概 述：
水是一切生命過(guò)程中不可替代的基本要素，水資源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。我國(guó)是世界上13個(gè)貧水國(guó)之一，人均水資源占有量2300立方米，只有世界人均水平的1/4，居世界第109位。而且時(shí)空分布很不均勻，南多北少，東多西少;夏秋多，冬春少;占國(guó)土面積50%以上的華北、西北、東北地區(qū)的水資源量?jī)H占全國(guó)總量的20%左右。近年來(lái)，隨著人口增加、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化水平的提高，水資源供需矛盾日益尖銳，農(nóng)業(yè)干旱缺水和水資源短缺已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要制約因素，而且加劇了生態(tài)環(huán)境的惡化。
按現(xiàn)狀用水量統(tǒng)計(jì)，全國(guó)中等干旱年缺水358億立方米，其中農(nóng)業(yè)灌溉缺水300億立方米。20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)年均受旱面積達(dá)2000萬(wàn)公頃以上，全國(guó)660多個(gè)城市中有一半以上發(fā)生水危機(jī)，北方河流斷流的問(wèn)題日益突出，缺水已從北方蔓延到南方的許多地區(qū)。由于地表水資源不足導(dǎo)致地下水超采，全國(guó)區(qū)域性地下水降落漏斗面積已達(dá)8.2萬(wàn)平方公里。
發(fā)達(dá)國(guó)家的農(nóng)業(yè)用水比重一般為總用水量的50%左右。目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)用水比重已從1980年的88%下降到目前的70%左右，今后還會(huì)繼續(xù)下降，農(nóng)業(yè)干旱缺水的局面不可逆轉(zhuǎn)。北方地區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用程度已經(jīng)很高，開(kāi)源的潛力不大。南方還有一些開(kāi)發(fā)潛力，但主要集中在西南地區(qū)。
我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉用水量大，灌溉效率低下和用水浪費(fèi)的問(wèn)題普遍存在。目前全國(guó)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(dá)國(guó)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。通過(guò)采用現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)改造傳統(tǒng)灌溉農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)適時(shí)適量的“精細(xì)灌溉”，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。在灌溉系統(tǒng)合理地推廣自動(dòng)化控制，不僅可以提高資源利用率，緩解水資源日趨緊張的矛盾，還可以增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，降低農(nóng)產(chǎn)品的成本。
自動(dòng)灌溉監(jiān)控系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、將充分發(fā)揮現(xiàn)有的節(jié)水設(shè)備作用，優(yōu)化調(diào)度，提高效益。
2、通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，更加節(jié)水節(jié)能，降低灌溉成本，提高灌溉質(zhì)量。
3、將使灌溉更加科學(xué)，方便、提高管理水平。
研制和推廣節(jié)水灌溉控制新技術(shù)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的需要。
GPRS農(nóng)業(yè)自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)：
GPRS農(nóng)業(yè)自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)主要由中心主控系統(tǒng)（主計(jì)算機(jī)）、GPRS采集控制終端、電磁閥、田間濕度傳感器（可測(cè)土壤濕度絕對(duì)值）、氣象觀測(cè)站（可測(cè)量氣溫、風(fēng)向、風(fēng)速）等設(shè)備所組成。操作人員可坐在控制室里，對(duì)傳上來(lái)的氣象資料、田間土壤濕度等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，利用自動(dòng)方式，足不出戶(hù)的對(duì)整個(gè)小區(qū)進(jìn)行灌溉。同時(shí)還可以利用數(shù)據(jù)查詢(xún)系統(tǒng)和打印系統(tǒng)，隨時(shí)記錄、查詢(xún)、打印整個(gè)灌溉小區(qū)的氣象資料、土壤濕度、灌溉設(shè)置、灌溉進(jìn)程、灌水歷史記錄等數(shù)據(jù)。
