智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)

通尚智能灌溉系統(tǒng)的控制層由控制中心、首部控制層和田間控制層三個層級構成。該控制中心采用"分散控制，集中管理"的模式，灌溉系統(tǒng)中的首部控制器及其所控制的面積形成一個相對獨立的智能灌溉單元，可單獨操作。在此基礎上將地理位置接近，同屬一個管理機構的灌溉單元組網(wǎng)，接入到一個中央控制室進行集中管理。同時可配合小型氣象站和土壤墑情監(jiān)測站實現(xiàn)全自動化精準節(jié)水灌溉。該方案集前端數(shù)據(jù)采集監(jiān)測，后端數(shù)據(jù)存儲分析于一體，真正形成一套基于實時數(shù)據(jù)的智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)解決方案。

控制中心可單獨控制某個首部控制器或田間控制器。監(jiān)控中心可實時顯示和控制整個灌區(qū)的灌溉情況，通過GPRS通訊方式與首部控制器連接，灌溉計劃由控制中心下達到首部控制器，由其存儲并執(zhí)行控制中心下發(fā)的指令，并根據(jù)灌溉計劃實時控制田間控制器的開啟。

該系統(tǒng)解決方案，可實時采集并存儲各類數(shù)據(jù)參數(shù)，如土壤溫濕度，氣象參數(shù)，不同植物生長參數(shù)，通過對這數(shù)據(jù)的長期跟蹤和分析，可針對不同的區(qū)域、不同的場景、不同的種植作物，制定更加合理的施肥和灌溉計劃，實現(xiàn)精準灌溉、精準施肥，真正達到節(jié)水，增效，增產(chǎn)的目的，大力提升農業(yè)節(jié)水灌溉的科學管理水平。

應用軟件是實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的載體，是系統(tǒng)最終能否發(fā)揮效用的關鍵所在，因此可以說管理軟件的好壞決定著項目的成敗。系統(tǒng)軟件為三層結構:

(1) 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要完成各類數(shù)據(jù)的采集和存儲，如土壤墑情數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、植物生長數(shù)據(jù)、滲透率等。

(2) 應用層

該層的主要工作是制定和執(zhí)行輪灌計劃?？筛鶕?jù)灌溉的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，以及采集的氣象、土壤墑情等相關數(shù)據(jù)，制定科學合理的灌溉計劃。

灌溉計劃設計完成后，控制命令自動下發(fā)與首部控制器，之后由首部控制器操作田間控制器、水泵、閥門、施肥等設備的開啟與關閉。在灌溉的過程中，其可根據(jù)采集的氣象、土壤墑情等參數(shù)的變化情況，如降雨停灌，墑情超限停灌等，適時調整和優(yōu)化灌溉計劃，并提醒后臺管理人員，是否按照新的優(yōu)化方案執(zhí)行灌溉計劃。

(3) 界面層

界面層為軟件設計的最上層，整個界面層設計科學、美觀、易用、易維護;該層可提供豐富的數(shù)據(jù)分析，實時顯示灌區(qū)的灌溉情況氣象參數(shù)以及整個灌區(qū)的網(wǎng)絡拓撲圖，可結合GIS等工具多采用圖形界面，能夠自動生成各類數(shù)據(jù)圖表。

《節(jié)水灌溉技術規(guī)范》SL207-1998

《微灌工程技術規(guī)范》SL103-1995

《土壤墑情監(jiān)測規(guī)范》SL364-2006

《建筑電氣工程施工質量驗收規(guī)范》GB 50303-2011

《自動化儀表工程施工質量驗收規(guī)范》GB 50131-2007

《電子計算機機房設計規(guī)范》GB50174-93

《建筑安裝分項工程施工工藝規(guī)程》DBJ/T01-26-2003

《建筑電氣通用圖集》92DQ1~13

《等電位聯(lián)結安置》02D501-2

《建筑物防雷設施安裝》99D501-1、99(03)D501-1

(1) 控制中心

控制中心設置在灌區(qū)管理中心，對其所管轄的灌區(qū)制定灌溉計劃，并將計劃實時下發(fā)到首部控制器執(zhí)行，同時具備即時控制的功能。其設置應特別注意與管理模式相結合，其重要功能主要是根據(jù)采集數(shù)據(jù)制定合理的灌溉計劃，數(shù)據(jù)分析，檢測系統(tǒng)運行情況及告警等。

