一
、背景介紹

基(ji)於(yu)物(wu)聯(lian)網(wang)技(ji)術(shu)的(de)精(jing)確(que)農(nong)業(ye)，是(shi)當(dang)今(jin)世(shi)界(jie)農(nong)業(ye)發(fa)展(zhan)的(de)新(xin)潮(chao)流(liu)。傳(chuan)統(tong)農(nong)業(ye)的(de)模(mo)式(shi)已(yi)遠(yuan)不(bu)能(neng)適(shi)應(ying)農(nong)業(ye)可(ke)持(chi)續(xu)發(fa)展(zhan)的(de)需(xu)要(yao)，產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)問(wen)題(ti)，資(zi)源(yuan)嚴(yan)重(zhong)不(bu)足(zu)且(qie)普(pu)遍(bian)浪(lang)費(fei)，環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)
，產(chan)品(pin)種(zhong)類(lei)需(xu)求(qiu)多(duo)樣(yang)化(hua)等(deng)諸(zhu)多(duo)問(wen)題(ti)使(shi)農(nong)業(ye)的(de)發(fa)展(zhan)陷(xian)入(ru)惡(e)性(xing)循(xun)環(huan)，而(er)精(jing)確(que)農(nong)業(ye)為(wei)現(xian)代(dai)農(nong)業(ye)的(de)發(fa)展(zhan)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)條(tiao)光(guang)明(ming)之(zhi)路(lu)

，精(jing)確(que)農(nong)業(ye)與(yu)傳(chuan)統(tong)農(nong)業(ye)相(xiang)比(bi)最(zui)大(da)的(de)特(te)點(dian)是(shi)以(yi)高(gao)新(xin)技(ji)術(shu)和(he)科(ke)學(xue)管(guan)理(li)換(huan)取(qu)對(dui)資(zi)源(yuan)的(de)最(zui)大(da)節(jie)約(yue)。它(ta)是(shi)由(you)信(xin)息(xi)技(ji)術(shu)支(zhi)持(chi)的(de)根(gen)據(ju)空(kong)間(jian)變(bian)異(yi)，定(ding)位(wei)、定時、定ding量liang地di實shi施shi一yi整zheng套tao現xian代dai化hua農nong事shi操cao作zuo技ji術shu與yu管guan理li的de係xi統tong，其qi基ji本ben涵han義yi是shi根gen據ju作zuo物wu生sheng長chang的de土tu壤rang性xing狀zhuang，調tiao節jie對dui作zuo物wu的de投tou入ru，即ji一yi方fang麵mian查zha清qing田tian塊kuai內nei部bu的de土tu壤rang性xing狀zhuang與yu生sheng產chan力li空kong間jian變bian異yi

，另ling一yi方fang麵mian確que定ding農nong作zuo物wu的de生sheng產chan目mu標biao，進jin行xing定ding位wei的de“係統診斷、優化配方、技術組裝、科學管理”
，調(tiao)動(dong)土(tu)壤(rang)生(sheng)產(chan)力(li)，以(yi)最(zui)少(shao)的(de)或(huo)最(zui)節(jie)省(sheng)的(de)投(tou)入(ru)達(da)到(dao)同(tong)等(deng)收(shou)入(ru)或(huo)更(geng)高(gao)的(de)收(shou)入(ru)，並(bing)改(gai)善(shan)環(huan)境(jing)，高(gao)效(xiao)地(di)利(li)用(yong)各(ge)類(lei)農(nong)業(ye)資(zi)源(yuan)
，取(qu)得(de)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)和(he)環(huan)境(jing)效(xiao)益(yi)。

自動化控製係統可以在設定的條件下與遠端接收器通信
，按照係統預先設定的程序對現場設備進行開、關guan等deng操cao作zuo，還hai可ke以yi按an照zhao複fu雜za的de業ye務wu流liu程cheng和he業ye務wu邏luo輯ji，實shi現xian靈ling活huo的de操cao作zuo控kong製zhi，另ling外wai
，動dong態tai信xin息xi采cai集ji分fen析xi技ji術shu也ye是shi重zhong點dian應ying用yong，對dui現xian場chang的de複fu雜za數shu據ju進jin行xing分fen析xi和he管guan理li。

