智能灌溉农田灌溉控制系统

系统简介

智能灌溉一种现代高效节水的灌溉方式，智能灌溉系统是集自动控制技术，传感器技术、通讯技术、计算机技术等于一体的灌溉管理系统。随着农业及园林业的发展，水资源的不断升值，传统灌溉方式正在被现代智能型微机控制灌溉系统所取代并得以推广，是有效解决灌溉节水问题的必要措施之一。

金斗云自主研发的智能灌溉系统是集传感器技术、自动控制技术、计算机技术、无线通信技术等多种新技术于一体的智能灌溉控制系统，该系统的应用使我国的农业由传统的劳动密集型向技术密集型转变奠定了重要的基础。 系统既可以根据植物和土壤种类，光照数量来优化用水量，也可以在雨後监控土壤的湿度。据研究统计显示，金斗云智能灌溉系统和传统灌溉系统的成本差不多，却可实现节水16%到30%。

智能灌溉系统-软件设计 

软件是控制系统的灵魂，需要与硬件配合，将实时数据与专家系统的设定值进行比较判断，来控制电磁阀的开启和延续时间的长短，实现智能控制。中央控制室的计算机系统使用了大型关系数据库，能对各种数据进行分类存储和自动备份，并能根据定制条件进行查询。本系统能够实现全自动、无人值守的数据处理，并预留WEB接口，远程用户可以通过浏览器查询有关的灌溉信息。

本系统采用了图形用户界面，用户操作简单方便。实时或定时采集的田间土壤水分、土壤温度、空气温湿度等数据，均可以实时地以图形或者表格方式在中央控制计算机上显示。用户可以通过图形界面设定每个地块的灌溉策略，实现定时、定量的无人值守的自动灌溉。

智能灌溉系统-系统组成

智能灌溉电脑界面

手机APP页面

控制流程图

智能灌溉系统-优点

与传统灌溉方式相比，金斗云智能灌溉控制系统有如下优点：

1、微机控制喷灌和滴灌，大大节省日趋宝贵的水资源，具有巨大的社会效益和经济效益。

2、根据植物对土壤水份的需求特点设定不同的灌溉方式，使植物按生长周期生长， 达到增产增收的目的。

3、自动灌溉，大大节省人力资源，提高劳动生产率。

智能灌溉系统-功能

为了节约喷灌用水和实现智能控制，灌溉系统具备以下功能： 

1、数据采集功能：可接收土壤湿度传感器采集的模拟量。模拟量信号的处理是将模拟信号转变成数字信号（A/D转换）。 

2、控制功能：具有定时控制、循环控制的功能，用户可根据需要灵活选用控制方式。 

①自动控制功能：可编程控制器通过程序将传感器检测的湿度信号与预先设定的标准湿度范围值相比较，如果检测的湿度值超出了设定湿度值，（低于设定值则调大电动机转速，高于设定值则调小电动机转速）则自动调节电动机转速，进行灌溉操作。 

②定时控制功能：系统可对电磁阀设定开、关时间，当灌溉的湿度值达到设定的湿度值时，电动机自动停止灌溉。 

③循环控制功能 ：用户在可编程控制器内预先编好控制程序，分别设定起始时间、结束时间、灌溉时间、停止时间，系统按设定好的时间自动循环灌溉。 

3、变速功能:当前所测的土壤湿度值与预先设定的最适宜草坪生长的湿度值50%—60%RH比较，分为大于、等于、小于三种结果，即可将湿度分为高湿度、中湿度、低湿度三种状态。在控制面板上表现为高湿度、中湿度、低湿度三个指示灯。变频器根据土壤湿度的三个状态自动调节电动机的转速，电动机设有高速，中速，低速3种旋转速度，分别对应高速，中速，低速三个指示灯。 