(2) 首部控制器

灌首部控制器通過GPRS方式與監(jiān)控中心通訊，通過zigbee無線或CAN有線的方式與田間控制器通訊，可外接多個傳感器，并可同時接入小型氣象站和土壤墑情站。

首部控制器本身自帶簡易灌溉管理軟件，可通過首部控制器下發(fā)灌溉計劃，該控制器可監(jiān)測水泵情況、水池水位、管道壓力、供水流量和電量等參數(shù)，并可控制引渠進水閘門、水泵、過濾器沖洗以及施肥閥等。同時具有欠壓、缺相、相序、管路失壓、超額灌溉或非計劃用水等故障監(jiān)測和報警功能。

(3) 田間控制終端

田間控制器根據(jù)首部控制器下發(fā)的命令執(zhí)行電磁/電動閥的開啟。具備壓力、開度監(jiān)測、充放電控制、上位機指令解釋執(zhí)行、采集數(shù)據(jù)的上報及存儲、有線或無線通訊等功能。

智能灌溉系統(tǒng)不僅可以提高源利用率，緩解水資源日趨緊張的矛盾，還可以增加農作物的產(chǎn)量，降低農產(chǎn)品的成本。基于傳感器技術的智能灌溉系統(tǒng)是中國發(fā)展高效農業(yè)和精細農業(yè)的必由之路。

美國每年浪費掉的水資源高達8,520億升，而若安裝一種智能灌溉系統(tǒng)則可有效地控制水流量，達到節(jié)水目的。

HydroPoint公司負責可持續(xù)領域業(yè)務的Chris Spain援引美國用水工程協(xié)會的報告稱，美國住宅區(qū)和商業(yè)區(qū)的草坪、植物灌溉用水浪費了30%到300%。

水資源被浪費的原因是技術不行，美國有4,500萬個僅是安有簡易計時器的灌溉系統(tǒng)，它們在時間控制上還可以，但精準度不高。Spain稱，城市灌溉系統(tǒng)占城市用水的58%，這些被浪費的水資源每年生產(chǎn)54.4萬噸溫室氣體。

在中國農業(yè)用水量約占總用水量的80%左右，由于農業(yè)灌溉效率普遍低下，水的利用率僅為45%，而水資源利用率高的國家已達70%～80%，因而，解決農業(yè)灌溉用水的問題，對于緩解水資源的緊缺是非常重要的。我們的智能灌溉系統(tǒng)在這種背景下應運而生了。

不僅美國，英國也開始關注節(jié)水問題。英國節(jié)能信托基金會和能源部警告，隨著越來越多的家庭開始節(jié)約能源，使用熱水可能會超過取暖成為制造二氧化碳的主要途徑。

系統(tǒng)可廣泛應用于農業(yè)或園林灌溉系統(tǒng)的自動控制或手動控制。

隨著現(xiàn)代農業(yè)及園林業(yè)的發(fā)展，隨著水資源的不斷升值，傳統(tǒng)灌溉方式正在被現(xiàn)代智能型微機控制灌溉系統(tǒng)所取代，與傳統(tǒng)灌溉方式相比，TLG-2型智能灌溉控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點：

a．微機控制噴灌和滴灌，大大節(jié)省日趨寶貴的水資源，具有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

b．根據(jù)植物對土壤水份的需求特點設定不同的灌溉方式，使植物按最佳生長周期生長， 達到增產(chǎn)增收的目的。

c．自動灌溉，大大節(jié)省人力資源，提高勞動生產(chǎn)率。