智能灌溉解决方案

 基于智能控制的农业自动化灌溉系统无线解决方案 项目概述：新疆X连5#首部1#系统103条田编制单位：北京天正高科智能科技有限公司 二〇一七年七月五日 1 / 12 目录 1综合说明 ................................................................................................................... 0 1.1项目概要 ........................................................................................................ 2 1.2自动化控制灌溉系统工作原理 .................................................................... 3 1.3无线智能灌溉优点 ........................................................................................ 4 2智能网关 ................................................................................................................... 4 2.1功能介绍 ........................................................................................................ 5 2.2优点特性 ........................................................................................................ 6 3无线电磁阀控制器 ................................................................................................... 6 3.1功能介绍 ........................................................................................................ 6 3.2优点特性 ........................................................................................................ 7 4传输协议 ................................................................................................................... 8 5云中心、系统功能 ................................................................................................... 8 6预算 ......................................................................................................................... 10 2 / 12 一、综合说明 北京天正高科智能科技有限公司，成立于2008年，注册资金1000万元，通过IS09000质量体系认证。天正高科多年年一直致力于智能物联网平台的开发和相关的行业应用，通过和Intel、清华大学、北京邮电大学、德州仪器、德国博世、意法半导体、美国Semtech公司合作，目前已经开发出国内领先的完全自主的智能物联网操作系统及传输协议，并在此基础上不断完善行业应用。秉承“让未来更智能”的公司理念，我们希望通过我们的技术和平台给国内外的客户带来未来智能生活的新体验。1、项目概要103条田属于4连队5#首部，1#系统泵房控制面积410亩，共设分干管数量4条，出水桩20个，需要布设自带9V脉冲75mm电磁阀棉花连队泵房名称控制条田名称分干管数量出水桩需要电池阀数量(个）电池阀尺寸（mm)控制面积（亩）备注一4连5号首部1号系统103条田42086754101号系统4条分干管，每条分干管带5个出水桩，每个出水桩地面部分配4个电池阀。因为采用长短管灌溉。有6个电磁阀是边角地，所以单加6个电磁阀。86个，初步设计使用一台256个用户[WiFi+Rj45+433+LoRa]智能网 3 / 12 关，86台近距离（200~500m）1对1无线电磁阀控制器，一套自动化控制系统配合实施（设计略图详见图1）。图1设计略图2、自动化控制灌溉系统工作原理 天正高科智能灌溉系统工作原理：系统由无线电磁阀控制器、智能网关为主要组成部分，设备之间利用免费的LoRa传输协议进行通讯，在云平台管理软件或手机端APP将开启或关闭阀门的信号通过智能网关控制系统传输到阀门控制系统，再由阀门控制系统实施某轮灌区的阀门开启或关闭，以此来实现无线自动化农业灌溉的自动化控制（详见图2）。整个系统犹如一个智能机器人，智能网关就是大脑中枢，通过中枢神经（LoRa传输协议）负责指挥手脚（无线电磁阀）执行开启或关闭阀门的控制，也有本地化运算和控制功能，类似于记忆功能，在无法接收到控制信号的时候，智能网关这个中枢大脑会根据以往的作业规则实施执行动作。 