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智慧灌溉解决方案

大棚环境监测与灌溉控制系统建设方案

时间:2021-08-31 作者: 浏览次数:2021次

建设背景

农业大棚智能监控系统通过实时采集农业大棚内空气温度、湿度、光照、土壤温度、土壤水分等环境参数,根据农作物生长需要进行实时智能决策,并自动开启或者关闭指定的环境调节设备。通过该系统的部署实施,可以为农业生态信息自动监测、设施自动控制和智能化管理提供科学依据和有效手段。



近年来,随着现代农业的发展,农业经营模式正在向大型化、集约化方向发展。这样就为推广全面的、统一的、大型智能化灌溉系统提供了必要条件。现在已经实现大面积种植的就是农田农业,因此我们设计和实现了一套针对农田的智能化检测和灌溉系统。采用农业智能浇灌系统,可以根据各种农作物对水量的要求,以及土壤的水情合理配置各个供水设备运行情况。另外,通过自动化控制,可以使相关人员及时了解整个系统的相关资源信息,通过统计分析,进行合理使用,从而达到省水节能、省工省地的效果,以及发展节水农业的目的。


系统概述


在每个智能农业大棚内部署空气温湿度传感器、线土壤温度传感器、土壤含水量传感器、光照度传感器、CO2传感器等,分别用来监测大棚内空气温湿度、土壤温度、土壤水分、光照度、CO2浓度等环境参数。为了方便部署和调整位置,所有传感器均应采用太阳能板+电池供电、无线数据传输。大棚内仅需在少量固定位置提供交流220V市电(如:风机、水泵、加热器、电动卷帘)。 每个农业大棚园区部署1套采集传输设备(LORA网关等),用来覆盖整个园区的所有农业大棚,传输园区内各农业大棚的传感器数据、设备控制指令数据等通过网络与平台服务器交互。在每个需要智能控制功能的大棚内安装智能控制设备(包含一体化控制器、扩展控制配电箱、脉冲阀等),用来接受控制指令、响应控制执行设备。实现对大棚内的电动卷帘、智能喷水、智能通风等行为的控制。


智能灌溉自动化控制是集自动控制技术,传感器技术、通讯技术、计算机技术等集于一体的灌溉管理。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灌溉所取代并得以推广,是有效解决灌溉节水问题的必要措施之一。


智能灌溉一般由首部控制系统、过滤系统、施肥系统、阀门控制系统等几个环节组成,其中智能阀控系统完成对灌溉的精确控制,并提供相关的控制依据,是一种现代高效节水的灌溉方式,智能阀控系统有如下优点:  


1) 将充分发挥现有的节水设备作用,优化调度,提高效益。

2) 通过自动控制技术的应用,更加节水节能,降低灌溉成本,提高灌溉质量。

3) 灌溉更加科学,方便、提高管理水平。

4) 阀控器与电磁阀、蝶阀等分别对接,降低设备成本,各设备独立运行,方便后续进行单一设备的维护和更换。

5) 科技创新应用,统一集成,规模化管理。

6) 历史数据存储,全部数据汇总分析。


系统拓扑图

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水泵监测与控制


水泵监测与控制,实现对现场泵房控制,现场端通过遥测控制器与电表、水表以及水泵启停控制器的对接,实现对灌溉用水、用电的计量。

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过滤与施肥系统


为确保农田灌溉中电磁阀门、喷灌头、滴灌头、微灌头等设备正常运行,需对灌溉用水进行泥沙杂质过滤,同时可以对接一体化施肥机完成智能化施肥灌溉。

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阀门控制与管道监测


阀门控制和管道监测中,管网控制采用低功耗脉冲阀实现水流的控制,进而完成滴灌、喷灌以及微灌控制。系统采用LoRa无线技术,实现阀控器与网关的无线局域组网,无线网关通过GPRS/3G/4G/NB-iot与中心平台的广域网通讯,进而实现现场阀门的远程控制。


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墒情和环境参数监测


通过墒情站的建设,实现对农田土壤水分的监测,为农作物灌溉提供科学的数据支持;同时建设环境参数监测站,实现对农田现场环境的监测,为农田是否具备灌溉条件提供判定依据。


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图像监测站


为了对灌溉系统设备的运行状态、灌溉效果、作物长势能够更直观的查看和动态监控,系统中可增设图像站。


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系统产品介绍


智能阀控器HLUU-3000与无线网关HLU-9000组成的灌溉控制系统,是针对农业科学种植、精细化耕作以及农业信息化的市场应用需求而开发的微功耗智能产品。它应用先进的LORA无线组网技术,可实现超远距离的无线灌溉控制,精准调度,从而实现大面积农业灌溉条件下的节点多、距离长、无电源能难题。


