huán)境下正常工作；＞無需職守：運(yùn)行中無需人員職守，像常規(guī)能源一樣能向負(fù)載供電；＞無間斷供電：系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到當(dāng)?shù)氐年幱晏鞖馇闆r，將平時(shí)多余的電能存儲(chǔ)在蓄電池內(nèi)，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(fā)電設(shè)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(huán)境影響：平原、河道、海洋、高山、雪原、海島、森林地區(qū)，任何需電的地方都可以使用晶體硅太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。3、系統(tǒng)建設(shè)方案農(nóng)田墻情監(jiān)測(cè)與灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了18個(gè)灌區(qū)土壤墻情信息的測(cè)量、無線傳輸和實(shí)時(shí)顯示及18臺(tái)圓形指針噴灌機(jī)的自動(dòng)操控，并配備了太陽能供電系統(tǒng)，可滿足野外長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與噴灌機(jī)自動(dòng)控制的需求。該系統(tǒng)建設(shè)覆蓋了18個(gè)灌溉區(qū)域，主要由1個(gè)監(jiān)控中心和分布在各區(qū)域的信息采集箱、設(shè)備控制箱及土壤水分傳感器、角度傳感器組成。系統(tǒng)整體建設(shè)框架圖如下：系統(tǒng)整體框架圖從上圖可知，系統(tǒng)的建設(shè)主要分為兩部分，一是灌溉區(qū)現(xiàn)場(chǎng)硬件的布設(shè)，二是監(jiān)控中心的建設(shè)。3.1灌溉區(qū)現(xiàn)場(chǎng)硬件布設(shè)硬件的選擇該系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離土壤墻情信息的實(shí)時(shí)采集和噴灌機(jī)的自動(dòng)控制，為達(dá)到以上目的，系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)包含以下硬件：1、土壤水分傳感器：可長(zhǎng)期埋設(shè)與土壤和堤壩內(nèi)使用，對(duì)表層和深層土壤進(jìn)行墻情的定點(diǎn)監(jiān)測(cè)和在線測(cè)量，本系統(tǒng)中采用SWCP1型號(hào)的土壤水分傳感器，具體參數(shù)詳見附錄；2、角度傳感器：固定在圓形噴灌機(jī)上，實(shí)時(shí)測(cè)量噴灌機(jī)轉(zhuǎn)過的角度，以確定噴灌機(jī)具體的位置；3、數(shù)據(jù)采集控制模塊：用于信息采集及控制設(shè)備自動(dòng)化過程控制的產(chǎn)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(jī)所發(fā)出的控制指令。本系統(tǒng)中采用DMG-1數(shù)據(jù)采集控制模塊，具體參數(shù)詳見附錄；4、無線傳輸模塊：通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將與其相連的用戶設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀nternet中的任意一臺(tái)主機(jī)上，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程透明傳輸。本系統(tǒng)中采用MG601無線傳輸模塊，具體參數(shù)詳見附錄。5、太陽能供電系統(tǒng)：用于在市電供電不方便的區(qū)域?yàn)椴杉?、?zhí)行設(shè)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(zhuǎn)換系統(tǒng)：用于將220V的交流電轉(zhuǎn)換成24V直流電，可為系統(tǒng)的中的其他設(shè)備提供工作電源。

7、配電箱：用于存放數(shù)據(jù)采集控制模塊、無線傳輸模塊、太陽能電瓶。并內(nèi)置繼電器、接線柱等。8、支架：用于固定配件箱的設(shè)備。3.1.2、硬件的布設(shè)方案根據(jù)系統(tǒng)的要求及選用的硬件設(shè)備，硬件的布設(shè)主要為信息采集箱和設(shè)備控制箱的建設(shè)。其中信息采集箱，主要來監(jiān)測(cè)土壤水分信息的設(shè)備，主要包括1個(gè)配電箱、1套太陽能供電系統(tǒng)、1個(gè)無線傳輸模塊、1個(gè)數(shù)據(jù)采集控制模塊、2個(gè)土壤水分傳感器。設(shè)備控制性，主要用來控制噴灌機(jī)和水泵的設(shè)備，主要包括1個(gè)無線傳輸模塊繼電器設(shè)備控制箱數(shù)據(jù)采集控制模塊無線傳輸模塊信息采集箱太陽能供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制模塊土壤水分土壤水分角度電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)無線傳輸模塊繼電器設(shè)備控制箱數(shù)據(jù)采集控制模塊無線傳輸模塊信息采集箱太陽能供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制模塊土壤水分土壤水分角度電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)配電箱，1個(gè)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，1個(gè)無線傳輸模塊、1個(gè)數(shù)據(jù)采集控制模塊、2繼電器、1個(gè)角度傳感器。各個(gè)灌區(qū)設(shè)備配置相同，基本的硬件框架圖如上圖。設(shè)備控制箱放置在圓形噴灌機(jī)中央箱附近，用來控制噴灌機(jī)和水泵的啟動(dòng)/關(guān)閉。信息采集箱放置在噴灌機(jī)末端位置，土壤水分傳感器與信息采集箱之間的距離為噴灌機(jī)所噴出水流距離的兩倍，具體位置圖如下：3.2監(jiān)控中心建設(shè)監(jiān)控中心主要是指裝有作物灌溉決策系統(tǒng)并能聯(lián)入1成0m0土網(wǎng)絡(luò)的工控機(jī)。監(jiān)控中心環(huán)境搭建：1、由于整個(gè)系統(tǒng)的信息傳輸和命令傳遞是采用GPRS進(jìn)行無線傳輸，因此監(jiān)控中心的設(shè)備必須聯(lián)入1成0^0土網(wǎng)絡(luò)；2、由于要保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，在硬件設(shè)備方面，選擇臺(tái)灣研華的工控機(jī)和三星22寸存液晶顯示器；3、在軟件設(shè)計(jì)方面，除了要滿足土壤墻情信息的實(shí)時(shí)顯示和噴灌機(jī)、抽水機(jī)泵的實(shí)時(shí)控制外，軟件還應(yīng)該能長(zhǎng)久穩(wěn)定的運(yùn)行，并具備良好的擴(kuò)展。系統(tǒng)基本的控制流程圖如下：

開始灌溉等于監(jiān)測(cè)點(diǎn)二角度監(jiān)測(cè)點(diǎn)一水分信息結(jié)束一次灌溉干旱.....V--未達(dá)到灌溉要求??????監(jiān)測(cè)點(diǎn)二水????.. 開始灌溉等于監(jiān)測(cè)點(diǎn)二角度監(jiān)測(cè)點(diǎn)一水分信息結(jié)束一次灌溉干旱.....V--未達(dá)到灌溉要求??????監(jiān)測(cè)點(diǎn)二水????.. 分信息達(dá)到灌溉要求判斷角度—不等于監(jiān)測(cè)點(diǎn)二的角度停水泵，轉(zhuǎn)到起始位置后，停噴灌機(jī)正