4 / 12 与国际水平相比，我国的自动化农业灌溉生产水平相对落后，而天正高科智能灌溉系统所采用的无线控制水平已达到了国际同类水平，与世界上最具规模、最著名的雨鸟（Rainbird）、托罗（Toro）、多若特（Dorot）等灌溉公司也相继要取得合作。图2智能灌溉系统工作原理3、无线智能灌溉优点 1）无需布线，节省施工费用2）后续设备移动方便3）减少人工投入，节约人工成本4）节省水肥费用的开支 5 / 12 5）土壤改良，达到增产曾优二、智能网关 1、功能介绍天正高科自主研发的专利产品SmartNetworkgate（智能网关）（模型图3）主要功能为执行控制操作或分析数据，可以实现本地化运算和控制，在暂时性不能上传数据或者用户控制端不能使用的情况下，可以根据历史的记录通过智能的自主学习和运算，达到自动控制和开启相应的设备譬如电磁阀，水泵，风机等。需安装在有网线或者WiFi的中控室内，方便与电脑和云中心进行数据交互（型号参数见表1）。可采用市电或者太阳能供电。图3智能网关模型表1型号参数SNG-LG智能网关（基础版）GPRS+43364用户SNG-LW智能网关（基础版）WiFi+RJ45+43364用户SNG-MG智能网关（中配版）GPRS+433+LoRa（中）256用户SNG-MW智能网关（中配版）WiFi+RJ45+433+LoRa(中）256用户 6 / 12 SNG-HG智能网关（高配版）GPRS+433+LoRa(远）2000用户SNG-HW智能网关（高配版）WiFi+RJ45+433+LoRa(远）2000用户2、优点特性除了电磁阀无线控制器具有的优点外还有如下几个优点1）可以定时设置电磁阀开启和关闭的时间和时长2）可以不通过应用端控制，可以根据历史记录和环境参数自己开启和关闭设备开启（譬如电磁阀、风机等）3）可以通过存储卡保存历史记录4）可以通过开关量变送器帮助水肥一体机实现数据的无线采集和电磁阀的开启和关闭。三、无线电磁阀控制器 1、功能介绍天正高科自主研发的专利产品WirelessValveconteoller(无线电磁阀控制器）（模型见图4）主要功能为接收智能网关控制系统传输到阀门的执行任务，无线电磁阀控制器接收到命令后给电磁阀脉冲头一个通电信号，在通电的一瞬间可以实现电磁阀的开启和关闭。再由阀门控制系统实施某轮灌区的阀门开启或关闭，以此来实现无线自动化农业灌溉的自动化控制。安装在9V脉冲电磁阀的上部，用0.5mm线缆连接，以阀门箱作为保护。供电方式是锂亚电池，3.6V，不能 充电。无线电磁阀控制器常温可达2万次开关（型号参数详见表2）。 7 / 12 图4无线电磁阀控制器无线电磁阀控制器IP防护等级为68，完全防止外物及灰尘侵入，防止沉没时水的浸入。组网形式为自组网，控制器共有3节锂亚电池，2节负责阀门开启闭合控制，1节负责全时段接收由网关直接发送或者相邻控制器传输的控制命令，由于传输数据极小，电池使用为全寿命，无需更换。表2型号参数NVC-101-R无线电磁阀控制器1对1近距离版200m-500mNVC-102-R无线电磁阀控制器1对2近距离版200m-500mNVC-101-L无线电磁阀控制器1对1中距离loRa版2500mNVC-102-L无线电磁阀控制器1对2中距离loRa版2500m 8 / 12 2、优点特性1）低功耗，开关次数可达2万次2）远距离无线传输，距离可达500米到10公里3）抗干扰能力强，8个频段自主选择4）安装简单，管理灵活，在现场可灵活部署5）实时掌控阀门的工作状态，提高工作效率，减少维护工作6）故障预警和故障阀门定位，让修理更加轻松高效，保护资产安全和环境安全7）可远程和现场设置电磁阀自动开关时间8）提供电池电量查看功能，做到远程开启，随手掌控四、传输协议介绍 天正高科自主研发的专利通讯方式：LoRa通讯协议，特点是远距离、低功耗，数据安全，传输稳定，具有更好的兼容性。协议采用三级加密方式。自组网，多级中继（65536级）。抗干扰，多频道8个远行频道自由切换。相对于ZigBee传输方式的不同点：第一：稳定性，ZigBee设备组中间需要中继，如果中继有问题数据中断传输。第二：穿透性，ZigBee穿透性非常差，有墙阻隔和树林的遮挡就能影响信号传输。第三：传输距离，ZigBee在空旷地带最远只能达到100米。使用环境和场景有限。而LoRa在有障碍的地带最远也可传输15KM。第四：功耗方面，ZigBee属于高功耗，LoRa只要电池更换及时的情况下最大可以达到十年。 9 / 12 五、云中心、系统功能 “云中心”是基于现代农业和节水灌溉的自动化控制技术，利用“大数据、云计算、物联网、智能感知”技术，对作物用水、施肥统一调控，实现作物定时、定量的精准灌溉，同时辅以土壤墒情监测和气象信息监测，实现了节水、节肥、节力和节时四大功效。自动化节灌较传统节灌节水25%以上，节肥16%以上。自动化开关阀不受时间和人力约束，可以避开白天水量高蒸发期进行夜间灌溉，并做到在分钟级内完成轮灌组的自动切换，大大缩短了灌水时长，节约了人工费用，每万亩年节省劳动力在20人左右。系统可以帮助生产者很方便的实现自动的无线电磁阀管理、水肥一体化管理、农田墒情监测、农田气象监测、远程视频监控等。系统由云软件系统、手机APP、智能网关、无线电磁阀控制器、数据传感采集终端组成，通过与供水供肥系统有机结合，实现智能化控制。可实现智能化监测、控制灌溉中的供水时间、施肥浓度以及供水量。变送器（土壤水分变送器、流量变送器等）将实时监测的灌溉状况，当灌区土壤湿度达到预先设定的下限值时，电磁阀可以自动开启，当监测的土壤含水量及液位达到预设的灌水定额后，可以自动关闭电磁阀系统。可根据时间段调度整个灌区电磁阀的轮流工作，并手动控制灌溉和采集墒情。整个系