紫(zi)金(jin)橋(qiao)軟(ruan)件(jian)在(zai)農(nong)田(tian)智(zhi)能(neng)灌(guan)溉(gai)領(ling)域(yu)的(de)應(ying)用(yong)主(zhu)要(yao)是(shi)通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)感(gan)應(ying)土(tu)壤(rang)的(de)水(shui)分(fen)，並(bing)在(zai)設(she)定(ding)條(tiao)件(jian)下(xia)與(yu)接(jie)收(shou)器(qi)通(tong)信(xin)
，控(kong)製(zhi)灌(guan)溉(gai)係(xi)統(tong)的(de)閥(fa)門(men)打(da)開(kai)
、關閉，從而達到自動節水灌溉的目的。由於傳感器網絡具有多跳路由、信息互遞、自組網絡及網絡通信時間同步等特點
，使灌區麵積、節點數量可以不受限製


，因此可以靈活增減輪灌組。加上節點具有土壤
、植物、氣象等測量采集裝置
，利用通信網關的Internet功能與GPS技術結合，形成灌區動態管理信息采集分析技術
，配合作物需水信息采集與精量控製灌溉技術、專家係統技術等，可構建高效、低能耗


、低投入、多功能的農業節水灌溉平台。

二、農業信息管理係統

1、係統結構

農業節水及信息管理係統一般負責的區域比較大
，如一個鄉
、一個縣、一(yi)個(ge)市(shi)等(deng)。這(zhe)樣(yang)大(da)的(de)區(qu)域(yu)
，對(dui)於(yu)自(zi)動(dong)化(hua)產(chan)品(pin)來(lai)說(shuo)，采(cai)集(ji)能(neng)力(li)和(he)通(tong)信(xin)能(neng)力(li)都(dou)不(bu)可(ke)能(neng)實(shi)現(xian)
，為(wei)了(le)將(jiang)這(zhe)麼(me)大(da)的(de)區(qu)域(yu)中(zhong)的(de)相(xiang)關(guan)信(xin)息(xi)進(jin)行(xing)收(shou)集(ji)
，需(xu)要(yao)將(jiang)這(zhe)些(xie)大(da)的(de)區(qu)域(yu)劃(hua)分(fen)為(wei)多(duo)個(ge)相(xiang)對(dui)較(jiao)小(xiao)的(de)區(qu)域(yu)
，每(mei)個(ge)相(xiang)對(dui)較(jiao)小(xiao)的(de)區(qu)域(yu)再(zai)劃(hua)分(fen)出(chu)更(geng)小(xiao)的(de)控(kong)製(zhi)單(dan)位(wei)，從(cong)而(er)能(neng)達(da)到(dao)一(yi)個(ge)自(zi)動(dong)化(hua)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)所(suo)能(neng)控(kong)製(zhi)的(de)範(fan)圍(wei)。為(wei)了(le)實(shi)現(xian)上(shang)述(shu)設(she)計(ji)目(mu)標(biao)，本(ben)係(xi)統(tong)包(bao)括(kuo)現(xian)場(chang)采(cai)集(ji)傳(chuan)感(gan)終(zhong)端(duan)、控製終端、無線通信網絡終端、監控中心係統平台4部分組成。如下圖所示為係統架構圖。

1.1
、傳感終端

環境信息采集單元主要由各種環境信息傳感器組成，包括以下幾類：

1)、數字溫濕度傳感器

該(gai)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)實(shi)現(xian)相(xiang)對(dui)溫(wen)度(du)和(he)濕(shi)度(du)的(de)環(huan)境(jing)信(xin)息(xi)測(ce)量(liang)，具(ju)備(bei)專(zhuan)業(ye)的(de)數(shu)字(zi)化(hua)集(ji)成(cheng)技(ji)術(shu)和(he)溫(wen)濕(shi)度(du)測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)，保(bao)證(zheng)數(shu)據(ju)的(de)真(zhen)實(shi)有(you)效(xiao)性(xing)。傳(chuan)感(gan)器(qi)自(zi)身(shen)符(fu)合(he)超(chao)低(di)功(gong)耗(hao)設(she)計(ji)，單(dan)線(xian)或(huo)者(zhe)兩(liang)線(xian)串(chuan)行(xing)接(jie)口(kou)連(lian)接(jie)方(fang)式(shi)
，可(ke)直(zhi)接(jie)與(yu)控(kong)製(zhi)器(qi)連(lian)接(jie)實(shi)現(xian)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)。

