GPRS RTU節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用方案

        現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)改造傳統(tǒng)灌溉農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)適時(shí)適量的“精細(xì)灌溉”，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。在灌溉系統(tǒng)合理地推廣自動(dòng)化控制，不僅可以提高資源利用率，緩解水資源日趨緊張的矛盾，還可以增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，降低農(nóng)產(chǎn)品的成本。

        自動(dòng)灌溉監(jiān)控系統(tǒng)有如下優(yōu)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(guò)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，更加節(jié)水節(jié)能，降低灌溉成本，提高灌溉質(zhì)量。

        3、將使灌溉更加科學(xué)，方便、提高管理水平。

        研制和推廣節(jié)水灌溉控制新技術(shù)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的需要。

        GPRS農(nóng)業(yè)自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)：

        GPRS農(nóng)業(yè)自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)主要由中心主控系統(tǒng)(主計(jì)算機(jī))、GPRS采集控制終端、電磁閥、田間濕度傳感器(可測(cè)土壤濕度絕對(duì)值)、氣象觀測(cè)站(可測(cè)量氣溫、風(fēng)向、風(fēng)速)等設(shè)備所組成。操作人員可坐在控制室里，對(duì)傳上來(lái)的氣象資料、田間土壤濕度等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，利用自動(dòng)方式，足不出戶的對(duì)整個(gè)小區(qū)進(jìn)行灌溉。同時(shí)還可以利用數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)和打印系統(tǒng)，隨時(shí)記錄、查詢、打印整個(gè)灌溉小區(qū)的氣象資料、土壤濕度、灌溉設(shè)置、灌溉進(jìn)程、灌水歷史記錄等數(shù)據(jù)。

        GPRS農(nóng)業(yè)自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三層，第一層為控制中心由電腦和以太網(wǎng)組成;第二層為GPRS無(wú)線采集控制器(JY-RTU4100 GPRS RTU)，該層和第一層之間無(wú)需電纜連接;第三層為傳感器采集與電磁閥，所有的傳感器與電磁閥和GPRS無(wú)線采集控制器只需要用一根電纜連接。下面詳細(xì)介紹一下本方案：

        首先我們可以將需要灌溉的區(qū)域分成若干個(gè)小區(qū)，劃分的原則為閥門(mén)相對(duì)集中。每個(gè)小區(qū)內(nèi)采用一個(gè)GPRS無(wú)線采集控制器GPRS RTU，通過(guò)它與中心控制室通訊;GPRS無(wú)線采集控制器再與電磁閥、土壤傳感器等連接該套設(shè)備只需要很少的電力，可以使用太陽(yáng)能來(lái)供電。這個(gè)小區(qū)的控制系統(tǒng)無(wú)需任何電纜與中心控制室連接。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。

        GPRS RTU節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用方案

        第一層控制中心：

        中心采用通過(guò)GPRS/GSM 網(wǎng)路把室外傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到中心計(jì)算機(jī)，在這里進(jìn)行灌溉參數(shù)設(shè)置，及對(duì)灌溉情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并可通過(guò)專用軟件在計(jì)算機(jī)上存儲(chǔ)，顯示數(shù)據(jù)和圖表。同時(shí)可以人工進(jìn)行特殊操作。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲取天氣信息，有預(yù)見(jiàn)性地實(shí)施灌溉。

        建立GPRS中心連接的兩種方式：

        a、中心控制站服務(wù)器采用固定IP地址，當(dāng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求(適用監(jiān)控點(diǎn)數(shù)在200個(gè)左右的)。

        b、中心監(jiān)控站服務(wù)器采用動(dòng)態(tài)IP地址(可以申請(qǐng)花生殼軟件采用域名的方式)，當(dāng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求(適合監(jiān)控點(diǎn)數(shù)在幾十個(gè)左右的)。        

        第二層GPRS 無(wú)線采集控制器：

        1、JY-RTU4100產(chǎn)品簡(jiǎn)介：

        集成采集、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制于一體，將現(xiàn)場(chǎng)傳感器的模擬量、開(kāi)關(guān)量、繼電器信號(hào)通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳至監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)了由現(xiàn)場(chǎng)采集直達(dá)監(jiān)控中心的一套完整解決方案?？梢灾苯油ㄟ^(guò)各類通用型工業(yè)組態(tài)軟件與遠(yuǎn)端現(xiàn)場(chǎng)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，無(wú)須定制驅(qū)動(dòng)。

        2、產(chǎn)品功能：

        ◎ 采集傳輸控制一體化，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了成本;

        ◎ 采用超低功耗高性能的嵌入式處理器，數(shù)據(jù)采樣精度小于2‰;

        ◎ 內(nèi)嵌看門(mén)狗，不死機(jī)，掉線自動(dòng)恢復(fù);

        ◎ 配備多種接口資源：包括模擬信號(hào)采集、開(kāi)關(guān)量采集、脈沖信號(hào)輸入、繼電器控制輸出等;

        ◎ 繼電器可設(shè)置報(bào)警聯(lián)動(dòng);

