自动化灌溉设计方案

1、自动化灌溉与信息化管理系统方案 1、现场智能感知平台： 、井房首部设备智能监控系统 、田间无线灌溉控制系统 .无线土壤墒情监测系统 .综合智能气象监测系统 2、无线网络传输平台 3、数据管理平台 4、应用平台（监控中心及移动管理控制端） 5、主要技术参数 自动化灌溉与信息化管理系统方案 自动化灌溉与信息化管理系统是针对农业大田种植分布广、监测点多、 布线和供电困难等特点，融合最新的物联网和云计算技术，采用高精度土壤 温湿度传感器和智能气象站，远程在线采集土壤墒情、气象信息，实现墒情 自动预报、灌溉用水量智能决策、远程/自动控制灌溉等功能。 该系统根据不同地域的土壤类型、灌溉水源、灌溉方式、种植

2、作物等划 分不同类型区，在不同类型区内选择代表性的地块，建设具有土壤含水量， 地下水位，降雨量等信息自动采集、传输功能的监测点；通过灌溉预报软件 结合信息实时监测系统，获得作物最佳灌溉时间、灌溉水量及需采取的节水 措施为主要内容的灌溉预报结果，定期向群众发布，科学指导农民实时实量 灌溉，达到节水目的。 系统组成： 大田灌溉自动化与信息化管理系统分为现场智能感知平台、无线网络传 输平台、云数据管理平台、应用平台（监控中心及移动管理控制端）四个层 次，其中，田间脉冲电磁阀、无线阀门控制器、远程水泵智能控制器、云服 务器、主控制中心和村级（企业）控制中心、移动控制终端等组成灌溉无线 控制系统，能够实

3、现现地无线遥控、远程随时随地监控、轮灌组定时自动轮 灌等控制方式，并且实时监测机井和阀门状态，灌溉流量和管网压力，保障 运行安全，及时提示报警信息。在此基础上，扩充田间土壤墒情监测、农田 气象监测、作物和泵房视频监测等内容，指导科学灌溉，提高灌溉的智能化 程度。 灌溉自动化系统总体层次分布图 系统特点： 全无线传输，自组网协议，电池供电、不需要任何布线，系统安装维 护方便； 无线采用全球免费的公共频段（），省去传统无线的运营费用； 公网无线和现场无线融合，且具有冗余备份能力，提高了系统可靠性 和安全性，突破了系统现地访问限制； 无线阀控和采集节点超低能耗设计、内置电池保证使用 3年；系统定时

4、采集网络节点电压、工作温度与通讯链路状态，实现网络自诊断功能； 所支持的电磁阀产品线广泛，不仅支持 Netafim、Rain Bird 和Hun ter等灌溉公司的电磁阀，同时也支持国外着名的阀制造企业Bermad Dorot 和TECHNIDR的产品; 移动管理终端创新开发，突破了只能固定地点操作的限制，方便灌 溉管理； 自动化功能多层次设计满足不同灌溉管理需要，提高了系统的适应 性； 系统采用组件化和模块化设计，无线阀控节点、无线采集节点和机 井控制站可以按照项目需要自由扩展，方便项目设计，方便后续升级维护。 支持土壤墒情、作物长势信息和农田小气候信息的采集，强大的 Un iLog管理软件

5、能根据所采集的气象信息推算最适宜的农田灌溉时间和灌溉 量，并做出智能的管理决策； 管理软件集成GPRS/GS技I术，支持基于短信的智能报警，支持基于 In ter net的远程管理。 依托云数据中心，灌溉自动化系统实现统一专家运维服务，现场维 护人员只需要根据系统和专业运维人员建议，安装拆卸设备和排除故障等。 让高科技傻瓜化，让自动化的使用维护和基础滴灌工程一样简单。 1、现场智能感知平台： 平台包括有：井房首部设备智能监控系统、田间灌溉控制系统、田间土 壤墒情信息监测系统、近地小气候环境信息监测系统、智能气象站、作物长 势远程监测系统。 、井房首部设备智能监控系统 井房首部枢纽设备包括：变频

