【文章內(nèi)容簡介】 傳送距離遠，測量精度高，響應速度快；e．土質(zhì)影響較小，應用地區(qū)廣泛，價格低廉，適合中國國情。②全自動氣象觀測站（八要素）用于觀測降水、溫度、風等侵蝕動力要素；觀測氣象要素包括觀測風向、風速、溫度、濕度、蒸發(fā)、降水（過程）、輻射、地溫。 系統(tǒng)配有線（標準RS232/RS485）+無線（GSM網(wǎng)接口），兩路通訊接口實時傳送采集數(shù)據(jù)；采用GSM網(wǎng)通訊技術(shù)，不受距離限制，數(shù)據(jù)傳輸可靠。各觀測量技術(shù)指標如下： A、環(huán)境溫度：通道數(shù)：1路；測量范圍: 50～80℃；測量精度: 177?！妫环直媛? ℃；B、環(huán)境濕度：通道數(shù)：1路；測量范圍：0～100%；測量精度：177。2%RH；分辨率: %RH；C、風速：通道數(shù)：1路；測量范圍：0～70米/秒；測量精度：（177。）米/秒；分辨率：；啟動風速：；D、風向：通道數(shù)：1路；測量范圍：0～360176。；測量精度：177。3176。；分辨率：176。；啟動風速：；E、降水量：通道數(shù)：1路；測量范圍：0～；測量精度：177。；分辨率：；F、總輻射：通道數(shù)：1路；測量范圍：0~1400 W/m2；測量精度：1 W/m2；分辨率：177。5%；G、蒸發(fā)量：通道數(shù)：1路；測量范圍：0~100mm；測量精度：；分辨率：177。%；H、地溫：通道數(shù)：1路；測量范圍：50~+80℃；測量精度：℃；分辨率：177?！妗１痉桨钢惺褂脤I(yè)的多路模擬量測量儀表來測量土壤含水量和其它以模擬信號輸出的傳感器信號，然后由儀表與PLC進行通信將數(shù)據(jù)傳送至PLC。對于可以通信方式進行傳輸?shù)膮?shù)，可直接與PLC進行通信。在現(xiàn)地控制層，可根據(jù)土壤含水量的設(shè)定值對作物進行自動灌溉。l GPRS網(wǎng)絡GPRS是一種新的GSM數(shù)據(jù)業(yè)務，它可以給移動用戶提供無線分組數(shù)據(jù)接入股務。GPRS主要是在移動用戶和遠端的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（如支持TCP/IP、）之間提供一種連接。GPRS是通用分組無線服務的簡稱，它通過利用GSM網(wǎng)絡中未使用的TDMA信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。GPRS突破了GSM網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，只通過增加相應的功能實體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進行部分改造來實現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當可觀。而且，因為不再需要現(xiàn)行無線應用所需要的中介轉(zhuǎn)換器，所以連接及傳輸都會更方便容易。GPRS分組交換的通信方式在分組交換的通信方式中，數(shù)據(jù)被分成一定長度的包（分組），每個包的前面有一個分組頭（其中的地址標志指明該分組發(fā)往何處）。數(shù)據(jù)傳送之前并不需要預先分配信道，建立連接。而是在每一個數(shù)據(jù)包到達時，根據(jù)數(shù)據(jù)報頭中的信息（如目的地址），臨時尋找一個可用的信道資源將該數(shù)據(jù)報發(fā)送出去。在這種傳送方式中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收方同信道之間沒有固定的占用關(guān)系，信道資源可以看作是由所有的用戶共享使用。使用GPRS網(wǎng)絡技術(shù)的落腳點通常在DTU（數(shù)據(jù)終端單元）上，國內(nèi)有許多公司都生產(chǎn)支持GPRS技術(shù)的DTU，它們共有的技術(shù)特性是：精選工業(yè)級器件，能夠滿足惡劣環(huán)境應用需求；支持動態(tài)IP地址數(shù)據(jù)中心DNS域名尋址；支持固定IP地址數(shù)據(jù)中心；能實現(xiàn)點對點、數(shù)據(jù)中心對多點的數(shù)據(jù)傳輸，時間延遲一般小于1s；內(nèi)嵌PPP、TCP/IP、UDP/IP標準協(xié)議；永遠在線和多種觸發(fā)上線模式，按數(shù)據(jù)流量計費；提供完整地數(shù)據(jù)中心服務程序，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸；提供函數(shù)開發(fā)包，便于二次開發(fā)。