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智慧農業監測控制一體化
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智慧農業

  智慧農業是物聯網技術在現代農業領域的應用,主要有監控功能系統、監測功能

  系統、實時圖像與視頻監控功能。

  (1)監控功能系統:根據無線網絡獲取的植物生長環境信息,如監測土壤水分、土 壤溫度、空氣溫度、空氣濕度、光照強度、植物養分含量等參數。其它參數也可 以選配,如土壤中的 PH 值、電導率等等。信息收集、負責接收無線傳感匯聚節 點發來的數據、存儲、顯示和數據管理,實現所有基地測試點信息的獲取、管理、 動態顯示和分析處理以直觀的圖表和曲線的方式顯示給用戶,并根據以上各類信 息的反饋對農業園區進行自動灌溉、自動降溫、自動卷模、自動進行液體肥料施肥、自動噴藥等自動控制。

  (2)監測功能系統:在農業園區內實現自動信息檢測與控制,通過配備無線傳感節 點,太陽能供電系統、信息采集和信息路由設備配備無線傳感傳輸系統,每個基 點配置無線傳感節點,每個無線傳感節點可監測土壤水分、土壤溫度、空氣溫度、空氣濕度、光照強度、植物養分含量等參數。根據種植作物的需求提供各種聲光 報警信息和短信報警信息。

  (3)實時圖像與視頻監控功能:農業物聯網的基本概念是實現農業上作物與環境、 土壤及肥力間的物物相聯的關系網絡,通過多維信息與多層次處理實現農作物的 最佳生長環境調理及施肥管理。但是作為管理農業生產的人員而言,僅僅數值化的物物相聯并不能完全營造作物最佳生長條件。視頻與圖像監控為物與物之間的 關聯提供了更直觀的表達方式。比如:哪塊地缺水了,在物聯網單層數據上看僅僅能看到水分數據偏低。應該灌溉到什么程度也不能死搬硬套地僅僅根據這一個數據來作決策。因為農業生產環境的不均勻性決定了農業信息獲取上的先天性弊 端,而很難從單純的技術手段上進行突破。視頻監控的引用,直觀地反映了農作物生產的實時狀態,引入視頻圖像與圖像處理,既可直觀反映一些作物的生長長勢,也可以側面反映出作物生長的整體狀態及營養水平??梢詮恼w上給農戶提 供更加科學的種植決策理論依據。

  智能農業大棚物聯網解決方案系統簡介

  溫室大棚在不適宜植物生長的季節,能提供生育期和增加產量,多用于低溫季節喜溫蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。因此對種植作物生長環境的要求要精確的多。

  大多數農戶加溫、澆水、通風等,全憑感覺。人感覺冷了就加溫,感覺干了就澆水,感覺悶了就通風,沒有科學依據。農業進入信息化時代后,對溫室內部的空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2 濃度及光照等農業環境信息的采集也越來越重視。因此,將物聯網技術引入溫室大棚中來,實現溫室種植的高效和精準化管理。

  聯網;殺蟲燈也叫頻振式聯網殺蟲燈,遠程控制殺蟲燈,智慧殺蟲燈,是一種非常值得推廣的新型物理殺蟲工具,它發出的光亮能夠誘殺農田里的害蟲,達到降低農藥使用量,減少農產品、土壤和水源污染,節省農民種植成本的效果。

  聯網殺蟲燈可廣泛用于農、林、蔬菜、煙草、倉儲、酒業釀造、園林、果園、城鎮綠化、水產養殖等,特別是被棉鈴蟲侵害的領域??烧T殺農、林、果樹、蔬菜等多種害蟲,主要有棉鈴蟲、金龜子、地老虎、玉米螟、吸果夜蛾、甜菜夜蛾、斜紋夜蛾、松毛蟲、美國白蛾、天牛等 87 科 1287 鐘害蟲。

  據試驗,平均每天每盞燈誘殺害蟲幾千頭,高峰期可達上萬頭。降低落卵量達 70%左右。

  功能特點:

