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智慧农业监测控制一体化
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智慧农业

  智慧农业是物联网技术在现代农业领域的应用,主要有监控功能系统、监测功能

  系统、实时图像与视频监控功能。

  (1)监控功能系统:根据无线网络获取的植物生长环境信息,如监测土壤水分、土 壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量等参数。其它参数也可 以选配,如土壤中的 PH 值、电导率等等。信息收集、负责接收无线传感汇聚节 点发来的数据、存储、显示和数据管理,实现所有基地测试点信息的获取、管理、 动态显示和分析处理以直观的图表和曲线的方式显示给用户,并根据以上各类信 息的反馈对农业园区进行自动灌溉、自动降温、自动卷模、自动进行液体肥料施肥、自动喷药等自动控制。

  (2)监测功能系统:在农业园区内实现自动信息检测与控制,通过配备无线传感节 点,太阳能供电系统、信息采集和信息路由设备配备无线传感传输系统,每个基 点配置无线传感节点,每个无线传感节点可监测土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量等参数。根据种植作物的需求提供各种声光 报警信息和短信报警信息。

  (3)实时图像与视频监控功能:农业物联网的基本概念是实现农业上作物与环境、 土壤及肥力间的物物相联的关系网络,通过多维信息与多层次处理实现农作物的 最佳生长环境调理及施肥管理。但是作为管理农业生产的人员而言,仅仅数值化的物物相联并不能完全营造作物最佳生长条件。视频与图像监控为物与物之间的 关联提供了更直观的表达方式。比如:哪块地缺水了,在物联网单层数据上看仅仅能看到水分数据偏低。应该灌溉到什么程度也不能死搬硬套地仅仅根据这一个数据来作决策。因为农业生产环境的不均匀性决定了农业信息获取上的先天性弊 端,而很难从单纯的技术手段上进行突破。视频监控的引用,直观地反映了农作物生产的实时状态,引入视频图像与图像处理,既可直观反映一些作物的生长长势,也可以侧面反映出作物生长的整体状态及营养水平。可以从整体上给农户提 供更加科学的种植决策理论依据。

  智能农业大棚物联网解决方案系统简介

  温室大棚在不适宜植物生长的季节,能提供生育期和增加产量,多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。因此对种植作物生长环境的要求要精确的多。

  大多数农户加温、浇水、通风等,全凭感觉。人感觉冷了就加温,感觉干了就浇水,感觉闷了就通风,没有科学依据。农业进入信息化时代后,对温室内部的空气温湿度、土壤温湿度、CO2 浓度及光照等农业环境信息的采集也越来越重视。因此,将物联网技术引入温室大棚中来,实现温室种植的高效和精准化管理。

  联网;杀虫灯也叫频振式联网杀虫灯,远程控制杀虫灯,智慧杀虫灯,是一种非常值得推广的新型物理杀虫工具,它发出的光亮能够诱杀农田里的害虫,达到降低农药使用量,减少农产品、土壤和水源污染,节省农民种植成本的效果。

  联网杀虫灯可广泛用于农、林、蔬菜、烟草、仓储、酒业酿造、园林、果园、城镇绿化、水产养殖等,特别是被棉铃虫侵害的领域。可诱杀农、林、果树、蔬菜等多种害虫,主要有棉铃虫、金龟子、地老虎、玉米螟、吸果夜蛾、甜菜夜蛾、斜纹夜蛾、松毛虫、美国白蛾、天牛等 87 科 1287 钟害虫。

  据试验,平均每天每盏灯诱杀害虫几千头,高峰期可达上万头。降低落卵量达 70%左右。

  功能特点:

  电网过流短路保护。

  频振灯管可选择不同波长的灯(波长 320~600nm)。

  远程 APP 控制:远程开关杀虫灯;远程查看所有设备分布情况;远程查看每盏杀虫灯的工作状态;远程查看设备电量情况等。

  带维护提醒推送功能;

  光控:昼夜自动开关灯;时控:根据害虫生活习惯,自动分时段诱虫,最多可设置 12 个时段。

  一、智能农业灌溉系统的功能设计 智能农业灌溉系统要实现上述功能就要充分利用可编程控制器的控制作用。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与少的调节,必须要有变频器。在可编程控制器内预先设定 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。 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。 智能农业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。

  二、智能农业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,智能农业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农业灌溉系统。

  三、智能农业灌溉系统的设计背景 灌溉造成水资源大量浪费

  智能农业灌溉系统工作原理

  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,输入到可编程控制器。可编程控制器内预先设定 50%-60%RH 为标准湿度值,实际测得的湿度信号与 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。 可编程控制器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。 综上所述,要实现智能灌溉,系统需要有可编程控制器、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。

  ①可编程控制器: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。

  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:因为可编程控制器不能接收模拟信号,所以需将传感器的电压或电流信号转换成数字信号。

  ④变频器:通过改变电动机的转速调节喷灌流量,达到节水的目的。

  ⑤电动机、水泵:由电动机带动水泵从水源抽水,为喷灌系统提供一定的压力。

  ⑥电磁阀:控制喷头的喷灌与否。 ⑦喷头:实现均匀喷洒,便于充分吸收。

  ⑧管网:灌溉系统输送水的管路。

  智能农业灌溉系统的设计特点

  1、系统模块化、层次化设计,以提高效率,增加可维护性,便于扩展;

  2、灵活的硬件配置,用户可以任意升级、更换被控硬件设备,而不需要更换软件;

  3、人机界面友好,实现灌溉过程的无人值守,减少人员的工作强度,提高灌溉效率;

  4、抗电磁干扰的能力强,保证系统在野外强电磁干扰的恶劣环境下能可靠地运行;

  5、故障自动检测功能,提高系统的健壮性,各种设备的布局要求美观。

  智能农业灌溉系统的 9 大功能

  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)。

  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。

  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。 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。

  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。

  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。

  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。

  电功能: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。

  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。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。


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