        ◎ 支持一路RS232/RS485(只支持MODBUS協(xié)議)方式的用戶數(shù)據(jù)接口，可接入電子式傳感器、PLC等各種設(shè)備;

        ◎ 短信數(shù)據(jù)傳輸或GPRS實(shí)時(shí)在線傳輸方式;

        ◎ GPRS 遠(yuǎn)程在線設(shè)置和短信息遠(yuǎn)程設(shè)置功能;

        ◎ 支持終端遠(yuǎn)程進(jìn)入休眠模式，并可用多種方式喚醒;

        ◎ 監(jiān)控中心及手機(jī)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備;

        ◎ 可向用戶設(shè)定的手機(jī)發(fā)送短信報(bào)警信息;

        ◎ 模擬量分時(shí)段報(bào)警;

        ◎ 用戶可以編程的量程轉(zhuǎn)換和報(bào)警上下限設(shè)定;

        ◎ 內(nèi)設(shè)工業(yè)時(shí)鐘，精確記時(shí);

        ◎ 自動(dòng)定時(shí)上報(bào)和事件觸發(fā)上報(bào)功能;

        ◎ 內(nèi)置大容量FLASH存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄，支持歷史數(shù)據(jù)檢索;

        ◎ 板載工業(yè)級(jí)GSM/GPRS通信模塊，方便用戶選擇GSM/GPRS組網(wǎng)方式;

        ◎ 提供用戶設(shè)置軟件，開(kāi)放式接口，方便與組態(tài)軟件及其他軟件連接;

        作用：

        ◎ 具有電壓、電流值等直接模擬量輸入監(jiān)測(cè)土壤含水量等傳感器;

        ◎ 具有485數(shù)字量輸入監(jiān)測(cè)EC(電導(dǎo)率)值和pH 值的等數(shù)字傳感器;

        ◎ 具有開(kāi)關(guān)量輸入監(jiān)測(cè)電磁閥狀態(tài);

        ◎ 具有繼電器輸出遠(yuǎn)程控制電磁閥;

        JY-RTU4100在本系統(tǒng)運(yùn)用中的優(yōu)勢(shì)：

        1、 中心控制室可以控制遠(yuǎn)在千里之外的閥門(mén);

        2、 每個(gè)小區(qū)內(nèi)只需使用一根電纜連接所有的閥門(mén)。大大節(jié)約成本;

        3、 在電力無(wú)法到達(dá)的地方，我們可以采用太陽(yáng)能供電;

        4、 也可以通過(guò)手機(jī)短信來(lái)控制閥門(mén);

        5、 各種監(jiān)測(cè)和控制信號(hào)的通訊傳輸;

        6、 模擬量、開(kāi)關(guān)量高低報(bào)警。

        第三層傳感器采集與電磁閥

        每個(gè)控制單元控制著1—4 路電磁閥。通過(guò)傳感器采集來(lái)的多路數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換，信號(hào)處理，在微處理器中，根據(jù)不同植被需求，確定灌溉量，然后控制信號(hào)輸出，結(jié)合中央管理計(jì)算機(jī)的指令，控制電磁閥的開(kāi)關(guān)，即可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉。土壤濕度傳感器用來(lái)測(cè)量土壤的濕度，以了解土壤的真實(shí)灌溉情況，據(jù)

        此確定灌溉與否和時(shí)間長(zhǎng)短;配有EC(電導(dǎo)率)值和pH 值傳感器，可對(duì)進(jìn)出水進(jìn)行EC值和pH值的檢測(cè)，以便控制自動(dòng)營(yíng)養(yǎng)液的配給。

        數(shù)據(jù)采集部分是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉的重要環(huán)節(jié)。土壤濕度傳感器一般是采集土壤的水吸力大小信號(hào)，也叫土壤水分傳感器。它把土壤水吸力的大小轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA 電流信號(hào)。將傳感器埋入土壤中，放在植被的根部。多個(gè)傳感器注意其安放位置應(yīng)具有代表性，這樣才能反映整塊田地的平均含水量的情況。EC 傳感器和pH 傳感器檢測(cè)灌溉用水的電導(dǎo)率和酸堿度，以確定需添加的肥料、養(yǎng)分多少。

        結(jié)論：

        GPRS RTU農(nóng)業(yè)自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)將傳統(tǒng)的充分灌溉向非充分灌溉發(fā)展，對(duì)灌區(qū)用水進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，實(shí)際動(dòng)態(tài)管理。采用傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)土壤的墑情和農(nóng)作物的生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)水管理的自動(dòng)化。高效農(nóng)業(yè)和精細(xì)農(nóng)業(yè)要求我們必須提高水資源的利用率。要真正實(shí)現(xiàn)水資源的高效，僅憑單項(xiàng)節(jié)水灌溉技術(shù)是不可能解決的。必須將水源開(kāi)發(fā)、輸配水、灌水技術(shù)和降雨、蒸發(fā)、土壤墑情和農(nóng)作物需水規(guī)律等方面統(tǒng)一考慮。做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水聯(lián)合調(diào)用，實(shí)現(xiàn)按期、按需、按量自動(dòng)供水。