  電網過流短路保護。

  頻振燈管可選擇不同波長的燈(波長 320~600nm)。

  遠程 APP 控制:遠程開關殺蟲燈;遠程查看所有設備分布情況;遠程查看每盞殺蟲燈的工作狀態;遠程查看設備電量情況等。

  帶維護提醒推送功能;

  光控:晝夜自動開關燈;時控:根據害蟲生活習慣,自動分時段誘蟲,最多可設置 12 個時段。

  一、智能農業灌溉系統的功能設計 智能農業灌溉系統要實現上述功能就要充分利用可編程控制器的控制作用。系統要實現自動感測土壤濕度的功能必須要有土壤濕度傳感器。要實現灌溉水量的多與少的調節,必須要有變頻器。在可編程控制器內預先設定 50%—60%RH 為標準濕度,傳感器采集的濕度模擬信號經 A/D 模塊轉換成數字信號。 針對灌溉水利用系數較低,文中提出一種基于嵌入式智能灌溉控制系統。依托無線傳感器網絡采集灌區作物需水信息,匯聚到網關節點發送給主控中心,中心主機根據信息確定灌溉狀態并計算灌水量,控制灌溉設備工作實現智能灌溉;依托 Internet 管理員有權對系統遠程管理,滿足了規?;喔鹊男枨?。根據示范區觀測,灌溉水利用系數由原來的 0.6 提高到 0.9。系統結合了無線傳感、計算和網絡通信技術,解決了精確農業亟待解決的關鍵技術問題。 智能農業灌溉系統涉及到傳感器技術、自動控制技術、計算機技術、無線通信技術等多種高新技術,這些新技術的應用使我國的農業由傳統的勞動密集型向技術密集型轉變奠定了重要的基礎。

  二、智能農業灌溉系統可以根據植物和土壤種類,光照數量來優化用水量,還可以在雨後監控土壤的濕度。有研究現實,和傳統灌溉系統相比,智能農業灌溉系統的成本差不多,卻可節水 16%到 30%。加州出臺的新法案要求 2012 年起新公司必須使用智能農業灌溉系統。

  三、智能農業灌溉系統的設計背景 灌溉造成水資源大量浪費

  智能農業灌溉系統工作原理

  灌溉系統工作時,濕度傳感器采集土壤里的干濕度信號,檢測到的濕度信號通過 A/D模塊轉換,將標準的電流模擬信號轉換為濕度數字信號,輸入到可編程控制器??删幊炭刂破鲀阮A先設定 50%-60%RH 為標準濕度值,實際測得的濕度信號與 50%-60%RH 比較,可以分為:在這個范圍內,超出這個范圍,小于這個范圍三種情況。 可編程控制器將控制信號傳給變頻器,變頻器根據濕度值,相應的調節電動機的轉速,電動機帶動水泵從水源抽水,需要灌溉時,電磁閥就自動開啟,通過主管道和支管道為噴頭輸水,噴頭以各自的旋轉角度自動旋轉。灌溉結束時電磁閥自動關閉。為了避免離水源遠的噴頭不能被供給足夠的壓力,在電磁閥的一側安裝一塊壓力表,保證個噴頭的水壓滿足設定的噴灌射程,避免發生因為水壓不足,噴頭射程減少的現象。整個系統協調工作,實現對草坪灌溉的智能控制。 綜上所述,要實現智能灌溉,系統需要有可編程控制器、傳感器、A/D 模塊、變頻器、電動機、水泵、電磁閥、管網和噴頭等設備。

 ?、倏删幊炭刂破鳎贺撠煱l出和接收各種運行程序指令,是整個控制系統的中樞部分。

 ?、趥鞲衅鳎河捎诒敬卧O計時間比較倉促,忽略了溫度對灌溉的影響,因此沒有使用溫度傳感器,只使用了土壤濕度傳感器。通過傳感器采集土壤里的濕度信號,判斷是否需要灌溉。