2)、土壤水分傳感器

該傳感器可實現長期無人值守的土壤含水量監測，外殼抗腐蝕能力強
，可長期深埋在土壤中而不會受到損壞，具備高精度、高靈敏度等特點。可實現表層土壤和深層土壤墒情的定點監測和在線測量

，數據可直接由水分監測儀獲取
，或者直接與控製器相連。

3)、光照強度傳感器

gaichuanganqiyongyuduiwenshidapengneikejianguangguangzhaoqiangdudeceliang，shuchuxinhaofuhetongyongbiaozhun，nenggougenjudangqiandeguangzhaotiaojianzidongtiaozhengliangchengfanwei
，congerzaibutongguangzhaoqiangduxiajunkebaochizhunquedejingdu。

4)、二氧化碳濃度傳感器

hongwaieryanghuatannongduchuanganqijiyuhongwaiguangpuxishouyuanli，celiangwenshizhongdekongqieryanghuatannongdu，keshishiganyingnongdubianhua。qiyouyidekekaoxingbaozhengshujudezhunquexing
，bimianqitaqitidejiaochafanying。

1.2、現場監控站

現xian場chang監jian控kong站zhan作zuo為wei整zheng個ge農nong業ye節jie水shui及ji信xin息xi管guan理li係xi統tong中zhong的de最zui小xiao單dan元yuan，也ye是shi整zheng個ge監jian控kong係xi統tong的de最zui底di層ceng控kong製zhi係xi統tong，它ta負fu責ze整zheng個ge係xi統tong的de數shu據ju采cai集ji以yi及ji將jiang采cai集ji到dao的de數shu據ju傳chuan送song到dao上shang層ceng集ji中zhong監jian控kong中zhong心xin的de任ren務wu。

1.3、集中監控中心

集中監控中心通常與現場監控站之間通過移動通信技術GPRS、3G或者WIFI等(deng)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)方(fang)式(shi)進(jin)行(xing)連(lian)接(jie)
，這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)可(ke)以(yi)大(da)大(da)節(jie)省(sheng)硬(ying)件(jian)成(cheng)本(ben)
，同(tong)時(shi)，數(shu)據(ju)的(de)實(shi)時(shi)性(xing)也(ye)能(neng)保(bao)證(zheng)。集(ji)中(zhong)監(jian)控(kong)中(zhong)心(xin)作(zuo)為(wei)整(zheng)個(ge)農(nong)業(ye)節(jie)水(shui)和(he)信(xin)息(xi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)的(de)中(zhong)心(xin)層(ceng)，不(bu)直(zhi)接(jie)參(can)與(yu)現(xian)場(chang)設(she)備(bei)的(de)控(kong)製(zhi)，而(er)是(shi)通(tong)過(guo)對(dui)現(xian)場(chang)監(jian)控(kong)站(zhan)相(xiang)關(guan)數(shu)據(ju)的(de)分(fen)析(xi)以(yi)及(ji)曆(li)史(shi)數(shu)據(ju)的(de)分(fen)析(xi)，形(xing)成(cheng)先(xian)關(guan)的(de)節(jie)水(shui)灌(guan)溉(gai)方(fang)案(an)，各(ge)個(ge)現(xian)場(chang)控(kong)製(zhi)站(zhan)通(tong)過(guo)分(fen)析(xi)所(suo)得(de)的(de)方(fang)案(an)進(jin)行(xing)相(xiang)應(ying)的(de)現(xian)場(chang)控(kong)製(zhi)。