6、器、一体式水泵智能控制器、压力传感器、 流量传感器、地下水位 / 温度传感器、过滤装置、安全防护装置，自动化施肥 装置和测控装置等。 过滤装置作用是将水中的固体大颗粒、杂质等过滤，防止这些污物进入 滴灌系统堵塞滴头或在系统中形成沉淀。施肥装置的作用是使易溶于水并施 于根系的肥料、农药、化控药品等在施肥罐内充分溶解，然后再通过滴灌系 统输送到作物根部，便于作物吸收，充分发挥肥效，同时减少肥料浪费，测 控装置的作用是方便系统的操作、运行管理、保证系统安全。本系统设有逆 止阀、排气阀、压力表、水表、流量控制阀门。 井房首部设备智能监控系统 实现机井水泵的启闭、电机保护、电量的计 量、运行状态监测，同

7、时还对水源地地下水位、出水口压力和流量进行监测。 井房智能监控站示意图 井房智能监控站功能及原理如下： 远程的测控：智能井房控制终端通过 GPR无线，接收控制中心发送的命 令，对水泵变频器进行采集和控制，实现远程的水泵启停、电量采集的首部 控制管理； 变频恒压管理：变频器根据灌溉所设定的压力，对灌溉主管道进行恒压 调变频调控，以保证足够的灌溉压力。根据水泵功率大小可选； 管网监测管理：智能井房终端通过监测安装在过滤器的前后的两个压力 传感器的压差值，来判断是否需要对过滤器进行清理，以保证管网的高效稳 定； 灌溉用水统计：智能井房连接地下水位传感器、流量传感器，实时监测 水源井地下水位动态情况以

8、及灌溉水的使用情况，当地下水位值低于设定值 是，发出预警信息。 表井房智能监控站设备组成清单表 序号 产品名称 型号 数量 备注 1 智能泵站控制器 定制 1 内置电能量采集和 远程传输模块 2 水泵变频启动器 定制 1 3 安全防护箱 定制 1 4 地下水位传感器 定制 1 20m量程，40米线缆 5 管道压力传感器 定制 2 6 脉冲流量计 定制 1 、田间无线灌溉控制系统 田间无线灌溉控制系统通过无线控制器与井房智能监控站连接，通过对 泵站、可控灌溉阀门等状态信息、控制信息、田间水位、墒情、流量等测量 信息及雨情、风情、温度等气象信息的实时采集，经过可编程控制器的逻辑 判断和处理，实现基

9、于预定控制模型的自动灌溉、自动控制，并自动形成数 据报表及相应的统计信息报表等功能，同时可选择实现远程登陆访问功能。 田间无线灌溉控制节点由无线阀门控制器、脉冲电磁阀、状态反馈、田 间信息传感器（土壤温度、土壤水分传感器、流量和压力传感器）组成。无 线阀门控制器通过线缆连接电磁阀和状态反馈，实现电磁阀启闭控制和状态 监测。 图无线阀控节点设备安装图 田间无线阀控器采用高性能蓄电池供电，具有无线通讯组网功能，能够 支持控制两路脉冲电池阀、接收两路状态反馈，同时可根据需要接入土壤水 分、温度、流量和压力传感器。是无线通讯的终端节点。 电磁阀是实现田间灌溉阀门自动控制的枢纽设备，它通过电缆直接连接