l 信息發(fā)布信息發(fā)布的渠道采用常規(guī)的Internet，這樣無論是有線終端還是無線終端（例如智能手機），都可以通過Internet訪問智能灌溉系統(tǒng)。不過系統(tǒng)可以通過設(shè)定權(quán)限來限制無關(guān)人員的訪問，而且通常情況下不開放操作權(quán)限以保證系統(tǒng)的安全性。通過智能終端，可以方便地獲得空氣溫度、濕度和土壤的溫度、濕度等信息，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員可以及時掌握農(nóng)作物的生產(chǎn)環(huán)境，避免因為自然環(huán)境的變化給農(nóng)作物帶來不利的生長環(huán)境，也不會因為智能農(nóng)業(yè)人員不在現(xiàn)場而得不到及時信息，也為農(nóng)業(yè)專家的遠程指導提供方便的數(shù)據(jù)獲得渠道。由于灌溉面積較大，各參數(shù)傳感器的分布較為分散，加之有些數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場的地形地貌相對比較復雜、綜合布線難度大等，在數(shù)據(jù)采集方式上采用分布式采集，集中式傳送的方法。在具有代表性的作物種植區(qū)域布置土壤水分傳感器，土壤溫度傳感器、土壤電導率傳感器、空氣溫度、空氣濕度、光照度等傳感器，將這些傳感器輸出信號接入到附近終端控制單元中的多路模擬量采集儀表，再由儀表的通信接口與PLC通信，將數(shù)據(jù)傳送到PLC。每個PLC將從智能儀表讀到的數(shù)據(jù)再通過光纜組成的局域網(wǎng)傳送到上位機。由于上位機（集中控制層）與現(xiàn)場PLC（現(xiàn)地控制層）之間可以通過無線方式通信或通過光纜通信，所以整個系統(tǒng)理論上支持無限擴展，只需要一臺上位機就能夠控制任意多個現(xiàn)場灌溉區(qū)域。本智能灌溉系統(tǒng)從數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)上采用先進的三層架構(gòu)模式，即數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)集中層和數(shù)據(jù)應用層，如下圖：l 數(shù)據(jù)采集層數(shù)據(jù)采集層主要對現(xiàn)場農(nóng)作物生長環(huán)境，包括土壤水分、電導率、濕度、養(yǎng)分、空氣溫度、濕度、光照等，通過各自的傳感器進行數(shù)據(jù)測量、轉(zhuǎn)換，通常以電流型模擬量形式輸出，或者以串行數(shù)字量形式輸出，采集方式通常為周期性自動采集，采集周期可根據(jù)用戶要求設(shè)定。l 數(shù)據(jù)傳輸層根據(jù)采集數(shù)據(jù)輸出的形式不同，數(shù)據(jù)的傳輸也采取不同的方法。對于電流型模擬量輸出的數(shù)據(jù)，通常由屏蔽雙絞線傳輸?shù)蕉嗦纺M量采集儀表，經(jīng)過儀表的數(shù)字化之后再由儀表與PLC通信將數(shù)據(jù)傳輸給PLC。對于已經(jīng)將生長環(huán)境數(shù)據(jù)采集后數(shù)字化并可通過標準協(xié)議通信的數(shù)據(jù)，直接由PLC來讀取這些參數(shù)即可。從PLC到智控系統(tǒng)上位機的數(shù)據(jù)傳輸，對規(guī)模小的系統(tǒng)仍采用有線的光纜進行傳輸，對于大規(guī)模的系統(tǒng)，還是采用GPRS網(wǎng)絡進行傳輸比較經(jīng)濟。l 數(shù)據(jù)應用層包括上位機對數(shù)據(jù)的處理應用以及通過局域網(wǎng)和Internet訪問這些數(shù)據(jù)的其它計算機應用。在PLC現(xiàn)場控制層，透過HMI（人機界面）可以看到采集到的全部數(shù)據(jù)，可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)和灌溉模型進行智能控制，還可以進行報警。在上位機的應用程序中，可以存儲、顯示、查詢、打印、發(fā)布這些數(shù)據(jù)，可以運用灌溉模型實現(xiàn)完整的智能控制。還可以對這些數(shù)據(jù)進行分析，為研究果蔬品種的灌溉模式提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。216。 先進性采用先進的系統(tǒng)架構(gòu)體系和基于PLC模組、智控計算機及其先進的控制算法，并采用光纜通信技術(shù)、以太網(wǎng)通行技術(shù)，做到配置和技術(shù)應用的先進；216。 