GPRS节水灌溉自动化系统方案

　　概述：　 

　　水是一切生命过程中不可替代的基本要素，水资源是国民经济和社会发展的重要基础资源。我国是世界上13个贫水国之一，人均水资源占有量2300立方米，只有世界人均水平的1/4，居世界第109位。而且时空分布很不均匀，南多北少，东多西少；夏秋多，冬春少；占国土面积50％以上的华北、西北、东北地区的水资源量仅占全国总量的20％左右。近年来，随着人口增加、经济发展和城市化水平的提高，水资源供需矛盾日益尖锐，农业干旱缺水和水资源短缺已成为我国经济和社会发展的重要制约因素，而且加剧了生态环境的恶化。
　　按现状用水量统计，全国中等干旱年缺水358亿立方米，其中农业灌溉缺水300亿立方米。20世纪90年代以来，我国农业年均受旱面积达2000万公顷以上，全国660多个城市中有一半以上发生水危机，北方河流断流的问题日益突出，缺水已从北方蔓延到南方的许多地区。由于地表水资源不足导致地下水超采，全国区域性地下水降落漏斗面积已达8.2万平方公里。
　　发达国家的农业用水比重一般为总用水量的50％左右。目前，我国农业用水比重已从1980年的88％下降到目前的70％左右，今后还会继续下降，农业干旱缺水的局面不可逆转。北方地区水资源开发利用程度已经很高，开源的潜力不大。南方还有一些开发潜力，但主要集中在西南地区。
　　我国农业灌溉用水量大，灌溉效率低下和用水浪费的问题普遍存在。目前全国灌溉水利用率约为43％，单方水粮食生产率只有10公斤左右，大大低于发达国家灌溉水利用率70-80%、单方水粮食生产率2.0公斤以上的水平。通过采用现代节水灌溉技术改造传统灌溉农业，实现适时适量的“精细灌溉”，具有重要的现实意义和深远的历史意义。在灌溉系统合理地推广自动化控制，不仅可以提高资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。 

　　自动灌溉监控系统有如下优点： 

　　1、将充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益。
　　2、通过自动控制技术的应用，更加节水节能，降低灌溉成本，提高灌溉质量。
　　3、将使灌溉更加科学，方便、提高管理水平。
　　研制和推广节水灌溉控制新技术是实现农业现代化的需要。

　　GPRS农业自动化灌溉系统： 

　　GPRS农业自动化灌溉系统主要由中心主控系统（主计算机）、GPRS采集控制终端、电磁阀、田间湿度传感器（可测土壤湿度绝对值）、气象观测站（可测量气温、风向、风速）等设备所组成。操作人员可坐在控制室里，对传上来的气象资料、田间土壤湿度等数据进行综合分析，利用自动方式，足不出户的对整个小区进行灌溉。同时还可以利用数据查询系统和打印系统，随时记录、查询、打印整个灌溉小区的气象资料、土壤湿度、灌溉设置、灌溉进程、灌水历史记录等数据。
　　GPRS农业自动化灌溉系统网络结构分为三层，第一层为控制中心由电脑和以太网组成；第二层为GPRS 无线采集控制器（RS6011G GPRS RTU），该层和第一层之间无需电缆连接；第三层为传感器采集与电磁阀，所有的传感器与电磁阀和GPRS 无线采集控制器只需要用一根电缆连接。下面详细介绍一下本方案。
　　首先我们可以将需要灌溉的区域分成若干个小区，划分的原则为阀门相对集中。每个小区内采用一个GPRS无线采集控制器GPRS RTU，通过它与中心控制室通讯；GPRS无线采集控制器再与电磁阀、土壤传感器等连接该套设备只需要很少的电力，可以使用太阳能来供电。这个小区的控制系统无需任何电缆与中心控制室连接。系统总体结构框图如图所示。 

　　（系统拓扑图）

　　第一层控制中心： 

　　中心采用通过GPRS/GSM 网路把室外传感器数据发送到中心计算机，在这里进行灌溉参数设置，及对灌溉情况进行统计，并可通过专用软件在计算机上存储，显示数据和图表。同时可以人工进行特殊操作。通过互联网获取天气信息，有预见性地实施灌溉。
　　建立GPRS中心连接的两种方式：
　　a、中心控制站服务器采用固定IP地址，当监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求（适用监控点数在200个左右的）。
　　b、中心监控站服务器采用动态IP地址（可以申请花生壳软件采用域名的方式），当监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求（适合监控点数在几十个左右的）。

　　第二层GPRS 无线采集控制器： 

　　1、瑞申RS6011G产品简介：
　　集成采集、无线数据传输、远程控制于一体，将现场传感器的模拟量、开关量、继电器信号通过GPRS无线网络远传至监控中心，实现了由现场采集直达监控中心的一套完整解决方案。可以直接通过各类通用型工业组态软件与远端现场传感器进行数据交流，无须定制驱动。