一、系統(tǒng)背景

水資源日益緊缺已經(jīng)成為全球性的問題，節(jié)約用水并實現(xiàn)高效用水時人類生存與發(fā)展的需求，也是全球經(jīng)濟社會的需求。我國作為全球13個貧水國家之一，水資源的不足已經(jīng)對我國經(jīng)歷社會發(fā)展構成了嚴重威脅，甚至成為經(jīng)濟社會發(fā)展的“瓶頸”，大力發(fā)展節(jié)約用水不僅是一種革命措施，也是我國的基本策略之一。農(nóng)業(yè)用水占據(jù)了我國總用水量中的70%，農(nóng)業(yè)灌溉效率低下和用水浪費的問題普遍存在。? 目前全國灌溉水利用率約為43%，單方水糧食生產(chǎn)率只有10公斤左右，大大低于發(fā)達國家灌溉水利用率70-80%、單方水糧食生產(chǎn)率2.0公斤以上的水平，因此發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、提高農(nóng)業(yè)用水利用效率是我國節(jié)水戰(zhàn)略中的重要環(huán)節(jié)。? ??

二、系統(tǒng)原理

自動化灌溉技術綜合采用了自動控制技術和專家系統(tǒng)技術，傳感器技術、通訊技術、計算機技術等與一體。主要面向農(nóng)田，園林，設施農(nóng)業(yè)等領域的日常灌溉控制和管理而設計，并通過現(xiàn)代化的科學技術手段，達到降低人力成本，提高自動化生產(chǎn)效率，節(jié)約水資源的目的。該系統(tǒng)具有實用性和良好的展示性，系統(tǒng)硬件具備良好的穩(wěn)定性，以及防水、防潮、抗高溫的能力。?系統(tǒng)采取因地制宜的原則依據(jù)不同地區(qū)、不同作物的不同需求，選擇不同的灌溉設施，并利用計算機、無線數(shù)據(jù)通訊、采集控制器、傳感器等先進技術對農(nóng)田灌溉進行監(jiān)控管理，保證適時適量地滿足作物生長所需要的水分從而達到節(jié)水灌溉及節(jié)水灌溉自動化的目的。

三、系統(tǒng)架構

本方案給出了一個節(jié)水灌溉自動化系統(tǒng)的基本框架，它主要由中心主控系統(tǒng)、采集控制模塊、無線通訊模塊、土壤水分傳感器、氣象觀測站、電磁閥等設備組成：

?1、?傳感器與電磁閥：是數(shù)據(jù)的采集者與系統(tǒng)自動化功能的執(zhí)行者。傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。，本系統(tǒng)中主要包括測量土壤水分的土壤水分傳感器，測量養(yǎng)分的養(yǎng)分儀，測量氣象要素的雨量傳感器，空氣溫濕度傳感器、風速傳感器、風向傳感器等；?電磁閥是本系統(tǒng)中自動化的執(zhí)行設備，可與水泵、養(yǎng)分補充設備等相連。? ????

2、采集控制設備：是指掌控數(shù)據(jù)采集設備和執(zhí)行設備工作的數(shù)據(jù)采集控制模塊，主要作用為：?通過作物決策灌溉軟件的設置，掌控數(shù)據(jù)采集設備的運行狀態(tài)；?根據(jù)作物決策灌溉軟件發(fā)出的指令，掌控執(zhí)行電磁閥的開啟/關閉。??

3、數(shù)據(jù)傳輸：本系統(tǒng)中采用的為無線傳輸模塊。無線傳輸模塊能夠通過GPRS無線網(wǎng)絡將與之相連的用戶設備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?span>Internet中一臺主機上，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程的透明傳輸。?