GPRS農(nóng)業(yè)自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三層，第一層為控制中心由電腦和以太網(wǎng)組成;第二層為GPRS 無(wú)線采集控制器（RS6011G GPRS RTU），該層和第一層之間無(wú)需電纜連接;第三層為傳感器采集與電磁閥，所有的傳感器與電磁閥和GPRS 無(wú)線采集控制器只需要用一根電纜連接。下面詳細(xì)介紹一下本方案。
首先我們可以將需要灌溉的區(qū)域分成若干個(gè)小區(qū)，劃分的原則為閥門(mén)相對(duì)集中。每個(gè)小區(qū)內(nèi)采用一個(gè)GPRS無(wú)線采集控制器GPRS RTU，通過(guò)它與中心控制室通訊;GPRS無(wú)線采集控制器再與電磁閥、土壤傳感器等連接該套設(shè)備只需要很少的電力，可以使用太陽(yáng)能來(lái)供電。這個(gè)小區(qū)的控制系統(tǒng)無(wú)需任何電纜與中心控制室連接。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。
（系統(tǒng)拓?fù)鋱D）
第一層控制中心：
中心采用通過(guò)GPRS/GSM 網(wǎng)路把室外傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到中心計(jì)算機(jī)，在這里進(jìn)行灌溉參數(shù)設(shè)置，及對(duì)灌溉情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并可通過(guò)專(zhuān)用軟件在計(jì)算機(jī)上存儲(chǔ)，顯示數(shù)據(jù)和圖表。同時(shí)可以人工進(jìn)行特殊操作。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲取天氣信息，有預(yù)見(jiàn)性地實(shí)施灌溉。
建立GPRS中心連接的兩種方式：
a、中心控制站服務(wù)器采用固定IP地址，當(dāng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求（適用監(jiān)控點(diǎn)數(shù)在200個(gè)左右的）。
b、中心監(jiān)控站服務(wù)器采用動(dòng)態(tài)IP地址（可以申請(qǐng)花生殼軟件采用域名的方式），當(dāng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求（適合監(jiān)控點(diǎn)數(shù)在幾十個(gè)左右的）。
第二層GPRS 無(wú)線采集控制器：
1、瑞申RS6011G產(chǎn)品簡(jiǎn)介：
集成采集、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制于一體，將現(xiàn)場(chǎng)傳感器的模擬量、開(kāi)關(guān)量、繼電器信號(hào)通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳至監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)了由現(xiàn)場(chǎng)采集直達(dá)監(jiān)控中心的一套完整解決方案?？梢灾苯油ㄟ^(guò)各類(lèi)通用型工業(yè)組態(tài)軟件與遠(yuǎn)端現(xiàn)場(chǎng)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，無(wú)須定制驅(qū)動(dòng)。
2、產(chǎn)品功能：
◎ 采集傳輸控制一體化，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了成本;
◎ 采用超低功耗高性能的嵌入式處理器，數(shù)據(jù)采樣精度小于2‰;
◎ 內(nèi)嵌看門(mén)狗，不死機(jī)，掉線自動(dòng)恢復(fù);
◎ 配備多種接口資源：包括模擬信號(hào)采集、開(kāi)關(guān)量采集、脈沖信號(hào)輸入、繼電器控制輸出等;
◎ 繼電器可設(shè)置報(bào)警聯(lián)動(dòng);
◎ 支持一路RS232/RS485（只支持MODBUS協(xié)議）方式的用戶(hù)數(shù)據(jù)接口，可接入電子式傳感器、PLC等各種設(shè)備;
◎ 短信數(shù)據(jù)傳輸或GPRS實(shí)時(shí)在線傳輸方式;
◎ GPRS 遠(yuǎn)程在線設(shè)置和短信息遠(yuǎn)程設(shè)置功能;
◎ 支持終端遠(yuǎn)程進(jìn)入休眠模式，并可用多種方式喚醒;
