無線灌溉方案

一、系統(tǒng)概述

1.1 方案背景

我國自古以來就是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)作為一個(gè)知識(shí)密集型的產(chǎn)業(yè),已經(jīng)逐漸從一個(gè)單一產(chǎn)業(yè)發(fā)展到涉及非常多方面的綜合化產(chǎn)業(yè)，大多數(shù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依靠人工經(jīng)驗(yàn)盡心管理，缺乏系統(tǒng)的科學(xué)指導(dǎo)。因規(guī)模太過龐大，效率低下和工人勞動(dòng)強(qiáng)度等問題逐漸出現(xiàn)，傳統(tǒng)工業(yè)式的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式已經(jīng)逐漸不能滿足當(dāng)前社會(huì)生活的需求。

另外中國作為農(nóng)業(yè)大國，每年農(nóng)業(yè)用水量約占總用水量的65％。但其灌溉用水的利用率僅40％。與節(jié)水先進(jìn)國家70％~80％的高利用率相比差距明顯。

灌溉是重要的農(nóng)業(yè)種植管理模式，合理的灌溉能夠幫助作物生長(zhǎng)補(bǔ)充所需水分，能夠促進(jìn)作物的健康生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)提質(zhì)的效果。不過，長(zhǎng)期以來，許多農(nóng)戶都以自身經(jīng)驗(yàn)為參考，開展的農(nóng)業(yè)灌溉十分盲目。

1.2 方案概述

系統(tǒng)通過分析自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的前端采集的土壤、氣候、植物相關(guān)數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)結(jié)果并作出灌排決策，由灌溉控制器發(fā)射無線控制信號(hào)控制電磁閥的開關(guān)和持續(xù)時(shí)間，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道壓力及流量等信息，對(duì)農(nóng)田作物進(jìn)行精準(zhǔn)水肥灌溉。

傳統(tǒng)水肥灌溉設(shè)備在田間不同區(qū)域分別灌溉控制時(shí),需要將每個(gè)電磁閥以有線方式分別連接到控制器上，這種布線方式受田間日常耕作影響大，一旦線纜破損則影響整套灌溉系統(tǒng)工作且檢查維修比較麻煩，大田布線施工及材料成本也較高。自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)將改變這一傳統(tǒng)方式，實(shí)現(xiàn)灌溉控制器和電磁閥之間的無線連接。這一創(chuàng)新能夠解決傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)有線控制的弊端，為農(nóng)業(yè)灌溉提供更加經(jīng)濟(jì)、實(shí)用和高效的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)，給農(nóng)業(yè)精細(xì)化灌溉提供完整解決方案。

1.3 無線灌溉拓?fù)鋱D

二、系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.1 方案組成

2.1.1 無線灌溉控制器

2.1.1.1 功能特點(diǎn)

■ 采用 LoRa 無線擴(kuò)頻通信技術(shù)，傳輸距離可達(dá)視距 3000m。

■ 搭配 LORA 網(wǎng)關(guān)使用，可在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)、定時(shí)等操作。

■ 提供電池供電與 10~30V 直流寬電壓范圍供電等供電方式。

■ 池供電，可實(shí)現(xiàn)每天控制 3-4 次，續(xù)航 3-4 年。

■ 外殼堅(jiān)固、防水、防盜。

2.1.1.2 技術(shù)參數(shù)

通信方式	LoRa 擴(kuò)頻通信
最遠(yuǎn)通信距離	視距 3000m
繼電器輸出（選配）	負(fù)載能力：3A 30V-DC/255V-A
脈沖輸出（選配）	±9V （持續(xù)時(shí)間：20ms/80ms）
供電（選配）	DC10-30V 或鋰亞電池供電
控制響應(yīng)時(shí)間	小于 2S
設(shè)備配置	NFC，提供中性配置軟件
防水等級(jí)	IP65

2.1.1.3 結(jié)構(gòu)圖

2.1.1.4 產(chǎn)品尺寸

2.1.2 LORA無線灌溉

2.1.2.1 LORA溫濕度采集器

2.1.2.1.1 功能特點(diǎn)

■ 高精度溫濕度采集。

■ 采用 LORA 擴(kuò)頻通信技術(shù)，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，功耗低。

■ 通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)視距 3000 米。

■ 電池可更換。通用 3.6V 鋰亞電池。

■ 連接 LORA 網(wǎng)關(guān)后可通過我司農(nóng)業(yè)四情平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

■ 可對(duì)自身的電量，信號(hào)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并通過 LORA 無線通信方式上傳。

■ IP65 防護(hù)等級(jí)，可于室外使用。

2.1.2.1.2 技術(shù)參數(shù)

