GPRS RTU節(jié)水灌溉自動化系統(tǒng)應用方案

        現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)改造傳統(tǒng)灌溉農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)適時適量的“精細灌溉”，具有重要的現(xiàn)實意義和深遠的歷史意義。在灌溉系統(tǒng)合理地推廣自動化控制，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。

        自動灌溉監(jiān)控系統(tǒng)有如下優(yōu)點：

        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、通過自動控制技術(shù)的應用，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，方便、提高管理水平。

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

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

        GPRS農(nóng)業(yè)自動化灌溉系統(tǒng)主要由中心主控系統(tǒng)(主計算機)、GPRS采集控制終端、電磁閥、田間濕度傳感器(可測土壤濕度絕對值)、氣象觀測站(可測量氣溫、風向、風速)等設(shè)備所組成。操作人員可坐在控制室里，對傳上來的氣象資料、田間土壤濕度等數(shù)據(jù)進行綜合分析，利用自動方式，足不出戶的對整個小區(qū)進行灌溉。同時還可以利用數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)和打印系統(tǒng)，隨時記錄、查詢、打印整個灌溉小區(qū)的氣象資料、土壤濕度、灌溉設(shè)置、灌溉進程、灌水歷史記錄等數(shù)據(jù)。

        GPRS農(nóng)業(yè)自動化灌溉系統(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無線采集控制器(JY-RTU4100 GPRS RTU)，該層和第一層之間無需電纜連接;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無線采集控制器只需要用一根電纜連接。下面詳細介紹一下本方案：

        首先我們可以將需要灌溉的區(qū)域分成若干個小區(qū)，劃分的原則為閥門相對集中。每個小區(qū)內(nèi)采用一個GPRS無線采集控制器GPRS RTU，通過它與中心控制室通訊;GPRS無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，可以使用太陽能來供電。這個小區(qū)的控制系統(tǒng)無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)水灌溉自動化系統(tǒng)應用方案

        第一層控制中心：

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

        建立GPRS中心連接的兩種方式：

        a、中心控制站服務器采用固定IP地址，當監(jiān)控點數(shù)量增加，中心不用擴容即可滿足需求(適用監(jiān)控點數(shù)在200個左右的)。

        b、中心監(jiān)控站服務器采用動態(tài)IP地址(可以申請花生殼軟件采用域名的方式)，當監(jiān)控點數(shù)量增加，中心不用擴容即可滿足需求(適合監(jiān)控點數(shù)在幾十個左右的)。        

        第二層GPRS 無線采集控制器：

        1、JY-RTU4100產(chǎn)品簡介：

        集成采集、無線數(shù)據(jù)傳輸、遠程控制于一體，將現(xiàn)場傳感器的模擬量、開關(guān)量、繼電器信號通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)遠傳至監(jiān)控中心，實現(xiàn)了由現(xiàn)場采集直達監(jiān)控中心的一套完整解決方案?？梢灾苯油ㄟ^各類通用型工業(yè)組態(tài)軟件與遠端現(xiàn)場傳感器進行數(shù)據(jù)交流，無須定制驅(qū)動。

        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)嵌看門狗，不死機，掉線自動恢復;

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

        ◎ 繼電器可設(shè)置報警聯(lián)動;

        ◎ 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實時在線傳輸方式;

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

        ◎ 支持終端遠程進入休眠模式，并可用多種方式喚醒;

        ◎ 監(jiān)控中心及手機遠程控制現(xiàn)場設(shè)備;

        ◎ 可向用戶設(shè)定的手機發(fā)送短信報警信息;

        ◎ 模擬量分時段報警;

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

        ◎ 內(nèi)設(shè)工業(yè)時鐘，精確記時;

        ◎ 自動定時上報和事件觸發(fā)上報功能;

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

        ◎ 板載工業(yè)級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)測土壤含水量等傳感器;

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

        ◎ 具有開關(guān)量輸入監(jiān)測電磁閥狀態(tài);

        ◎ 具有繼電器輸出遠程控制電磁閥;

        JY-RTU4100在本系統(tǒng)運用中的優(yōu)勢：

        1、 中心控制室可以控制遠在千里之外的閥門;

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

        3、 在電力無法到達的地方，我們可以采用太陽能供電;

        4、 也可以通過手機短信來控制閥門;

        5、 各種監(jiān)測和控制信號的通訊傳輸;

        6、 模擬量、開關(guān)量高低報警。

        第三層傳感器采集與電磁閥

        每個控制單元控制著1—4 路電磁閥。通過傳感器采集來的多路數(shù)據(jù)，經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換，信號處理，在微處理器中，根據(jù)不同植被需求，確定灌溉量，然后控制信號輸出，結(jié)合中央管理計算機的指令，控制電磁閥的開關(guān)，即可以實現(xiàn)自動灌溉。土壤濕度傳感器用來測量土壤的濕度，以了解土壤的真實灌溉情況，據(jù)

        此確定灌溉與否和時間長短;配有EC(電導率)值和pH 值傳感器，可對進出水進行EC值和pH值的檢測，以便控制自動營養(yǎng)液的配給。

        數(shù)據(jù)采集部分是實現(xiàn)自動灌溉的重要環(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，也叫土壤水分傳感器。它把土壤水吸力的大小轉(zhuǎn)化為標準的4-20mA 電流信號。將傳感器埋入土壤中，放在植被的根部。多個傳感器注意其安放位置應具有代表性，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 傳感器檢測灌溉用水的電導率和酸堿度，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，對灌區(qū)用水進行監(jiān)測預報，實際動態(tài)管理。采用傳感器來監(jiān)測土壤的墑情和農(nóng)作物的生長，實現(xiàn)水管理的自動化。高效農(nóng)業(yè)和精細農(nóng)業(yè)要求我們必須提高水資源的利用率。要真正實現(xiàn)水資源的高效，僅憑單項節(jié)水灌溉技術(shù)是不可能解決的。必須將水源開發(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，實現(xiàn)按期、按需、按量自動供水。