一、系統(tǒng)背景

水資源日益緊缺已經(jīng)成為全球性的問題，節(jié)約用水并實(shí)現(xiàn)高效用水時(shí)人類生存與發(fā)展的需求，也是全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)的需求。我國作為全球13個(gè)貧水國家之一，水資源的不足已經(jīng)對(duì)我國經(jīng)歷社會(huì)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，甚至成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的“瓶頸”，大力發(fā)展節(jié)約用水不僅是一種革命措施，也是我國的基本策略之一。農(nóng)業(yè)用水占據(jù)了我國總用水量中的70%，農(nóng)業(yè)灌溉效率低下和用水浪費(fèi)的問題普遍存在。? 目前全國灌溉水利用率約為43%，單方水糧食生產(chǎn)率只有10公斤左右，大大低于發(fā)達(dá)國家灌溉水利用率70-80%、單方水糧食生產(chǎn)率2.0公斤以上的水平，因此發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、提高農(nóng)業(yè)用水利用效率是我國節(jié)水戰(zhàn)略中的重要環(huán)節(jié)。? ??

二、系統(tǒng)原理

自動(dòng)化灌溉技術(shù)綜合采用了自動(dòng)控制技術(shù)和專家系統(tǒng)技術(shù)，傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等與一體。主要面向農(nóng)田，園林，設(shè)施農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的日常灌溉控制和管理而設(shè)計(jì)，并通過現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)手段，達(dá)到降低人力成本，提高自動(dòng)化生產(chǎn)效率，節(jié)約水資源的目的。該系統(tǒng)具有實(shí)用性和良好的展示性，系統(tǒng)硬件具備良好的穩(wěn)定性，以及防水、防潮、抗高溫的能力。?系統(tǒng)采取因地制宜的原則依據(jù)不同地區(qū)、不同作物的不同需求，選擇不同的灌溉設(shè)施，并利用計(jì)算機(jī)、無線數(shù)據(jù)通訊、采集控制器、傳感器等先進(jìn)技術(shù)對(duì)農(nóng)田灌溉進(jìn)行監(jiān)控管理，保證適時(shí)適量地滿足作物生長所需要的水分從而達(dá)到節(jié)水灌溉及節(jié)水灌溉自動(dòng)化的目的。

三、系統(tǒng)架構(gòu)

本方案給出了一個(gè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)的基本框架，它主要由中心主控系統(tǒng)、采集控制模塊、無線通訊模塊、土壤水分傳感器、氣象觀測(cè)站、電磁閥等設(shè)備組成：

?1、?傳感器與電磁閥：是數(shù)據(jù)的采集者與系統(tǒng)自動(dòng)化功能的執(zhí)行者。傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。，本系統(tǒng)中主要包括測(cè)量土壤水分的土壤水分傳感器，測(cè)量養(yǎng)分的養(yǎng)分儀，測(cè)量氣象要素的雨量傳感器，空氣溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器等；?電磁閥是本系統(tǒng)中自動(dòng)化的執(zhí)行設(shè)備，可與水泵、養(yǎng)分補(bǔ)充設(shè)備等相連。? ????

2、采集控制設(shè)備：是指掌控?cái)?shù)據(jù)采集設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備工作的數(shù)據(jù)采集控制模塊，主要作用為：?通過作物決策灌溉軟件的設(shè)置，掌控?cái)?shù)據(jù)采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；?根據(jù)作物決策灌溉軟件發(fā)出的指令，掌控執(zhí)行電磁閥的開啟/關(guān)閉。??

3、數(shù)據(jù)傳輸：本系統(tǒng)中采用的為無線傳輸模塊。無線傳輸模塊能夠通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)將與之相連的用戶設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?span>Internet中一臺(tái)主機(jī)上，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程的透明傳輸。?

