开元体育现代农业智能灌溉控制系统解决方案原理和设计

　　开元体育现代农业智能灌溉控制系统解决方案原理和设计综上所述，要实现智能灌溉，系统需要有可编程、传感器、A/D模块、变频器、电动机、水泵、电磁阀、管网和喷头等设备。

　　②传感器：由于本次设计时间比较仓促，忽略了温度对灌溉的影响，因此没有使用温度传感器，只使用了土壤湿度传感器。通过传感器采集土壤里的湿度信号，判断是否需要灌溉。

　　③A/D模块：因为可编程不能接收模拟信号，所以需将传感器的电压或电流信号转换成数字信号。

　　系统上行数据和下行数据均采用了基于广域网的先进的无线传输方式进行传输。上行数据包括：空气温度、湿度；土壤温度、显度；电磁阀及各的工作状态等信息。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、空间和条件的限制。无线数字网络还具有误差小、抗干扰能力强、成本低、便于扩展等多种优点，使无线数字网成为智能灌溉系统首选的组网方式。

　　针对灌溉水利用系数较低,文中提出一种基于嵌入式智能灌溉控制系统。依托无线传感器网络采集灌区作物需水信息,汇聚到网关节点发送给主控中心,中心主机根据信息确定灌溉状态并计算灌水量,控制灌溉设备工作实现智能灌溉;依托Internet管理员有权对系统远程管理,满足了规模化灌溉的需求。根据示范区观测,灌溉水利用系数由原来的0.6提高到0.9。系统结合了无线传感、计算和网络通信技术,解决了精确农业亟待解决的关键技术问题。

　　在中国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%～80%，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。我们的智能灌溉系统在这种背景下应运而生了。

　　不仅美国，英国也开始关注节水问题。英国节能信托基金会和能源部警告，随着越来越多的家庭开始节约能源，使用热水可能会超过取暖成为制造二氧化碳的主要途径。

　　托普物联网指出所谓智能就是不需要人的控制，系统能自动感测到什么时候需要灌溉，灌溉多长时间；系统可以自动开启灌溉，也可以自动关闭灌溉；可以实现土壤太干时增大喷灌量，太湿时减少喷灌量。要实现此功能就要充分利用可编程的控制作用。系统要实现自动感测土壤湿度的功能必须要有土壤湿度传感器。要实现灌溉水量的多和少的调节，必须要有变频器。在可编程内预先设定50%—60%RH为标准湿度，传感器采集的湿度模拟信号经A/D模块转换成数字信号。

　　灌溉系统工作时，湿度传感器采集土壤里的干湿度信号，检测到的湿度信号通过A/D模块转换，将标准的电流模拟信号转换为湿度数字信号，输入到可编程。可编程内预先设定50%—60%RH为标准湿度值，实际测得的湿度信号和50%—60%RH比较，可以分为：在这个范围内，超出这个范围，小于这个范围三种情况。可编程将控制信号传给变频器，变频器根据湿度值，相应的调节电动机的转速，电动机带动水泵从水源抽水，需要灌溉时，电磁阀就自动开启，通过主管道和支管道为喷头输水，喷头以各自的旋转角度自动旋转。灌溉结束时电磁阀自动关闭。为了避免离水源远的喷头不能被供给足够的压力，在电磁阀的一侧安装一块压力表，保证个喷头的水压满足设定的喷灌射程，避免发生因为水压不足，喷头射程减少的现象。整个系统协调工作，实现对草坪灌溉的智能控制。

　　采用了可以无限扩展的开放式设计思路，并采用先进的集木式构建。整个系统由多组集群控制单元组成，每组集群控制单元管理一片区域，每一个片区由多台、电磁阀、传感器组成。因此本系统可以根据用户的需求，方便快速地组建智能灌溉系统。用户只需增加各级控制设备的数量即可实现整个系统的无限扩容。本系统可适用于小到某块棉田的自动灌溉，大到整个兵团所有作物地块，包括绿地的自动灌溉。并且系统容量越大，平均投资成本愈低，生产效率也越高。本系统遵循了以下设计原则：

　　智能灌溉系统涉及到传感器技术、自动控制技术、计算机技术、无线通信技术等多种高新技术，这些新技术的使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。

　　智能灌溉系统可以根据植物和土壤种类，光照数量来优化用水量，还可以在雨後监控土壤的湿度。有研究现实，和传统灌溉系统相比，智能灌溉系统的成本差不多，却可节水16%到30%。加州出台的新法案要求2012年起新公司必须使用智能灌溉系统开元体育。

　　无线通信技术的使用，拓宽了的使用范围，只要有无线信号覆盖的地区，都可以实现远距离无线采集和控制。实现了计算机和等多方面的互动性，系统还具有自动报警功能，检测出系统异常，会及时将故障相关信息上报给中央计算机系统，以便迅速地定位并排出故障。

　　美国每年浪费掉的水资源高达8,520亿升开元体育，而若安装一种智能灌溉系统则可有效地控制水流量，达到节水目的。

　　HydroPoint公司负责可持续领域业务的Chris Spain援引美国用水工程协会的报告称，美国住宅区和商业区的草坪、植物灌溉用水浪费了30%到300%。

　　水资源被浪费的原因是技术不行开元体育，美国有4,500万个仅是安有简易计时器的灌溉系统，它们在时间控制上还可以，但精准度不高。Spain称，城市灌溉系统占城市用水的58%，这些被浪费的水资源每年生产54.4万吨温室气体。