10、到核心可编程控制器或就近的田间控制器，根据可编程控制器上设置的灌溉 施肥程序自动执行来自控制器的运行指令，实现灌溉阀门的自动启动和关闭。 传感器是系统用于监控灌溉系统运行状况的传感设备，可以采集灌溉系 统本身的设备运行信息、土壤和气象等环境信息，以及作物的生理反馈信息， 传感器可以作为灌溉控制条件实现智能灌溉控制。灌溉自动控制系统的传感 器主要包括液位计、压力传感器、温度湿度传感器、电磁流量计、土壤水分 以及作物生长精密传感器等。 无线通讯系统 采用全无线漫游组网，田间不铺设线路，通过分区管理， 级联通讯，实现数据的远程传输。每一个电磁阀都有 1个专用地址，根据轮灌 制度确定开启的电磁阀，控制

11、中心给开启的电磁阀的专用地址下命令，电磁 阀开启灌水。 无线阀门控制器与脉冲电磁阀和状态反馈形成无线灌溉控制节点，实现 阀门的无线启闭，不再需要管理人员下地手动启闭阀门。无线阀门控制器内 置高能电池，正常使用寿命不低于3年。 表无线阀控组成清单表 序号 设备名称 型号 1 电磁阀 定制 2 无线阀控器 定制 3 土壤水分/温度传感器 定制 4 管道压力传感器 定制 5 无线阀控器安装配件 定制 6 无线中继点 定制 7 室外网关 定制 .无线土壤墒情监测系统 土壤墒情监测系统能够实现对土壤墒情的长时间连续监测。用户可以根 据监测需要，灵活布置土壤温度和土壤水分传感器；也可将传感器布置在不 同的

12、深度，测量剖面土壤水分情况。系统采用GPRS网络采集传输模式，传 感器没有数量上的限制，监测点之间没有距离限制。系统还提供了额外的扩 展能力，可根据监测需求增加对应传感器，监测土壤温度、土壤电导率、土 壤PH值、以及空气温度、空气湿度、光照强度、风速风向、雨量等信息，从 而满足系统功能升级的需要。 土壤墒情监测系统能够全面、科学、真实地反映被监测区的土壤变化， 可及时、准确地提供各监测点的土壤墒情状况，为减灾抗旱提供了重要的基 础信息。 土壤水分传感器的安装位置，要求离滴管带10cm安装深度分三层10cm 20cm 40cm,安装位置的选择每个灌溉单元中的 2个代表处，每个喷灌单元 12个分区

13、点。 表。无线土壤墒情监测组成清单 序号 设备名称 规格 型号 1 GPR数据传输模块 太阳能自供电 定制 2 数据采集器 电池供电/4输出/6输入 定制 3 土壤水分传感器 量程0-100 % vol/精度3% 定制 4 土壤温度传感器 定制 5 太阳能供电系 太阳能自供电10W/9000mhA 定制 6 设备固定支架 用于设备与支撑杆的固定 /三 角型支架 定制 综合智能气象监测系统 综合智能气象监测系统由 9要素气象监测站、 6层土壤墒情监测站以及作 物长势远程监测系统组成； 气象监测站，监测因子（风速、风向、雨量、太阳辐射、空气温度、空 气湿度、大气压强传感器、co浓度传感器、叶面湿度

14、传感器），自动记录农 田环境信息，并通过GPRS/GSM远程上报至数据中心。基于对农田气象信息 的监测，中心软件可以计算出每天每小时的ETf（土壤蒸发和植物蒸腾之和） 以便进行高效的、科学的灌溉管理。作物长势远程监测系统具有视频监控、 无线覆盖等功能，主要用于获取农田环境气象信息，远程查看农田作物生长 情况。 综合智能气象监测系统 由气象传感器、GPR无线采集器、太阳能供电系 统、铝合金安装支架、作物长势远程监测系统等组成。 气象传感器：包括风速传感器、风向传感器、雨量传感器、太阳辐射传 感器、空气温湿度传感器、大气压强传感器、CO浓度传感器、叶面湿度传感 器； GPR无线采集器：采集气象数据

