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智能農(nóng)業(yè)無(wú)線通信解決方案
nongye 深圳市技卓芯通信技術(shù)有限公司

隨著社會(huì)的進(jìn)步和生產(chǎn)的需要,為了改進(jìn)傳統(tǒng)的灌溉方法,提高水資源的利 用率、作物的生長(zhǎng)環(huán)境質(zhì)量及降低人工成本,根據(jù)作物的環(huán)境信息準(zhǔn)確灌溉,我 公司推出一種低成本、低功耗、高效率的管理方案----- “ CWDN” ( Cellular+wireless+ Digital+Net:蜂窩式無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) )智能網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng), 該系統(tǒng)可以根據(jù)作物的土壤濕度、空氣溫度準(zhǔn)確灌溉,實(shí)現(xiàn)智能化、精確化灌溉, 減少水資源的浪費(fèi),提高經(jīng)濟(jì)效益。

智能灌溉系統(tǒng)-構(gòu)架圖 :

本系統(tǒng)采用了可以無(wú)限擴(kuò)展的開(kāi)放式設(shè)計(jì)思路,并采用先進(jìn)的“ CWDN ”蜂 窩式無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。整個(gè)系統(tǒng)最多可由 10 級(jí)路由網(wǎng)絡(luò)組成,系統(tǒng)以中心控 制室為控制中心, 再 以泵房為一個(gè)子中 心, 泵房與泵房之間 組成一個(gè)子中心為 單位的多級(jí)子中心 網(wǎng)絡(luò), 每一個(gè)片區(qū)以 泵房為子中心與條 田中的各節(jié)點(diǎn)組成 多級(jí)終端控制節(jié)點(diǎn), 節(jié)點(diǎn)由多臺(tái)控制器、 電磁閥、傳感器組成。因此本系統(tǒng)可以根據(jù)用戶(hù)的需求,方便快速地組建智能灌 溉系統(tǒng)。用戶(hù)只需增加各級(jí)子中心數(shù)量即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)限擴(kuò)容。本系統(tǒng)可 適用于小到某塊棉田的自動(dòng)灌溉,大到整個(gè)兵團(tuán)所有作物地塊,包括綠地的自動(dòng) 灌溉。并且系統(tǒng)容量越大,平均投資成本愈低,生產(chǎn)效率也越高。

本系統(tǒng)遵循了 以下設(shè)計(jì)原則:

1 、系統(tǒng)模塊化、層次化設(shè)計(jì),以提高效率,增加可維護(hù)性,便于擴(kuò)展;

2 、靈活的硬件配置,用戶(hù)可以任意升級(jí)、更換被控硬件設(shè)備,而不需要更 換軟件;

3 、人機(jī)界面友好,實(shí)現(xiàn)灌溉過(guò)程的無(wú)人值守,減少人員的工作強(qiáng)度,提高 灌溉效率;

4 、抗電磁干擾的能力強(qiáng),保證系統(tǒng)在野外強(qiáng)電磁干擾的惡劣環(huán)境下能可靠 地運(yùn)行;

5 、故障自動(dòng)檢測(cè)功能,提高系統(tǒng)的健壯性,各種設(shè)備的布局要求美觀。

智能灌溉系統(tǒng)-組成:

監(jiān)控上位機(jī)軟件: 安裝在監(jiān)控室電腦里 中心(協(xié)調(diào)器): 通過(guò) 232 總線和電腦相連,監(jiān)控上位機(jī)軟件是通過(guò) 232 總線和 首部通信。

泵房控制器:

安裝在泵房里,由市電穩(wěn)定供電。泵房控制器里的無(wú)線模塊為中功率。傳輸距離在 2000 米左右。泵房控制器一直處于工作狀態(tài),主要任務(wù)是控制泵房里的設(shè)備,中繼信號(hào),喚醒和休眠條田控制器.

條田控制器:

安裝在條田里,由電池供電,條田控制器里的無(wú)線模塊為小功率。傳輸距離在 500 米左右。條田控制器長(zhǎng)期處于休眠狀態(tài),電流小于 5uA.主要任務(wù)是控制閥門(mén)和采集傳感器的數(shù)據(jù),中繼信號(hào)。條田控制器工作之前要通過(guò)泵房發(fā)喚醒指令,條田控制器受喚醒后開(kāi)始工作。工作結(jié)束后,要泵房發(fā)休眠指令,令其馬上進(jìn)入休眠狀態(tài)。或過(guò) 20S 維持時(shí)間后主動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。條田控制器穩(wěn)態(tài)是休眠狀態(tài),暫態(tài)是工作狀態(tài)。[圖 4]

受控設(shè)備(閥門(mén))+傳感器:

安裝在條田里,受條田控制器控制。長(zhǎng)期處于斷電狀態(tài)。

智能灌溉系統(tǒng) - 通信方式系統(tǒng)上行數(shù)據(jù)與下行數(shù)據(jù)均采用“CWDN”蜂窩式無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)的無(wú)線傳輸方式進(jìn)行傳輸。上行數(shù)據(jù)包括:空氣溫度、濕度;土壤溫度、顯度;電磁閥及各控制器的工作狀態(tài)等信息。下行數(shù)據(jù)是指中央計(jì)算機(jī)向各控制單元發(fā)出的各種控制指令,包括電磁閥的開(kāi)關(guān)指令;各工作單元的狀態(tài)查詢(xún)指令以及對(duì)各控制單元的參數(shù)預(yù)設(shè)等。由于采用了先進(jìn)的無(wú)線“CWDN”網(wǎng)絡(luò),因此本系統(tǒng)能夠快速地任意規(guī)模地構(gòu)建而且不受時(shí)間、空間和其它條件的限制。無(wú)線“CWDN”網(wǎng)絡(luò)還具有誤差小、抗干擾能力強(qiáng)、成本低、便于擴(kuò)展等多種優(yōu)點(diǎn),使無(wú)線“CWDN”網(wǎng)成為智能灌溉系統(tǒng)首選的組網(wǎng)方式。

網(wǎng)絡(luò)采用二級(jí)網(wǎng)絡(luò)方式。中心(協(xié)調(diào)器)和泵房控制器之間的網(wǎng)絡(luò)是一級(jí)網(wǎng)絡(luò),也稱(chēng)泵房網(wǎng)絡(luò)。中心為一級(jí)網(wǎng)絡(luò)的中心。泵房控制器(市電供電的無(wú)線模塊節(jié)點(diǎn))和泵房所管的條田里的控制器(電池供電節(jié)點(diǎn))之間的網(wǎng)絡(luò)是二級(jí)網(wǎng)絡(luò)。也稱(chēng)條田網(wǎng)絡(luò)。


監(jiān)控上位機(jī)軟件要控制條田里閥門(mén)開(kāi)關(guān)??刂屏鞒倘缦拢?/p>

(1)監(jiān)控上位機(jī)軟件----(通過(guò)232總線)----把喚醒指令發(fā)給中心,中心解析找到目標(biāo)泵房控制器路徑,把喚醒指令和路徑打包空中協(xié)議幀發(fā)到空中。泵房網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)到中心發(fā)出的指令,然后進(jìn)行中繼,當(dāng)中繼到目標(biāo)泵房控制器時(shí),中繼過(guò)程結(jié)束。然后目標(biāo)泵房開(kāi)始喚醒本條田里的控制器。等條田控制器被喚醒后,泵房控制器結(jié)束喚醒,按原路徑返回喚醒成功指令給中心,中心解析正確后,把信號(hào)給監(jiān)控軟件。

(2)監(jiān)控軟件收到喚醒結(jié)束后,又通信232總線給中心發(fā)目標(biāo)條田控制器開(kāi)關(guān)閥門(mén)指令。中心解析后從路由表里找到目標(biāo)條田控制器的路徑,把喚醒指令和路徑打包空中協(xié)議幀發(fā)到空中。泵房網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)到中心發(fā)出的指令,然后進(jìn)行中繼,當(dāng)中繼到目標(biāo)泵房控制器時(shí)。泵房控制器把指令發(fā)到條田里,再條田網(wǎng)絡(luò)里條田控制器再次中繼,直到把指令中繼到目標(biāo)條田控制器。

(3)目標(biāo)條田控制器收到開(kāi)關(guān)閥門(mén)指令后,開(kāi)始啟動(dòng)閥門(mén)驅(qū)動(dòng)電路,驅(qū)動(dòng)控制器里的電動(dòng)機(jī),從而達(dá)到開(kāi)關(guān)閥門(mén)。

(4)目標(biāo)條田控制器開(kāi)關(guān)閥門(mén)成功后,返回成功指令,成功指令按原路徑返回給監(jiān)控軟件。

(5)監(jiān)控軟件收到正確指令后,發(fā)休眠指令給中心,中心通過(guò)泵房網(wǎng)絡(luò)把休眠指令中繼到目標(biāo)泵房上,再由目標(biāo)泵房控制器廣播休眠指令,條田控制器收到休眠指令后馬上進(jìn)入休眠。

(6)整個(gè)通信流程結(jié)束。

注:整個(gè)通信流程簡(jiǎn)流程示意:?jiǎn)拘?mdash;—訪問(wèn)數(shù)據(jù)或控制設(shè)備——休眠。無(wú)線通信技術(shù)的使用,拓寬了控制器的應(yīng)用范圍,只要有無(wú)線信號(hào)覆蓋的地區(qū),都可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無(wú)線采集與控制。實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)和控制器等多方面的互動(dòng)性,系統(tǒng)還具有自動(dòng)報(bào)警功能,控制器檢測(cè)出系統(tǒng)異常,會(huì)及時(shí)將故障相關(guān)信息上報(bào)給中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng),以便迅速地定位并排出故障。遵循方便、穩(wěn)定、可靠的原則,結(jié)合的氣候條件,本系統(tǒng)各個(gè)子中心均采用太陽(yáng)能或電力供電,各節(jié)點(diǎn)均可采用干電池或太陽(yáng)能供電方式,節(jié)點(diǎn)全程工作均采用休眠方式,4只干電池可用4~8個(gè)月。

智能灌溉系統(tǒng) - 意義

智能灌溉系統(tǒng)不僅可以提高水源利用率,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。基于傳感器技術(shù)的智能灌溉系統(tǒng)是中國(guó)發(fā)展高效農(nóng)業(yè)和精細(xì)農(nóng)業(yè)的必由之路。