大型喷灌机节水灌溉系统设计方案

农田墒情监测与灌溉自动化系统简要方案

1、系统建设要求

农田墒情监测与灌溉自动化系统的建设应满足以下要求：

1、对系统建设域内的18个灌溉区土壤墒情信息进行实时的在线监测；

2、通过该系统的建设，实现去灌区内的18台指针式圆形喷灌机的自动控制；

3、该系统设置一个中心控制站，通过中心控制站实现全部的监测控制功能；

4、由于灌区覆盖面积较广，选择的通讯方式应满足信息远距离传输的要求；

5、要保证系统对墒情信息，设备信息的实时采集、传输。

2、系统建设应考虑的因素

2.1通讯方式的选择

在信息和命令的传输中有线通讯和无线通讯两种方式。

1、有线通讯是在通讯距离较近和地形、地势较好的条件下，通

过包括：双绞线、同轴电缆、光纤等有线介质来传输测量数据和控制

命令的通讯方式。它有以下一些特点：建设投资省、无需自身维护通

道，配套设备简单便宜，但容易受到风暴和人为的破坏。

2、无线通讯包括超短波、短波、微波、卫星、GS瞰据业务、GPRS 通讯等。其中GPRS^人们经常用到的通讯方式。

GPRS(Ge neral Packet Radio Service) 是通用分组无线业务的简称。它是利用“分组交换”的概念所发展出的一套无线传输方式，是国际上流行的2.

5代移动通信产品。可与互联网或企业网相连，向移动客户提供丰富的数据业务。

所谓的分组交换就是将数据分装成许多独立的封包，再将这些封包一个一个传送出去，形式上有点像寄包裹，采用分组交换的好处是只有在有资料需要传送时才会占用频宽，而且可以以传输的资料量计价，这对用户来说是比较合理的计费方式。它在移动用户和数据网络之间提供一种连接。给移动用户和数据网络之间提供高速无线IP。GPRS

允许用户在端对端分组转移模式下发送和接收数据，提供了一种高效、低成本的无线分组业务。

每一个用户可以同时占用多个信道，并且同一个信道又可以供多个用户共享，资源被有效利用，GPR能提供比现有GS网9. 6 Kbps 更高的数据率。传输速率最高可达171.2 Kbps,净速率可达I 15 Kbps, 该项业务适合墒情数据传输的要求。

GPR网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接，支持中、高速率数据传输。GPR采用了信道聚合和信道复用技术，一个用户可以占用多个时间片，多个用户可以共享一个时间片，这样，资源的分配更加灵活，一个用户能获得的最大速率也有所提高。费费用便宜，GPR不是基于传统的电路交换技术，而是基于无线分组交换技术，所谓的分组交换就是把数据先分成若干个小的数据包，可通过不同的路

由，以存储转发的接力方式通过通信子网传送到目的端，再组装成完

整的数据。GPR数据是以包来的形式传输，采用了断续传输的策略，计费是按数据流量而不是按照在线时间长短来计算的，非常适合水情

数据的传输。兼容In ter net / Intranet，现有的网络是IP协议的天下，In ternet及大部分局域网应用也是基于IP协议的。GPR从协议上提供了和IP网络的互通功能，能够实现从空中接口到外部网络之间的分组数据传输，GPR可以接入基于TCP/IP协议的外部网络和X. 25网络。用户可以通过GPR系统的网关连接到互联网，对于In teract网络的其它GPR网络的系统只是一个普通的子网。GPR网络是在现有GSI网络

中增加GGS和SGS来实现的。

通过对GPR通讯方式的描述，对比有限通讯和其他无线通讯的方式，该系统中为了保证系统的稳定性，节约建设成本，因此采用GPRS 无线通讯方式。

2.2供电系统的配备

系统建设时，考虑到监测点分布较广，不能采用市电统一供电，为了保证墒情监测点不间断工作的需求，为每个墒情监测点配备了太阳能供电系统。

太阳能供电系统由太阳能电池组件、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。各部分的作用为：①太阳能电池组件：太阳能电池组件是太阳能供电系统中的核心部分，也是太阳能供电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能量转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池组件的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。②太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。③蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是

在有光照时将太阳能电池组件所供出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。本系统采用的太阳能供电系统包含一个20W勺太阳能板，2个24V的电瓶，可满足连续阴雨5〜8天监测点的供电。

太阳能供电系统具备以下特点：

长寿命：晶体硅太阳能电池组件的质量保证期是15-20年；高性能：

晶体硅太阳能电池发电系统具有抗台风、抗冰雹、抗潮湿、抗紫外辐

照等特点，组件系统可以在零下40度到零上70 度环境下正常工作；

无需职守：运行中无需人员职守，像常规能源一样能向负载供

电；

无间断供电：系统设计时考虑到当地的阴雨天气情况，将平时多余的

电能存储在蓄电池内，可确保用户在阴雨天仍有足够的电能可供使用；

直流无干扰电源：太阳能电池发电设备，无噪声、电源无高次

谐波干扰，特别适用于通信电源；

不受地理环境影响：平原、河道、海洋、高山、雪原、海岛、

森林地区，任何需电的地方都可以使用晶体硅太阳能电池发电系统。

从上图可知，系统的建设主要分为两部分,

是灌溉区现场硬件

3、系统建设方案

农田墒情监测与灌溉自动化系统实现了 18个灌区土壤墒情信息 的测量、无线传输和实时显示及18台圆形指针喷灌机的自动操控，并 配备了太阳能供电系统，可满足野外长期监测与喷灌机自动控制的需 求。

该系统建设覆盖了 18个灌溉区域，主要由1个监控中心和分布在 各区域的信息采集箱、设备控制箱及土壤水分传感器、角度传感器组 成。系统整体建

设框架图如下：

的布设，二是监控中心的建设

8号设备控制

箱

8号信息采集箱

太阳能供电系统 集箱

1号设备控制箱 [n^net 网络

「匸 * 卜

GpRs 网络^

1号信息采