集中監控中心根據其所管轄區域大小，將區域內所有現場監控站的信息進行集中采集、展示、存儲
、分析等。同時，通過紫金橋組態軟件的WEB發布功能

，將所采集的信息發布到INTERNET上，供相關部門查看分析。

2、係統功能

2.1 現場監控站

現xian場chang監jian控kong站zhan一yi般ban設she置zhi在zai現xian場chang控kong製zhi區qu域yu的de泵beng房fang中zhong
，其qi中zhong配pei置zhi監jian控kong計ji算suan機ji一yi台tai，實shi現xian對dui控kong製zhi區qu域yu設she備bei的de信xin息xi采cai集ji和he控kong製zhi，安an裝zhuang紫zi金jin橋qiao組zu態tai軟ruan件jian
，每mei一yi個ge泵beng房fang設she置zhi一yi套tao。信xin息xi管guan理li係xi統tong中zhong的de現xian場chang監jian控kong站zhan主zhu要yao使shi用yong對dui象xiang為wei非fei專zhuan業ye人ren士shi，因yin此ci，該gai係xi統tong的de功gong能neng界jie麵mian主zhu要yao以yi簡jian潔jie
、明了
、易於了解和經濟適用為主。

該係統的功能主要有：

1

、數據采集與監視功能

現場監控站中由於各種管線與閥門鋪設的距離比較遠，使用有線數據采集的方式在監控成本和控製線纜鋪設上都不現實，因此
，使用Zigbee無線通信的方式進行數據采集。它是一種短距離的無線通信方式，對於在農田這種開闊地帶使用比較有優勢
，它與RTU控kong製zhi單dan元yuan結jie合he使shi用yong，采cai集ji泵beng房fang管guan理li係xi統tong內nei的de各ge個ge閥fa門men與yu水shui泵beng的de控kong製zhi信xin號hao，實shi現xian水shui泵beng和he閥fa門men的de遠yuan程cheng控kong製zhi，同tong時shi還hai采cai集ji相xiang關guan的de模mo擬ni量liang數shu據ju，如ru蓄xu水shui池chi水shui位wei、管道流量
、過濾器前後水壓
、電機電流

、電壓
、墒情
、氣象等數據。

2
、畫麵監控

畫麵監控主要包括設備監控畫麵
、係統管理界麵以及數據統計分析畫麵。

A、設備監控界麵按照現場監控站滴灌係統管道鋪設管線繪製田間滴灌分布圖
，在圖上直觀顯示相關電磁閥的位置、狀態、是否啟用輪灌
，正在灌溉的組別，灌溉持續時間、當前係統時間顯示等信息。該界麵可以對電磁閥的狀態統一實時查詢；輪灌啟動

、界麵鎖定
；電磁閥的單獨開啟關閉


、狀態查詢。界麵鎖定以後（安全模式）
，整個界麵上操作人員不能有任何操作動作（不能控製設備
，隻能瀏覽查詢信息），隻有通過密碼實現解鎖才能進行控製操作。

B
、數據統計分析畫麵包括實時數據顯示和曆史數據顯示兩部分內容
，顯示的數據有電機電壓、電流、蓄水池水位、過濾器前後水壓、出水口流量
、土壤水分以及氣象站、設備電壓等。

C、係統管理界麵包括係統通訊診斷、係統設備拓撲結構圖、設備地址
、時鍾、工作參數配置界麵、設備列表、輪灌編輯界麵、用戶管理界麵、數據存儲設置
、調閱、導出界麵、設備通訊狀態
、設備電池電壓，首部電壓電流
、水位
、水壓等錯誤或者數據超常報警設置等。