 ?、跘/D 模塊:因為可編程控制器不能接收模擬信號,所以需將傳感器的電壓或電流信號轉換成數字信號。

 ?、茏冾l器:通過改變電動機的轉速調節噴灌流量,達到節水的目的。

 ?、蓦妱訖C、水泵:由電動機帶動水泵從水源抽水,為噴灌系統提供一定的壓力。

 ?、揠姶砰y:控制噴頭的噴灌與否。 ⑦噴頭:實現均勻噴灑,便于充分吸收。

 ?、喙芫W:灌溉系統輸送水的管路。

  智能農業灌溉系統的設計特點

  1、系統模塊化、層次化設計,以提高效率,增加可維護性,便于擴展;

  2、靈活的硬件配置,用戶可以任意升級、更換被控硬件設備,而不需要更換軟件;

  3、人機界面友好,實現灌溉過程的無人值守,減少人員的工作強度,提高灌溉效率;

  4、抗電磁干擾的能力強,保證系統在野外強電磁干擾的惡劣環境下能可靠地運行;

  5、故障自動檢測功能,提高系統的健壯性,各種設備的布局要求美觀。

  智能農業灌溉系統的 9 大功能

  數據采集功能:可接收土壤濕度傳感器采集的模擬量。模擬量信號的處理是將模擬信號轉變成數字信號(A/D 轉換)。

  控制功能:具有定時控制、循環控制的功能,用戶可根據需要靈活選用控制方式。 ①自動控制功能:可編程控制器通過程序將傳感器檢測的濕度信號與預先設定的標準濕度范圍值相比較,如果檢測的濕度值超出了設定濕度值,(低于設定值則調大電動機轉速,高于設定值則調小電動機轉速)則自動調節電動機轉速,進行灌溉操作。 ②定時控制功能:系統可對電磁閥設定開、關時間,當灌溉的濕度值達到設定的濕度值時,電動機自動停止灌溉。

  循環控制功能 :用戶在可編程控制器內預先編好控制程序,分別設定起始時間、結束時間、灌溉時間、停止時間,系統按設定好的時間自動循環灌溉。 變速功能:當前所測的土壤濕度值與預先設定的最適宜草坪生長的濕度值 50%—60%RH 比較,分為大于、等于、小于三種結果,即可將濕度分為高濕度、中濕度、低濕度三種狀態。在控制面板上表現為高濕度、中濕度、低濕度三個指示燈。變頻器根據土壤濕度的三個狀態自動調節電動機的轉速,電動機設有高速,中速,低速 3 種旋轉速度,分別對應高速,中速,低速三個指示燈。

  自動轉停功能:控制系統根據土壤的干濕度情況自動啟動噴灌,控制電動機以所需的轉速轉動,噴頭噴灌 5 分鐘,停 2 分鐘,再噴 5 分鐘后自動停轉。

  電動機過載保護功能:當電動機過載時,電動機立即停止轉動,灌溉過程中止,并且故障指示燈閃爍報警,過載消除后自動恢復運轉。

  陰雨天自動停止:利用濕度傳感器的開關量作為一個可編程控制器的輸入信號,實現控制相關程序的功能。

  電功能:時控制器在斷電時正常計時,故采用其作為可編程控制器的電源控制。在定時灌溉控制時間之內,由定時器接通可編程控制器的電源,可編程控制器按預先編制的程序依次打開各控制設備電源,并根據輸入信號的變化隨時調整程序的執行。在非系統工作時間里,定時器自動斷開可編程控制器的電源這樣既減少了系統耗費的電能又延長了設備的使用壽命。

  急停功能:當出現緊急意外事故時,按下急停按鈕,電動機立即停止運轉,閥門關閉,噴頭停止灌溉。故障自動檢測功能:當灌溉系統出現故障,如水管破裂(水壓為零),傳感器故障,電動機故障,變頻器故障,電磁閥故障等,水泵立即停止運行,電磁閥關閉,故障報警燈閃爍并伴有警笛聲響起。操作人員可以按下“消音”按鈕。

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