◎ 監(jiān)控中心及手機(jī)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備;
◎ 可向用戶(hù)設(shè)定的手機(jī)發(fā)送短信報(bào)警信息;
◎ 模擬量分時(shí)段報(bào)警;
◎ 用戶(hù)可以編程的量程轉(zhuǎn)換和報(bào)警上下限設(shè)定;
◎ 內(nèi)設(shè)工業(yè)時(shí)鐘，精確記時(shí);
◎ 自動(dòng)定時(shí)上報(bào)和事件觸發(fā)上報(bào)功能;
◎ 內(nèi)置大容量FLASH存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄，支持歷史數(shù)據(jù)檢索;
◎ 板載工業(yè)級(jí)GSM/GPRS通信模塊，方便用戶(hù)選擇GSM/GPRS組網(wǎng)方式;
◎ 提供用戶(hù)設(shè)置軟件，開(kāi)放式接口，方便與組太軟件及其他軟件連接;3、作用
◎ 具有電壓、電流值等直接模擬量輸入監(jiān)測(cè)土壤含水量等傳感器;
◎ 具有485數(shù)字量輸入監(jiān)測(cè)EC（電導(dǎo)率）值和pH 值的等數(shù)字傳感器;
◎ 具有開(kāi)關(guān)量輸入監(jiān)測(cè)電磁閥狀態(tài);
◎ 具有繼電器輸出遠(yuǎn)程控制電磁閥;
瑞申RS6011G在本系統(tǒng)運(yùn)用中的優(yōu)勢(shì)：
1、 中心控制室可以控制遠(yuǎn)在千里之外的閥門(mén)。
2、 每個(gè)小區(qū)內(nèi)只需使用一根電纜連接所有的閥門(mén)。大大節(jié)約成本。
3、 在電力無(wú)法到達(dá)的地方，我們可以采用太陽(yáng)能供電。
4、 也可以通過(guò)手機(jī)短信來(lái)控制閥門(mén)。
5、 各種監(jiān)測(cè)和控制信號(hào)的通訊傳輸;
6、 模擬量、開(kāi)關(guān)量高低報(bào)警;
（RS6011G產(chǎn)品拓?fù)鋱D）
第三層傳感器采集與電磁閥
每個(gè)控制單元控制著1—4 路電磁閥。通過(guò)傳感器采集來(lái)的多路數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換，信號(hào)處理，在微處理器中，根據(jù)不同植被需求，確定灌溉量，然后控制信號(hào)輸出，結(jié)合中央管理計(jì)算機(jī)的指令，控制電磁閥的開(kāi)關(guān)，即可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉。土壤濕度傳感器用來(lái)測(cè)量土壤的濕度，以了解土壤的真實(shí)灌溉情況，據(jù)此確定灌溉與否和時(shí)間長(zhǎng)短;配有EC（電導(dǎo)率）值和pH 值傳感器，可對(duì)進(jìn)出水進(jìn)行EC 值和pH 值的檢測(cè)，以便控制自動(dòng)營(yíng)養(yǎng)液的配給。
數(shù)據(jù)采集部分是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉的重要環(huán)節(jié)。土壤濕度傳感器一般是采集土壤的水吸力大小信號(hào)，也叫土壤水分傳感器。它把土壤水吸力的大小轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA 電流信號(hào)。將傳感器埋入土壤中，放在植被的根部。多個(gè)傳感器注意其安放位置應(yīng)具有代表性，這樣才能反映整塊田地的平均含水量的情況。EC 傳感器和pH 傳感器檢測(cè)灌溉用水的電導(dǎo)率和酸堿度，以確定需添加的肥料、養(yǎng)分多少。
結(jié)論：
GPRS農(nóng)業(yè)自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)將傳統(tǒng)的充分灌溉向非充分灌溉發(fā)展，對(duì)灌區(qū)用水進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，實(shí)際動(dòng)態(tài)管理。采用傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)土壤的墑情和農(nóng)作物的生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)水管理的自動(dòng)化。高效農(nóng)業(yè)和精細(xì)農(nóng)業(yè)要求我們必須提高水資源的利用率。要真正實(shí)現(xiàn)水資源的高效，僅憑單項(xiàng)節(jié)水灌溉技術(shù)是不可能解決的。必須將水源開(kāi)發(fā)、輸配水、灌水技術(shù)和降雨、蒸發(fā)、土壤墑情和農(nóng)作物需水規(guī)律等方面統(tǒng)一考慮。做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水聯(lián)合調(diào)用，實(shí)現(xiàn)按期、按需、按量自動(dòng)供水。
（轉(zhuǎn)載）
