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智能化灌溉系统介绍
一、概 述
我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。智能灌溉系统不仅可以提高源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。基于传感器技术的智能灌溉系统是我国发展高效农业和精细农业的必由之路。
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。
我国北方各省水资源缺乏，然而多年来使用传统方式为植株浇水不仅效率低、成本高而且浪费十分来重。对于大面积种植的棉田实现精准灌溉，不仅可以提高源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低生产的成本。
由传统的充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用水进行监测预报，实际动态管理。采用传感器来监测土壤的墒情，实现灌溉管理的自动化。高效农业和精细农业要求我们必须提高水资源的利用率。要真正实现水资源的高效，仅凭单项节水灌溉技术是不可能解决的。必须将水源开发、输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤墒情以及农作物需水规律等方面做统一考虑。做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水联合调用，实现按期、按需、按量自动供水。 二、系统特点
本系统包括硬件和软件两个部分。 硬件部分由中央控制计算机、触摸屏、无线数据传输设备、测量控制单元和相应传感器、灌溉设备组成。数据采集和灌溉控制通过无线方式由计算机控制，实现对温室及田间的气象参数和灌溉参数的实时采集。
软件部分可以实时显示当前气象参数，计算参考蒸腾蒸散量，显示灌溉状态，控制灌溉设备，实现定量自动灌溉并保存灌溉记录，供管理人员研究分析，摄象机可以实时监测作物生长情况。测控单元测量所有的田间传感器，把数据送入中央计算机，在中央计算机进行灌溉参数设置，及对灌溉情况进行统计，并通过专用软件在计算机上存储、显示数据和图表。同时可以人工进行特殊操作，系统最终可以进行田间的数据遥测、灌溉遥控。并以动态图形显示，软件将采集到的数据进行分析运算等处理，确定田间作物需水量，控制灌溉时机，系统采集到的数据和控制参数均可存储，该系统实现了按条件、多参数定时、精确定量、人工手动四种模式，能够最大程度节约水资源。
系统优点：抗干扰、防雷电涌、免维护设计、安全可靠。
数据采集设备和中心控制设备在相距400米的不同地点放置，两地之间采用无线网络的方式进行数据传输。中心计算机配置了操作台，用户可直接操作计算机，控制软件系统定时采集土壤水分、空气温度、空气湿度、气象数据等，实时显示，同时保存到数据库，指导用户灌水决策；用户可以设定每个区域的灌溉制度，也可以手动进行灌溉。
（1）中央计算机是根据专用气象站来收集当前与过去24小时的气象数据，通过对比过去24小时内灌区的参考蒸腾蒸散量及灌水量，结合各分灌区的作物种类分布、地形、土壤成分等数据进行自动分析，并自动制定出当前各项灌溉指标。最大程度的排除了人为因素的影响，从而真正实现了智能灌溉、精确灌溉。
（2）中央计算机系统集中控制还可以实现整个系统范围内的分散、多点灌溉作业，充分发挥各级管道输水能力，使部分干、支管道的过流量得到一定程度的减小，有效加强了系统的安全可靠性，相应的也可减小部分干支管管径，降低系统投资。
（3）中央计算机控制可以节省大量的管理维护人员，颇具经济意义。 （4）中央计算机系统采用无线数据传输，可以实现远距离多目标管理。 （5）该系统兼容时序控制方案，可实现时序、定额灌溉。 （6）具有历史数据显示功能，为专家分析决策提供数据源。
三、无线传输
无线传输系统通过无线信道在发射机和接收机之间进行发送／接收信息。发射机包含多个功率设置部分和发送部分。功率设置部分将要被传输的多个信息段的发送功率设定到预定的数值。发送部分同时将具有设定功率的多个信息段发送到接收机。
无线局域网以微波作为网络媒介，具有组网灵活、建设周期短、低成本、维护便利等特点，同时又具有很强的扩展性。可应用于布线困难或须随时移动的监控环境中。网络摄象机实时监测温室内作物的生长情况，方便研究人员根据现场情况做出灌溉判断，增加了研究人员的“观察范围”和“观察精度”。 四、系统可扩展性
由于用户需求的不断增长，以及新的技术和方案的出现和发展，灌溉系统的应用扩展是不可避免的，因此我们采用模块化数据采集、无线网络数据传输，系统可扩展性非常强大，无论对灌溉系统进行升级改造，还是对本系统接入各种类型的传感器，都有着其它灌溉系统不可比拟的优势。
五、系统功能
本系统以计算机为基础，用软件来实现对温室及田间的气象参数和灌溉参数的实时采集，并以动态图形显示。软件将采集到的数据进行分析运算等处理，确定田间作物需水量，控制灌溉时机。系统采集到的数据和控制参数均可存储。该系统实现了按条件、多参数定时、精确定量、人工手动四种模式。能够最大程度节约水资源
从数据采集方面实现了田间气象、温室土壤含水量、用水量的采集记录
从智能灌溉控制方面实现灌溉数据、运行数据、气象数据的自动采集，并根据实际情况采取以下4种方式的自动控制灌溉。
1）根据作物种植情况任意分组定时轮灌。 2）以土壤水分参数作为灌溉条件进行灌溉。 3）可设置每个温室灌溉用水量，实现定量灌溉。 4）在任何模式下均可进行手动控制。
系统还包含历史数据管理、打印报表等功能，以达到提高灌溉水利用效率，节水、节能、增产的目标。系统功能描述如下： 灌溉数据（温室内土壤含水量等）、运行数据（流量、水量、电磁阀状态等）、气象数据（辐射、气温、空气湿度、风向、风速、降水量等）自动采集；
根据预设的灌溉计划实现无人值守的自动灌溉或通过人员对软件的操作实现手动控制； 田间无线控制着电磁阀和土壤水分数据采集，本系统选用世界最先进的土壤水分传感器，测量精度为1%，它把土壤含水量的大小转化为电信号，经过无线了站A/D转换、信号处理后传到中控室电脑，电脑控制软件根据用户设置的上下限进行对比，经多次判断排除干扰后，由计算机向田间子站发出指令，控制电磁阀的开关，即可以实现按需自动灌溉。这种方式通过土壤水分传感器，了解土壤的真实灌溉需求，据此确定灌溉与否以及灌溉时间长短
六、系统硬件结构
本系统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，每一个片区由多台控制器、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：
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。