15、，并通过 GPRS/GSM发送数据中心； 太阳能供电系统：包括太阳能电池板、充放电控制器、充电电池组，保 证采集系统的能量供给，在持续阴雨天连续工作长达 15天； 防护围栏：白色塑钢护栏，高度 80cm,围成4x4m勺监测围场，防止牲畜 进入破坏； 作物长势远程监测系统特点： （ 1）系统配置高清红外摄像头，可进行全天候连续监控，监控距离可达 120m 分辨率1280X 960,水平方向360连续旋转，垂直方向-2 -90 ,无 监视盲区。 （2）可实时监测空气温湿度、风速、风向、雨量、土壤温度、土壤湿度 等多种气象参数，可存储整个生育期内的气象信息，具有历史数据掉电保护 功能。 （3）系统通

16、过远程无线网桥和无线路由器实现农田的无线覆盖。 （4）技术员可在任意地点通过浏览器查看视频及气象数据。 表8-2-11气象环境监测系统组成清单 序号 设备名称 型号 数量 1 远传模块 DTU-100 1 2 监测主机 SMC1814 1 3 温湿度传感器 HYS10 1 4 风速传感器 WDS10 1 5 风向传感器 WDS10 1 6 辐射传感器 SRS10 1 7 雨量传感器 RF10 1 8 叶片湿度传感器 LWS10 1 9 CO浓度传感器 CO2-10 1 10 大气压强传感器 PRS10 1 11 太阳能电池板及蓄电池 3W/10AH 1 12 安装支架 全铝合金支架 1 13

17、传输卡 30M每月 1 14 避雷器 1 15 高清网络摄像机 300万像素，360度旋 转 1 16 防雷接地 17 防护围栏 塑钢材质，80cm高，按延 16m 米计算 2、无线网络传输平台 网络传输方式：LAN网络、MA网络、WA网络； 局域网（LAN： 般限定在较小的区域内，小于 10km的范围，信道传输 速率可达120Mbps结构简单，布线容易。通常采用有线的方式连接起来。 城域网（MAN：规模局限在一座城市的范围内，10100km的区域。 广域网（WAN：网络跨越国界、洲界，甚至全球范围。广域网信道传输 速率较低，一般小于，结构比较复杂。 3、数据管理平台 平台包括：接收和发送各个

18、监控点的采集的数据（机井监控信息、田间 设备信息、土壤墒情（旱情）预报信息、近地小气候环境信息、气象信息所 有数据）及传送控制命令；运行灌溉管理软件，实施灌溉计划管理、灌溉预警 管理、灌溉调度管理、远程自动化控制管理等功能、水费征收管理。 云数据管理平台是对项目内所有基础数据、监测数据综合管理的平台。 平台通过对泵站、可控灌溉阀门等状态信息、控制信息、田间水位、墒情、 流量等测量信息及雨情、风情、温度等气象信息的实时采集，经过可编程控 制器的逻辑判断和处理，实现基于预定控制模型的自动灌溉、自动控制，并 自动形成数据报表及相应的统计信息报表等功能，同时可选择实现远程登陆 访问功能。 平台通过运行

19、灌溉管理软件，实施灌溉计划管理、灌溉预警管理、灌溉 调度管理、远程自动化控制管理等功能、水费征收管理 平台通过接收监测站及人工监测实时数据，提供灌区的水情、雨情、工 情以实时信息及历史数据的存储、整理，为用户提供实时遥测数据显示和历 史数据、墒情测报成果、配水调度成果查询等。平台根据灌区的雨情和墒情 等信息进行土壤墒情预报。墒情测报的精度直接关系到配水调度决策是否科 学合理。根据土壤分布类别、作物种植及生长周期、灌溉定额等信息，按照 系统对应灌溉面积生成干支管道灌水制度的配水计划。综合考虑来水情况和 土壤墒情初步确定灌溉调度方案，通过方案优选功能，以灌溉效益最大为目 标函数对灌溉调度方案进行优