經(jīng)濟、實用性微噴灌工程的智能監(jiān)控系統(tǒng)應以實用性為原則，充分利用傳感技術(shù)、現(xiàn)代化信息技術(shù)、移動通訊技術(shù)，在系統(tǒng)整體設(shè)計、硬件軟件選型時結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有系統(tǒng)實際情況，確定合理、高性價比的建設(shè)方案；216。 開放、可擴展性軟件、硬件平臺均采用模塊化設(shè)計與開發(fā)，具有良好的可擴充、擴展能力，能夠非常方便地進行系統(tǒng)升級和更新，以適應今后業(yè)務的不斷發(fā)展，并提供與其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口；216。 易于管理維護由于主干網(wǎng)和數(shù)據(jù)通訊多采用以太網(wǎng)通訊技術(shù)和成熟穩(wěn)定的公網(wǎng)通訊技術(shù)，減少了復雜的人工布線和管理單位的自行維護，方便了使用單位的技術(shù)管理?；谏鲜鲈O(shè)計原則，整個系統(tǒng)的硬件組成框圖如附圖A。本項目涉及400畝精品蔬果微噴灌工程的智能控制系統(tǒng)建設(shè)。系統(tǒng)包括集中控制室的上位機系統(tǒng)一套、泵房現(xiàn)地控制臺（含PLC及其人機界面觸摸屏）1套、視頻監(jiān)控系統(tǒng)一套、現(xiàn)場終端控制單元（TCU）12套，電磁閥和壓力開關(guān)82套等。泵房的現(xiàn)地控制臺（MCU，以PLC為核心），用于控制水泵的運行、采集水泵運行的數(shù)據(jù)、采集土壤和空氣環(huán)境數(shù)據(jù)、控制電磁閥運行，與上位機之間交換數(shù)據(jù)。該控制臺設(shè)置有手動控制模式，可以方便管理人員進行簡單的自動灌溉操作。泵房的MCU控制12個終端控制單元TCU，可以對全部400畝園區(qū)的噴灌、滴灌和頂噴分別進行控制。微灌工程的水源首部中除水泵機組外，還有微灌水源的過濾系統(tǒng)、水肥一體化系統(tǒng)等。過濾系統(tǒng)包括自動反沖洗的沙石過濾器、自動反沖洗的疊片式過濾器、以及網(wǎng)式過濾器。水肥一體化系統(tǒng)包括配肥容器和比例施肥器。智能控制系統(tǒng)的計算機集中控制部分位于管理房內(nèi)，它包括智控顯示屏、PLC模組、智控計算機、系統(tǒng)運行模擬屏等。計算機用于實現(xiàn)整個系統(tǒng)的全部功能。位于泵房的泵用MCU是集中控制室智控計算機遠程控制水泵運行、水肥一體灌溉的終端單元。分布于現(xiàn)場的閥用TCU（終端控制單元）不僅直接控制分布于各個分支管路上的先導式電磁閥，而且采集分布于田間的各種傳感器（土壤墑情、氣溫、地溫、光照、輻射等）的信號，這些設(shè)備之間通過電源線、信號線、控制線相連。本工程智控系統(tǒng)以先進、實用、可靠為研發(fā)原則，具有下述功能：1) 可以根據(jù)不同作物的灌溉模型實施智能自動灌溉；2) 可以根據(jù)土壤墑情進行自動灌溉；3) 可以定時自動灌溉；4) 系統(tǒng)既可以純手動操作，又可以通過PLC的人機界面（HMI）操作，還可以在電腦上實現(xiàn)全功能的操作；5) 可以監(jiān)測環(huán)境和系統(tǒng)工況變量，獲得水位、管壓、流量、氣溫、地溫、土壤含水量、降雨量（棚內(nèi)不需要）、蒸發(fā)量、光照等監(jiān)測數(shù)據(jù)，并在電腦上以圖表形式顯示、記錄、查詢；6) 可以自動記錄每次灌溉的數(shù)據(jù)并進行打印、傳輸；7) 根據(jù)在電腦中設(shè)定的不同階段施肥量，根據(jù)時間或流量控制比例施肥器工作。8) 可以在集控室觀看現(xiàn)場視頻，在具備上網(wǎng)的條件下可遠程查看現(xiàn)場視頻；9) 可在集控室模擬屏上形象而方便地手動操作整個灌溉控制系統(tǒng)，方便一般管理人員進行管理、操作；10) 預留利用智能手機觀看現(xiàn)場視頻和對灌溉系統(tǒng)進行控制的接口。開關(guān)量輸入：1. 動力電有無的狀態(tài)（斷路器下端有無電），1路DI；2. 接觸器狀態(tài)（變頻器動力電源控制開關(guān)狀態(tài)），1路DI；3. 壓力開關(guān)狀態(tài)（泵房管路出口壓力是否已經(jīng)到預定值），1路DI；開關(guān)量輸出：1. 接觸器通、斷控制，2路DO；2. 變頻器啟動、停止控制，1路DO；模擬量輸入：1. 進水池水位傳感器輸入，1路；2. 肥料罐水位傳感器輸入，1路；3. 泵房管路出口壓力傳感器輸入，1路；通信量輸入：1. 動力進線電壓輸入；2. 電機電流輸入；3. 與各個TCU通信的輸入；人機界面：1. 觸摸屏Smart1000；手動方式：1. 每個輪灌組對應一個帶鎖按鈕開關(guān)，某個輪灌組被選中時，由PLC控制的紅燈點亮；開始灌溉時，該紅燈熄滅，由PLC控制的綠燈閃爍；灌溉完成時綠燈常亮；每個輪灌組需要PLC的2個DO點2. 每個輪灌組灌溉一