供電	內(nèi)置電池（DC3.6V鋰亞電池）
續(xù)航時(shí)間	搭配我公司提供電池，5min上傳一次數(shù)據(jù)可連續(xù)使用3年
A準(zhǔn)精度	濕度		±2%RH(60%RH,25℃)
	溫度		±0.4℃（25℃）
B準(zhǔn)精度（默認(rèn)）	濕度		±3%RH(60%RH,25℃)
	溫度		±0.5℃（25℃）
變送器電路工作溫濕度	-40℃~+60℃，0%RH~80%RH
探頭工作溫度	探頭代號(hào)：-B寬溫探頭			-40℃~+120℃
	其余探頭代號(hào)			-40℃~+80℃
探頭工作濕度	0~100%RH
長(zhǎng)期穩(wěn)定性	濕度			≤1%RH/y
	溫度			≤0.1℃/y
響應(yīng)時(shí)間	探頭代號(hào)
	其他	濕度			≤8s(1m/s風(fēng)速)
		溫度			≤25s(1m/s風(fēng)速)
	-B	濕度			≤6s(1m/s風(fēng)速)
		溫度			≤18s(1m/s風(fēng)速)
輸出信號(hào)	LoRa無線信號(hào)
傳輸距離	室內(nèi)市區(qū)			可穿3-4堵混凝土墻
	室外			視距3000m

2.1.2.2 LORA溫度采集器

2.1.2.2.1 功能特點(diǎn)

■ 產(chǎn)品采用高靈敏度感溫元件，傳感器具有測(cè)量精度高，抗干擾能力強(qiáng)。

■ 采用 LORA 擴(kuò)頻通信技術(shù)，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，功耗低。

■ 通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)視距 3000 米。

■ 電池可更換。通用 3.6V 鋰亞電池。

■ 連接 LORA 網(wǎng)關(guān)后可通過我司農(nóng)業(yè)四情平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

■ 可對(duì)自身的電量，信號(hào)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并通過 LORA 無線通信方式上傳。

■ IP65 防護(hù)等級(jí)，可于室外使用。

2.1.2.2.2 技術(shù)參數(shù)

供電	內(nèi)置電池（3.6V鋰亞電池）
續(xù)航時(shí)間	19000mAh鋰亞電池，5min上傳一次數(shù)據(jù)可連續(xù)使用3年
變送器電路工作溫度	-40℃~+60℃，0%RH~80%RH
A精準(zhǔn)度	± 0.4℃（25℃）
B精準(zhǔn)度（默認(rèn)）	± 0.5℃（25℃）
探頭工作溫度	-40℃~+80℃
探頭工作濕度	0~100%RH
長(zhǎng)期穩(wěn)定性	溫度	≤ 0.1℃/y
溫度顯示分辨率	0.1℃
溫度刷新時(shí)間	1s
輸出信號(hào)	LoRa無線信號(hào)
傳輸距離	室內(nèi)市區(qū)	可穿3-4堵混凝土墻
	室外	視距3000m

2.1.2.3 LORA光照采集器

2.1.2.3.1 功能特點(diǎn)

■ 采用LORA擴(kuò)頻通信技術(shù)，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，功耗低。

■ 電池可更換。通用3.6V鋰亞電池。

■ 連接LORA網(wǎng)關(guān)后可通過我司農(nóng)業(yè)四情平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

■ 可對(duì)自身的電量，信號(hào)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并通過LORA無線通信方式上傳。

■ 采用高靈敏度的感光探頭，信號(hào)穩(wěn)定，精度高。

■ 測(cè)量范圍寬、線形度好。

■ 通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)視距3000米或穿透4堵墻。

2.1.2.3.2 技術(shù)參數(shù)

供電	內(nèi)置電池（3.6V鋰亞電池）
續(xù)航時(shí)間	搭配我司提供電池，5min上傳一次數(shù)據(jù)可連續(xù)使用3年-GZWS，5min 上傳一次數(shù)據(jù)可連續(xù)使用2年
精度	濕度	±3%RH(5%RH~95%RH,25℃)
	溫度	±0.5℃（25℃）
	光照強(qiáng)度	±7%(25℃)
光照強(qiáng)度量程	0-20萬Lux
長(zhǎng)期穩(wěn)定性	溫度		≤0.1℃/y
	溫度		≤1%/y
	光照強(qiáng)度		≤5%/y
響應(yīng)時(shí)間	溫度		≤18s(1m/s 風(fēng)速)
	濕度		≤6s(1m/s 風(fēng)速)
	光照強(qiáng)度		0.1s
輸出信號(hào)	LoRa無線擴(kuò)頻信號(hào)
精度	±7%(25℃)
	室內(nèi)市區(qū)		可穿3-4堵混凝土墻
	室外		視距3000m

2.1.2.4 LORA土壤采集器

2.1.2.4.1 功能特點(diǎn)

■ 土壤采集器采用 LORA 擴(kuò)頻通信技術(shù)，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，功耗低。