4、控制中心：主要由計(jì)算機(jī)和作物決策灌溉決策軟件組成，作物決策灌溉軟件是數(shù)據(jù)接收者及指令發(fā)出者，是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂。主要由以下功能：系統(tǒng)配置、功能設(shè)置：設(shè)置數(shù)據(jù)采集時(shí)間段、采集間隔、控制系統(tǒng)執(zhí)行條件等參數(shù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示、打印等操作：將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，可用圖表表達(dá)并能執(zhí)行打印等操作；?發(fā)送指令：將指令通過無線傳輸模塊發(fā)送給數(shù)據(jù)采集控制模塊，控制電磁閥的開啟或關(guān)閉；自動(dòng)灌水功能：根據(jù)不同的地區(qū)、不同的作物在不同生長階段對(duì)水分需求的不同，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，當(dāng)值低于或超出一定的范圍時(shí)，自動(dòng)開啟灌水功能。自動(dòng)補(bǔ)充養(yǎng)分功能：在無土栽培中，根據(jù)不同的作物在不同生長階段對(duì)養(yǎng)分需求的不同，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，當(dāng)值低于或超出一定的范圍時(shí)，自動(dòng)補(bǔ)充相應(yīng)的養(yǎng)分。?? 自動(dòng)報(bào)警：可設(shè)置設(shè)備的正常運(yùn)行參數(shù)、農(nóng)田氣象因子范圍，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障或氣象因子劇烈變化的報(bào)警功能。結(jié)論節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(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)行檢測(cè)預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理。該系統(tǒng)采用傳感器采集土壤墑情信息、氣象信息和作物的生長狀況，通過無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)農(nóng)田灌溉用水量實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，按照作物的需求實(shí)施灌水、補(bǔ)給養(yǎng)分的操作。?

四、系統(tǒng)模塊?

1、傳感模塊：即環(huán)境傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它依據(jù)各類傳感設(shè)備可以完成整個(gè)園區(qū)或完成對(duì)異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的功能。?

2、終端模塊：即終端智能控制系統(tǒng)。它可以完成整個(gè)園區(qū)或遠(yuǎn)程控制異地園區(qū)進(jìn)行自動(dòng)灌溉、自動(dòng)降溫、自動(dòng)開啟風(fēng)機(jī)，自動(dòng)補(bǔ)光及遮陽，自動(dòng)卷簾，自動(dòng)開窗關(guān)窗，自動(dòng)液體肥料施肥、自動(dòng)噴藥等各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自動(dòng)控制。

3、視頻監(jiān)控模塊：即實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過監(jiān)控中心實(shí)時(shí)得到植物生長信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時(shí)看到作物的實(shí)時(shí)生長狀況。

 4、預(yù)警模塊：即遠(yuǎn)程植保預(yù)警系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^聲光報(bào)警、短信報(bào)警、語音報(bào)警等方式進(jìn)行預(yù)警。?

5、溯源模塊：即農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品從種植準(zhǔn)備階段、種植和培育階段、生長階段、收獲階段等對(duì)作物生長環(huán)境、噴藥施肥情況、病蟲害狀況等實(shí)施實(shí)時(shí)信息自動(dòng)記錄，有據(jù)可查，在儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、銷售階段采用二維碼或者RFID射頻技術(shù)對(duì)各個(gè)階段數(shù)據(jù)記錄，這樣就能實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者拿到農(nóng)產(chǎn)品時(shí)通過終端設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)就能查看到各類信息，才能放心食用。

 6、作業(yè)模塊：即中央控制室。可通過總控室對(duì)整個(gè)區(qū)域情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括各個(gè)區(qū)域采集點(diǎn)參數(shù)、控制作業(yè)狀態(tài)、實(shí)時(shí)視頻圖像、施肥噴藥狀況、報(bào)警信息等 

1、可以根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)區(qū)域的具體情況選擇不同的灌溉方式，最大限度的提高了灌溉用水的利用率；

2、采用了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田灌溉的遠(yuǎn)程監(jiān)控，減小了勞動(dòng)強(qiáng)度；

3、作物灌溉決策軟件中可引入專家決策系統(tǒng)，對(duì)不同地區(qū)的不同作物在不同生長階段的需水信息做定量評(píng)估；

 4、在灌溉設(shè)備中加入了流量計(jì)，對(duì)灌水的用量做到精確控制。該系統(tǒng)滿足了高效農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中對(duì)提高灌溉用水利用率的需求，達(dá)到了節(jié)水灌溉的目的并實(shí)現(xiàn)了灌溉過程的自動(dòng)化，具有極大的推廣和應(yīng)用價(jià)值。