遥测终端机与摄像机组成了图像监控系统,可定时查看农作物生长形势,监控田间蓄水状态,通过墒情传感器测量土壤的体积含水量,同时,可以根据用户的需求,扩展配置土壤温度、土壤电导率、空气温湿度、太阳辐射、二氧化碳等环境参数监测传感器等。


HLU-3000智能阀控器


HLU-3000采用32位低功耗处理器,在保证性能的前提下大大降低了电量需求,产品表面水平和垂直方向各安装有一块太阳能电池板,太阳能电池板与内置充电电池可以保证连续光照5个小时,提供系统连续工作10天的所需电量,此外,系统还具备一块高性能锂亚电池,可在无太阳能供电的情况下,连续工作一年,这两套供电系统形成很好的互补,基于低功耗,双电源系统设计,再加上-40℃~85℃温度及0~95%湿度范围内的稳定适应能力,HLU-3000满足野外现场无人值守工作环境要求。


产品外部接口为航空防水插头,方便施工安装,提高了现场接线的效率,无系统维护,内置WiFi模块,现场可通过手机APP快速对阀门控制器参数进行配置,方便操作。


先进的LoRa无线组网,远距离,低功耗,稳定可靠。
配备两路阀控接口,一路485接口,可连接绝大多数现场智能仪表,能够满足墒情、环境参数监测、灌区等方面的应用需求。


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HLU-9000无线网关


HLU-9000是一款针对农田灌溉的网关控制器,网关内置2G/4G通信模块以及LORA通信模块,配合阀控器HLU-3000通过LORA通信可以组建一个私有的本地无线局域内网,单个网关可以同时管理50个阀控器(100个脉冲电磁阀)而无需产生额外通信费用。


网关内置wifi模块,可通过手机APP配置服务器参数。配备一个全网通的无线网卡,通过2G/4G无线网络,与服务器进行通信连接,响应服务器的控制指令并上传阀门的状态信息,实现对局域网内的各个无线接点的高效控制。网关具备数据补发、远程参数设置、远程固件更新等功能。


节水阀


智能灌溉使用低功耗脉冲电磁阀,由于不需要保持电流,只需要开关脉冲就可以打开和关闭阀门,非常适用于农田和大棚灌溉、草皮绿化灌溉、园林景观灌溉等。


在自动化灌溉的应用过程中,阀门的开闭状态无法通过操作人员的目测完成,为了保证系统的正常运行,必须对阀门的开闭状态的反馈进行判断,回传当前阀门是否正常打开或者正常关闭的状态。在需要进行状态反馈监测的点,安装带有反馈的脉冲电磁阀或者使用外置的水流开关,实现对反馈状态的监控。

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HLU-2100遥测终端机

HLU-2100是一款针对水利应用的低功耗控制器,超薄、精美别致,满足用户对高密度和高集成度现场应用的需求。内置WiFi模块,现场可通过手机APP对设备参数进行配置,提高了现场操作的效率。


设备配备多路智能接口,可连接绝大多数现场智能仪表。内部软件兼容水文、水资源标准协议。HLU-2100采用32位低功耗处理器,在保证性能的前提下大大降低了功耗,外部接口为快速免工具接线端子,提高了现场接线的效率,给系统的维护带来极大的方便,工作温度范围为-40℃~70℃,工作湿度范围为0~95%,能够满足野外无人值守工作环境要求。

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环境参数监测站


环境参数监测站是针农业生态环境监测设计的一款小型自动环境参数监测站。主要包含土壤墒情、温度,雨量,环境温度,相对湿度,太阳总辐射等多种环境要素。


环境参数监测有利于反应环境参数监测条件对农业生产过程作用的持续性,从而提高农业环境参数监测服务的准确率。

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展示平台 

软件平台采用B/S架构,方便多用户多角色的管理和操作。软件支持PC端web和手机端登录


接收主管道监测控制站的流量、压力数据,在需要的情况下,远程开启/关闭主管路。


 接收环境参数监测站上传的环境参数监测信息以及墒情站上传的墒情信息,为灌溉策略提供数据依据。


 接收图像站上传的图像信息,分析农作物长势,验证灌溉策略的合理性。


 通过网关接收各个智能阀控器的数据,并展示当前阀门状态。


 依照灌溉策略循环或者按照指令的顺序依次打开脉冲阀,完成灌溉作业后关闭对应的电磁阀。


 数据统计和数据管理。


 报表曲线。


 历史数据和历史操作查询。


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