20、选。用户可以根据实际情况，对各影响因素设 定相应的权重，系统将根据用户的选择确定最优方案。 图5-8 灌溉管理软件图 4、应用平台（监控中心及移动管理控制端） 在应用平台上，用户可以通过手机、PDA计算机等信息终端接收农田墒 情信息、气象信息，并可通过 INTERNET网远程控制灌溉设备，也可以通过 GPRS/3C网络、现场短距离无线自组网络等方式实现远程及本地控制。对政府 管理部门而言，则可以通过该平台，提升农情、农业气象、农田水利的综合 管理水平。 监控中心根据项目建设需要设置县级主监控中心 1个，村级主监控中心 1 个。是灌溉自动化系统的集中和分片管理的中心。建设模式如图所示。监控 中心

21、具体配置包括： 物联网远程信息服务 视频发布 : 利用网络通信技术 Socket 技术、数据采集技术及面向对象等软件技术实 现了系统管理、 用户管理、 设备监控数据显示等功能， 便于客户通过 Internet 网络实时查看园区人员工作及作物的生长状态。 环境信息发布 : 采用先进的C/S （客户端/服务器）结构，把园区各温室监测的环境信息 发布到网页上，客户端只需要使用标准的IE浏览器就可以实现实时查看园区 生长环境信息的功能。 5、主要技术参数 1. 机井智能监控 机井智能控制器要求针对灌溉水泵智能测控需求一体化专业设计开发， 支持电量、水量、水位、压力、刷卡和无线通讯等多种功能； 机井智能

22、控制器支持掉电报警提示，自动转换低功耗运行模式，持续水 位等信息采集和报警； 机井智能控制器支持多级控制：用户可以通过电脑、手机随时随地实现 控制； 可选IC卡现地管理； 机井智能控制器集成智能监测：实时监测地下水位、管道流量、水泵用 电量，统计分析灌溉用水（用电）总量和效率，实现计费管理； 机井智能控制器支持运行安全管理：水泵缺相、过流保护；过滤器需要 清洗提示；掉电提示续航； 机井智能控制器可选信息汇集：作为田间无线阀控和采集网关，实现灌 溉单元设备和运行管理 2. 田间阀门控制 采用无线自组网技术， 实现田间阀门控制， 自动中继路由能力不小于 5节， 单跳视距不小于500m无线响应延时小

23、于io秒； 田间阀门控制器无需任何设置，防水防潮，具有故障、防盗报警功能， 系统报警延时 1分钟左右； 移动管理终端融合GPR和自组网无线通信能力，支持远程和现地无线控 制阀门启闭，获取阀门状态和田间采集数据； 田间阀门采用脉冲磁保持控制方式，具有状态反馈，监视灌水状态，反 馈延时小于 20秒； 田间阀门控制器支持土壤水分 / 温度、管道压力 /流量传感器的接入功能， 具有越线报警功能； 田间阀门控制器超低能耗运行、内置一次性电池使用寿命质保3个灌溉季 度； 3. 农田信息采集 采用无线自组网技术，实现农田和大棚内信息采集，自动中继路由能力 不小于5节，单跳视距不小于500m无线响应延时小于10秒； 农田剖面三层无线土壤水分 / 温度传感器采用圆锥式探头结构，直径小于 13mm并且无线采集器集成一体，三层剖面深度10/20/40cm，方便使用和维 护，无需现场配置，具有越线报警功能； 近地小气候无线传感器集成光照、空气温湿度和土壤水分温度于一体， 无需现场配置，具有越线报警功能，方便使用和维护； 无线传感器超低能耗运行、内置一次性电池使用寿命质保3个灌溉季度； 4. 农田信息采集与发布设备 九要素气象站包括空气温湿度、太阳辐射、风速风向、雨量、大气压力、 二氧化碳和叶片湿度实时采集，通过 GPR与平台通信，集成太阳能供电，保 障全天候连续信息采集； 六层旱