易控組態(tài)軟件基于物聯(lián)網(wǎng)應用之智能農業(yè)及信息管理系統

1、背景介紹

智能農業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)十二五規劃重點(diǎn)領(lǐng)域之一，大量的科技創(chuàng )新技術(shù)將應用在農業(yè)發(fā)展中，其中包括通信技術(shù)、自動(dòng)化控制系統，等等。

通信技術(shù)是指通過(guò)各種有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)、長(cháng)距離、短距離的通信技術(shù)的應用，實(shí)現物品與物品之間，機器與機器之間，機器與人之間的信息與數據的交換，這就形成了當今科技領(lǐng)域最為關(guān)注的領(lǐng)域之一——“物聯(lián)網(wǎng)”。其中，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，它擔負著(zhù)極其重要的信息傳遞、交換和傳輸的重任。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)目前是通信、計算機和自動(dòng)化等領(lǐng)域一個(gè)新興的研究熱點(diǎn)，它能夠可靠地、實(shí)時(shí)地采集覆蓋區中的各種信息并進(jìn)行處理，處理后的信息可通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送給遠端數據消費系統。

自動(dòng)化控制系統可以在設定的條件下與遠端接收器通信，按照系統預先設定的程序對現場(chǎng)設備進(jìn)行開(kāi)、關(guān)等操作，還可以按照復雜的業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)邏輯，實(shí)現靈活的操作控制，另外，動(dòng)態(tài)信息采集分析技術(shù)也是重點(diǎn)應用，對現場(chǎng)的復雜數據進(jìn)行分析和管理。

在我國，農業(yè)是用水大戶(hù)，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(wèn)題，對于緩解水資源的緊缺是非常重要的，也是節水潛力最大的領(lǐng)域。目前，農業(yè)節水灌溉的困難在于農田分布范圍廣泛，各種農作物的用水需求也不相同。使用大面積的溝渠灌溉技術(shù)，不僅浪費水資源，而且在農田利用上也造成很大的浪費。采用自動(dòng)化控制的滴灌技術(shù)，可以根據各種農作物對水量的要求，以及土壤的水情合理配置各個(gè)供水設備運行情況。另外，通過(guò)自動(dòng)化控制，可以將整個(gè)農場(chǎng)系統中的各種資源使用情況進(jìn)行統計分析，使相關(guān)人員及時(shí)了解整個(gè)系統的相關(guān)資源信息，通過(guò)統計分析，進(jìn)行合理使用，從而達到省水節能、省工省地的效果，以及發(fā)展節水農業(yè)的目的。

易控在農田智能灌溉領(lǐng)域的應用主要是通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器感應土壤的水分，并在設定條件下與接收器通信，控制灌溉系統的閥門(mén)打開(kāi)、關(guān)閉，從而達到自動(dòng)節水灌溉的目的。由于傳感器網(wǎng)絡(luò )具有多跳路由、信息互遞、自組網(wǎng)絡(luò )及網(wǎng)絡(luò )通信時(shí)間同步等特點(diǎn)，使灌區面積、節點(diǎn)數量可以不受限制，因此可以靈活增減輪灌組。加上節點(diǎn)具有土壤、植物、氣象等測量采集裝置，利用通信網(wǎng)關(guān)的Internet功能與GPS技術(shù)結合，形成灌區動(dòng)態(tài)管理信息采集分析技術(shù)，配合作物需水信息采集與精量控制灌溉技術(shù)、專(zhuān)家系統技術(shù)等，可構建高效、低能耗、低投入、多功能的農業(yè)節水灌溉平臺。

2、農業(yè)節水及信息管理系統

2.1系統結構

農業(yè)節水及信息管理系統一般負責的區域比較大，如一個(gè)鄉、一個(gè)縣、一個(gè)市等。這樣大的區域，對于自動(dòng)化產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，采集能力和通信能力都不可能實(shí)現，為了將這么大的區域中的相關(guān)信息進(jìn)行收集，需要將這些大的區域劃分為多個(gè)相對較小的區域，每個(gè)相對較小的區域再劃分出更小的控制單位，從而能達到一個(gè)自動(dòng)化控制單元所能控制的范圍。因此，農業(yè)節水及信息管理系統一般由兩個(gè)部分組成：集中監控中心、現場(chǎng)監控站。各部分分工明確、協(xié)同合作，使管控一體化的功能在農業(yè)節水及信息管理中得到了充分應用。下圖為基于物聯(lián)網(wǎng)的農業(yè)節水灌溉系統網(wǎng)絡(luò )結構。

現場(chǎng)監控站

現場(chǎng)監控站作為整個(gè)農業(yè)節水及信息管理系統中的最小單元，也是整個(gè)監控系統的最底層控制系統，它負責整個(gè)系統的數據采集以及將采集到的數據傳送到上層集中監控中心的任務(wù)。

現場(chǎng)監控站一般控制和采集的設備包括：使用無(wú)線(xiàn)ZIGBEE協(xié)議的閥門(mén)、RTU設備、各種氣象、墑情采集傳感器等，有些先進(jìn)的監控站還配置視頻采集設備，實(shí)時(shí)采集控制區域內的視頻信息。

現場(chǎng)監控站一般使用具有通用組態(tài)功能的組態(tài)軟件完成現場(chǎng)各種設備的數據的集成，以及數據的傳輸功能。本系統中，使用北京九思易自動(dòng)化軟件有限公司的易控組態(tài)軟件。

集中監控中心

集中監控中心根據其所管轄區域大小，將區域內所有現場(chǎng)監控站的信息進(jìn)行集中采集、展示、存儲、分析等。同時(shí)，通過(guò)易控組態(tài)軟件的WEB發(fā)布功能，將所采集的信息發(fā)布到INTERNET上，供相關(guān)部門(mén)查看分析。

集中監控中心通常與現場(chǎng)監控站之間通過(guò)移動(dòng)通信技術(shù)GPRS、3G或者WIFI等無(wú)線(xiàn)通信方式進(jìn)行連接，這種方式可以大大節省硬件成本，同時(shí)，數據的實(shí)時(shí)性也能保證。集中監控中心作為整個(gè)農業(yè)節水和信息管理系統的中心層，不直接參與現場(chǎng)設備的控制，而是通過(guò)對現場(chǎng)監控站相關(guān)數據的分析以及歷史數據的分析，形成先關(guān)的節水灌溉方案，各個(gè)現場(chǎng)控制站通過(guò)分析所得的方案進(jìn)行相應的現場(chǎng)控制。