4、自动转停功能：控制系统根据土壤的干湿度情况自动启动喷灌，控制电动机以所需的转速转动，喷头喷灌5分钟，停2分钟，再喷5分钟后自动停转。 

5、电动机过载保护功能：当电动机过载时，电动机立即停止转动，灌溉过程中止，并且故障指示灯闪烁报警，过载消除后自动恢复运转。 

6、阴雨天自动停止：利用湿度传感器的开关量作为一个可编程控制器的输入信号，实现控制相关程序的功能。 

7、省电功能：定时控制器在断电时正常计时，故采用其作为可编程控制器的电源控制。在定时灌溉控制时间之内，由定时器接通可编程控制器的电源，可编程控制器按预先编制的程序依次打开各控制设备电源，并根据输入信号的变化随时调整程序的执行。在非系统工作时间里，定时器自动断开可编程控制器的电源，这样既减少了系统耗费的电能又延长了设备的使用寿命。 

8、急停功能：当出现紧急意外事故时，按下急停按钮，电动机立即停止运转，阀门关闭，喷头停止灌溉。 

9、故障自动检测功能：当灌溉系统出现故障，如水管破裂（水压为零），传感器故障，电动机故障，变频器故障，电磁阀故障等，水泵立即停止运行，电磁阀关闭，故障报警灯闪烁并伴有警笛声响起。操作人员可以按下“消音”按钮以解除铃响，但故障指示灯仍在闪烁，直到故障消除，故障指示灯才自动停止闪烁。

智能灌溉系统-方案与设计 

每种植物都有适合其生长的湿度，湿度过大，植物的根系就会在土壤中腐烂，湿度过小，就不足以满足植物生长所需要的水分。灌溉就是满足土壤的湿度在适宜植物生长的湿度范围之内。经资料查证适宜草坪生长的湿度是50%—60%RH。此信号与50%—60%RH比较，可以分为：大于，等于，小于三种情况。系统按可编程控制器内预先编好的程序自动按一定的灌水量进行灌溉。实现不需要人的直接参与，由系统自动实现灌溉，人的作用只是调整控制程序和检修控制设备。 

可编程控制器、传感器、变频器是实现智能灌溉不可缺少的设备。但要想使整个草坪都得到相同的水量，对草坪实现均匀而智能的灌溉，必须要设计一套完整的系统。一套完整的金斗云智能灌溉系统由水源、电源、可编程控制器、开关量、模拟量输入、现场仪表，显示面板等组成。 

1、水源：包括各种可能使用的水源的类型，如自来水、河流、井水、池塘等。视距离灌溉区的远近而定，重要的是所选水源必须要有足够的供水量。 

2、电源模块：稳定可靠的电源供应是整个系统安全、可靠运行的重要前提，要求电源模块稳定、可靠，留有一定的功率余量。 

3、可编程控制器主控模块：负责发出和接收各种运行程序指令，是整个控制系统的中枢部分，要求具有高可靠性和稳定性，通信方式灵活，具有可扩展的功能。 

4、开关量、模拟量输入、输出模块：该部分是可编程控制器装置正确接收信息和发出指令的关键设备，要求有高可靠性、稳定性，能实现某些电、磁的隔离功能。 

5、现场仪表：可编程控制器系统通过接收现场仪表设备发出的信号判断被控设备的运行状况，以及是否符合设备运行的环境条件，因此要求现场仪表设备具有高可靠性、稳定性和精确性。 

6、显示面板：通过显示面板上的指示灯，使操作人员能清晰的看到系统的运行状态，便于控制和维修。 

7、其他辅助设备：辅助设备如冷却风扇、UPS不间断电源等是完善整个系统所必须的，对提高系统的可靠性和使用寿命有很大的帮助。

前景展望

金斗云智能灌溉系统的研发与应用，在实现节约灌溉、智能灌溉、高效灌溉的同时，不仅可以提高水资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。