3、設備控製功能

設(she)備(bei)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)包(bao)括(kuo)田(tian)間(jian)各(ge)個(ge)電(dian)磁(ci)閥(fa)與(yu)水(shui)泵(beng)的(de)單(dan)獨(du)控(kong)製(zhi)以(yi)及(ji)電(dian)磁(ci)閥(fa)的(de)輪(lun)灌(guan)控(kong)製(zhi)。單(dan)獨(du)控(kong)製(zhi)時(shi)，可(ke)以(yi)在(zai)監(jian)控(kong)畫(hua)麵(mian)上(shang)對(dui)每(mei)一(yi)個(ge)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)單(dan)獨(du)的(de)打(da)開(kai)或(huo)關(guan)閉(bi)操(cao)作(zuo)
，當(dang)操(cao)作(zuo)沒(mei)有(you)反(fan)饋(kui)或(huo)反(fan)饋(kui)信(xin)息(xi)錯(cuo)誤(wu)時(shi)能(neng)進(jin)行(xing)相(xiang)應(ying)的(de)報(bao)警(jing)。

輪灌控製需要根據係統管理界麵中對於輪灌功能的配置，係統自動完成所有電磁閥的打開與關閉控製以及打開的時間等。

4
、數據存儲記錄功能

係統中采集的各種模擬量數據，如電壓

、電流
、水位、水壓、流量
、土壤水分等都進行記錄，數據記錄使用定時記錄的功能，數據保留時間為1年，數據記錄使用紫金橋數據庫完成。同時，在畫麵上可以通過報表、曲線的方式進行曆史記錄數據的查看。

5、報警功能

報警功能主要針對重要的操作和模擬量超限進行。

報警的方式根據現場計算機的條件可以有聲光和短信兩種方式，需要泵房監控係統中配置相應的音箱及短信發送模塊。

重要的報警能記錄到數據庫中進行曆史報警的查詢功能。

6、用戶管理功能

田間泵房管理係統的用戶主要包括係統操作的農民和相應參數設置的維護人員。不同用戶通過用戶名和密碼登陸獲取不同的權限。

係統維護人員具有所有功能操作的權限（由於維護人員不是長期駐守在泵房，所以參數維護由監控中心維護人員統一進行遠程維護）。

7
、數據統計分析功能

數據分析統計功能是指對各個現場監控站數據進行集中數據的存儲、曲線棒圖的對比分析
、報表文件的查看等功能。

8、數據存儲功能：將係統采集到的相關模擬量數據進行集中曆史記錄，曆史記錄的時間間隔為30分鍾，數據的存儲周期為2到3年，數據存儲到數據存儲服務器中。

9
、曲線功能：在監控畫麵中能將各個曆史記錄數據通過曆史曲線
，圖的形式進行展示，主要包括用水量曲線、流量曲線等。曆史曲線可以通過時間查詢不同時間段的曲線情況。

10、報表功能：通過曆史記錄數據，可以形成係統的數據報表，包括日、月
、年等報表，操作人員可以通過時間查詢相關時間段的數據形成相應的數據報表
，同時報表還具有數據查詢、打印
、導出為EXCEL等功能。

11、數據上傳功能

現(xian)場(chang)監(jian)控(kong)站(zhan)隻(zhi)是(shi)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)最(zui)底(di)層(ceng)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)，它(ta)是(shi)最(zui)底(di)層(ceng)的(de)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)係(xi)統(tong)，對(dui)於(yu)上(shang)層(ceng)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)來(lai)說(shuo)，它(ta)還(hai)包(bao)括(kuo)數(shu)據(ju)上(shang)傳(chuan)到(dao)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)的(de)功(gong)能(neng)。

本係統中

，現場監控站與上層集中監控中心的通信方式GPRS方式。因此
，數據上傳功能使用紫金橋自帶modbus主站方式將數據通過GPRS發送到監控中心。

12
、WEB發布功能

將監控中心中相關的數據畫麵通過紫金橋的WEB發布功能發布到INTERNET上，相關人員隻需要通過各自電腦的IE瀏覽器就可以直接查看各個現場監控站的運行情況。

三、結束語

本係統設計融合了自動化組態、移動通信、廣域網無線通信
、ZIGBEE局域網無線通信等先進技術，能夠實現農田定點采集、移動采集與傳輸功能。具有結構簡單、功耗低、設計成本低
、使用性強、監測數據實時顯示實時上傳和可重複性好等顯著特點。