■ 采集器通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)視距 3000 米。

■ 采集器電池可更換。通用 3.6V 鋰亞電池。

■ 采集器連接網(wǎng)關(guān)后可通過我司農(nóng)業(yè)四情平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

■ 采集器可對(duì)自身的電量，信號(hào)及傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并通過 LORA 無線通信方式上傳。

■ 采集器防護(hù)等級(jí) IP65，可于室外使用。

■ 傳感器測(cè)量精度高，響應(yīng)速度快、互換性好。

■ 傳感器受土壤含鹽量影響較小，可適用于各種土質(zhì)。

■ 傳感器完全密封，耐酸堿腐蝕，可埋入土壤或直接投入水中進(jìn)行長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

2.1.2.3.2 技術(shù)參數(shù)

供電	DC 3.6V鋰亞電池
續(xù)航時(shí)間	搭配我公司提供電池，5min上傳一次數(shù)據(jù)可連續(xù)使用3年
采集器電路工作溫度	采集器電路工作溫度
采集器輸出信號(hào)	LoRa無線信號(hào)
采集器傳輸距離	室內(nèi)市區(qū)	可穿3-4堵混凝土墻
	室外	視距3000m
采集器防護(hù)等級(jí)	IP65
傳感器工作溫度	-40℃~+60℃
傳感器內(nèi)核芯片耐溫	傳感器內(nèi)核芯片耐溫
傳感器土壤水分參數(shù)	量程	0-100%
	分辨率	0.1%
	精度	0-50%內(nèi)±2%，@（棕壤，30%,25℃）； 50-100%內(nèi)±3%，@（棕壤，60%,25℃）
傳感器土壤溫度參數(shù)	量程	-40~80℃
	分辨率	分辨率：0.1℃
	精度	±0.5℃（25℃）
傳感器防護(hù)等級(jí)	IP68
傳感器探針材料	防腐特制電極
傳感器密封材料	黑色阻燃環(huán)氧樹脂
傳感器默認(rèn)線纜長(zhǎng)度	2m，線纜長(zhǎng)度可按要求定制
傳感器外形尺寸	4515123mm

2.1.2.5 LORA網(wǎng)關(guān)

2.1.2.5.1 功能特點(diǎn)

■ 直流 10~30V 寬電壓供電?，F(xiàn)場(chǎng)可采用電源適配器供電或太陽能供電系統(tǒng)供電。
■ 金屬鈑金外殼，自帶屏蔽，抗干擾能力強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。

■ 具有通信、運(yùn)行指示燈，現(xiàn)場(chǎng)可輕松判斷設(shè)備問題。

■ 采用 LORA 擴(kuò)頻通信技術(shù)，多信道通信，增強(qiáng)鏈路通訊穩(wěn)定性，增加穿透及傳輸能力。

■ 與我司 LORA 閥門控制器搭配，可實(shí)現(xiàn) 2S 內(nèi)開關(guān)閥門的控制響應(yīng)。

■ 最多可同時(shí)接我司 32 路采集（具體采集器型號(hào)可查看附錄 2）及 32 路控制。通信過程采用特有加密技術(shù)確保不被監(jiān)聽，確?？刂瓶煽浚沤^誤動(dòng)作。

■ 上傳協(xié)議開放，我司提供多款平臺(tái)供用戶選擇，用戶也可自己開發(fā)的平臺(tái)。

■ 具有遠(yuǎn)程升級(jí)功能，可現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行功能定制遠(yuǎn)程升級(jí)。

2.1.2.5.2 技術(shù)參數(shù)

參數(shù)名稱	范圍或接口	說明
通信接口	RJ45網(wǎng)口	通過網(wǎng)口方式上傳數(shù)據(jù)，僅ETH版
	4G	通過4G方式上傳數(shù)據(jù)，僅4G版
	LORA	LoRa擴(kuò)頻通信
	RS-485接口	預(yù)留接口
供電范圍	DC 10~30V	直流寬電壓供電
設(shè)備配置	NFC	可使用中性手機(jī)APP“碰一碰NFC配置”配置網(wǎng)關(guān)參數(shù)
功耗	1W

三、軟件平臺(tái)

3.1 農(nóng)業(yè)四情測(cè)報(bào)平臺(tái)

農(nóng)業(yè)四情測(cè)報(bào)平臺(tái)是集灌溉、蟲情、苗情、墑情、孢子監(jiān)測(cè)于一體的在線監(jiān)控平臺(tái)。

該平臺(tái)可以通過賬號(hào)密碼在不同終端登錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置、設(shè)備類型的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，還可以通過手機(jī)、Pad、計(jì)算機(jī)等信息終端向管理者推送實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息、歷史數(shù)據(jù)曲線查看、告警信息，方便工作人員及時(shí)維護(hù)，提高其的穩(wěn)定性和可靠性。

3.1.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

設(shè)備24小時(shí)持續(xù)工作,管理人員可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、查看數(shù)據(jù)。