智能灌溉系统

全系列智能灌溉系统基础设施主要有4大模块，能精确感知土壤、气象、水分，植物等生态要素，变不可见为可见。

1.系统四大模块:

a、信息自动采集。通过无线传感器(士壤温度、湿度、盐分EC值、酸碱度PH值)、气象站、雨量传感器，自动采集作物士壤及生存环境信息，并通过无线通讯传输至远程控制终端，由终端上传至云中心，通过手机APP、电脑客户端用户即可远程查看。

b、无线智能控制。通过手机APP、电脑客户端远程、实时下达控制指令，无需现场作业。

c、信息反馈。在控制指令下达后通过手机APP、网络智能球形摄像机等设备即可远程、实时查看现场作业情况。

d、智能水肥一体化。 通过将金斗云科技自主研发的物联网模块接入水肥一体机，即可将水肥一体机纳入物联网生态系统，实现水肥体机的远程无线控制。操作简单方便，在降低人工和水电成本的同时，达到增产增收的目的。

2. 组网方式

1、 系统采用双网架构，即互联网（Internet）云服务与LORA局域网结合方式，用户通过互联网远程控制LORA无线网关，LORA无线网关在与现场的LOAR设备交互通信，从而实现了智能灌溉系统。

2、 互联网（Internet）云服务：由用户操作端（手机端、PC端）、云服务器和LORA网关组成。之间的通信方式4G/GPRS/以太网。

3、 LORA局域网：由LORA网关、lora解码器和lora传感器组成，之间的通信方式lora无线通信。

四、核心技术产品介绍

1. 控制系统通信方式

无线通信、数据采集、远程控制

配合优化的灌溉控制协议，做到低功耗的无线覆盖。

1、供电电压：85-265V/AC(110V-370V/DC)，24DC输入二选一

2、LoRa局域网

LoRa模块通讯频率：433MHz

LoRa收发模块间距:≤1500M

Lora点数：30个

3、Internet通信接口：以太网口/4G/GPRS三选一，与云服务器链接

4、输出：6路无源常开输出（触点容量：DC30V/5A;AC250V/10A），2路24V输出(200mA)

5、输入：6路4-20mA模拟量，4路干接点输入

6、通讯接口：2路RS485用于采集其他具有RS485通信接口的设备通讯速率:1200/2400/4800/9600bps

组网方式

a. LoRa无线网关

★  阀门与智能网关之间采用LoRa的组网范围：2-8KM；

★ 节点数量：13250个；

★ 无线局域网组网方式：每个节点通过地址码区分，以智能网关为核心组建无线局域网；

★ 无线广域网组网方式：由智能网关以NB/4G的方式与云端服务器通讯；手机端和PC端均通过云端服务器与网关及前端电动阀门通讯并控制；

★ 智能网关与气象站及其它传感器之间：MODBUS总线；

b、有线控制串行结构。

有线控制串行这样的拓卜结构保证了系统的成本降低，组网灵活，特别是扩展成本降低，便于维护。

上行数据包括：土壤温度、湿度；电磁阀及各控制器的工作状态等信息。

下行数据是指中央计算机向各控制单元发出的各种控制指令，包括电磁阀的开关指令；各工作单元的状态查询指令以及对各控制单元的参数预设等。由于采用了先进的无线数字网络，因此本系统能够快速地任意规模地构建而且不受时间、空间和其它条件的限制。无线系统自动组网。主要两点之间有通电的网内节点，就可以自动组网。

2. LORA解码器

(1). JDYHF-B707无线解码器（锂原电池），接收lora网关开关命令，用来控制冲电磁阀。

通信方式：lora无线通信

通信距离：1500m

供电方式：一次性高性能锂原电池

使用寿命：开关1500次

防水等级：IP66

(2)、JDYKJ-B707无线解码器（太阳能电池）接收lora网关开关命令，用来控制脉冲电磁阀。

通信方式：lora无线通信

通信距离：1500m

供电方式：太阳能可充电电池

使用寿命：10年

防水等级：IP66

3. 无线阀门控制箱

a)    无线通讯方式：威图双层防水机箱，内置天线，LORA无线通讯；

b)    电源电压：AC220V/50Hz（单相）

c)    AC380V/50Hz（三相四线），DC24V；

d)    环境湿度：-10+40℃相对湿度：≤80%（20℃±5℃）

e)    周围不含有强腐蚀性、易燃易爆介质

f)    外形300*250*150

g)    开、关向工作过程闪光提示。