4、控制中心：主要由計算機和作物決策灌溉決策軟件組成，作物決策灌溉軟件是數(shù)據(jù)接收者及指令發(fā)出者，是整個系統(tǒng)的靈魂。主要由以下功能：系統(tǒng)配置、功能設置：設置數(shù)據(jù)采集時間段、采集間隔、控制系統(tǒng)執(zhí)行條件等參數(shù)；數(shù)據(jù)存儲顯示、打印等操作：將采集到的數(shù)據(jù)實時顯示，可用圖表表達并能執(zhí)行打印等操作；?發(fā)送指令：將指令通過無線傳輸模塊發(fā)送給數(shù)據(jù)采集控制模塊，控制電磁閥的開啟或關閉；自動灌水功能：根據(jù)不同的地區(qū)、不同的作物在不同生長階段對水分需求的不同，設置相應的參數(shù)，當值低于或超出一定的范圍時，自動開啟灌水功能。自動補充養(yǎng)分功能：在無土栽培中，根據(jù)不同的作物在不同生長階段對養(yǎng)分需求的不同，設置相應的參數(shù)，當值低于或超出一定的范圍時，自動補充相應的養(yǎng)分。?? 自動報警：可設置設備的正常運行參數(shù)、農(nóng)田氣象因子范圍，實現(xiàn)設備故障或氣象因子劇烈變化的報警功能。結論節(jié)水灌溉自動化系統(tǒng)將傳統(tǒng)的充分灌溉向非充分灌溉發(fā)展，對灌區(qū)用水進行檢測預報，實現(xiàn)動態(tài)管理。該系統(tǒng)采用傳感器采集土壤墑情信息、氣象信息和作物的生長狀況，通過無線網(wǎng)絡對農(nóng)田灌溉用水量實時遠程監(jiān)控，按照作物的需求實施灌水、補給養(yǎng)分的操作。?

四、系統(tǒng)模塊?

1、傳感模塊：即環(huán)境傳感監(jiān)測系統(tǒng)。它依據(jù)各類傳感設備可以完成整個園區(qū)或完成對異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測的功能。?

2、終端模塊：即終端智能控制系統(tǒng)。它可以完成整個園區(qū)或遠程控制異地園區(qū)進行自動灌溉、自動降溫、自動開啟風機，自動補光及遮陽，自動卷簾，自動開窗關窗，自動液體肥料施肥、自動噴藥等各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自動控制。

3、視頻監(jiān)控模塊：即實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過監(jiān)控中心實時得到植物生長信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時看到作物的實時生長狀況。

 4、預警模塊：即遠程植保預警系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^聲光報警、短信報警、語音報警等方式進行預警。?

5、溯源模塊：即農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)。該系統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品從種植準備階段、種植和培育階段、生長階段、收獲階段等對作物生長環(huán)境、噴藥施肥情況、病蟲害狀況等實施實時信息自動記錄，有據(jù)可查，在儲藏、運輸、銷售階段采用二維碼或者RFID射頻技術對各個階段數(shù)據(jù)記錄，這樣就能實現(xiàn)消費者拿到農(nóng)產(chǎn)品時通過終端設備或網(wǎng)絡就能查看到各類信息，才能放心食用。

 6、作業(yè)模塊：即中央控制室。可通過總控室對整個區(qū)域情況進行監(jiān)測，包括各個區(qū)域采集點參數(shù)、控制作業(yè)狀態(tài)、實時視頻圖像、施肥噴藥狀況、報警信息等 

1、可以根據(jù)系統(tǒng)建設區(qū)域的具體情況選擇不同的灌溉方式，最大限度的提高了灌溉用水的利用率；

2、采用了無線網(wǎng)絡技術，真正實現(xiàn)了農(nóng)田灌溉的遠程監(jiān)控，減小了勞動強度；

3、作物灌溉決策軟件中可引入專家決策系統(tǒng)，對不同地區(qū)的不同作物在不同生長階段的需水信息做定量評估；

 4、在灌溉設備中加入了流量計，對灌水的用量做到精確控制。該系統(tǒng)滿足了高效農(nóng)業(yè)、精準農(nóng)業(yè)中對提高灌溉用水利用率的需求，達到了節(jié)水灌溉的目的并實現(xiàn)了灌溉過程的自動化，具有極大的推廣和應用價值。