基于web的远程农业灌溉信息化管理系统研究与应用.docx

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1、基于Web的远程农业灌溉信息化管理系统研究与应用王永涛I,陈玲2,张小明2,张和喜I（贵州省水利科学研究院,贵州贵阳550002）摘要：本文设计一种基于web的远程农业灌溉信息化管理系统，该系统采用组态王6.55进行组态，集远程数据采集、远程数据传输、远程监控、水泵启停及变频调速、流量自动测量于一体。综合应用传感器技术、GPRS无线通信技术、TCP/IP网络通信技术、计算机技术、嵌入式程序编制技术等，形成多通道灌溉区域信息采集、预报与决策，提供了农业灌溉远程控制及信息化管理完善的解决方案。关键词：信息化管理系统应用多种技术解决方案Aresearchandapp1icationoftheremo

2、teagricu1tura1irrigationinformationmanagementsystembasedonwebWangYong-tao1,Chen1ing2,ZhangXiao-ming2,ZhangHe-Xi1（WaterResourcesResearchInstituteofGuizhouProvince,Guizhou,550002Abstract：Inthispaper,wedesignedaremoteagricu1tura1irrigationinformationmanagementsystembasedonweb,thesystemadoptedthekingvie

3、w6.55toconfigurate,Itsetedtheremotedataacquisition,theremotedatatransmission,theremotecontro1,thewaterpumpstoporstart,thefrequencycontro1ofmotorspeedandthef1owofautomaticmeasurementinonebody.Weapp1icatedthesensortechno1ogy,theGPRSwire1esscommunicationtechno1ogy,theTCP/IPnetworkcommunicationtechno1og

4、y,thecomputertechno1ogyandtheembeddedprogrammingtechno1ogycomprehensive1y.Itformedmuchchanne1irrigationareainformationco11ection,forecastanddecision.Weprovidedremotecontro1ofagricu1tura1irrigationandtheperfectso1utionofinformationmanagement.Keywords：InformationmanagementSystemTheapp1icationofmu1tip1

5、etechiquesSo1ution1引言随着不断加快的城市化进程和经济的高速开展，工业和生活用水将会大大增加，农业面临严峻的水危机。故实行严格的水资源管理和农业灌溉过程中的信息化管理，是现代农业的重要内容，我国局部地区已初步掌握了局部主要作物的需、耗水规律，对实现按照作物需求灌溉提供了有利条件。本文构建基于互联网的整体框架体系和高度集成及智能化的农业管理系统，在农业灌溉过程中，通过对作物信息、环境信息的实时采集，并按照设定作物需水规律指导灌溉。同时在灌溉区现场控制级采用太阳能供电,具有充分利用太阳能的特点。2系统的组成系统主要由管理房控制级、远程Web页面监控级、灌溉区现场控制级、水泵房控制

6、级等组成。灌溉区现场控制级将灌溉区作物信息、环境信息通过DTU模块发送到管理级组态软件，由监控组态软件参与决策，来确定是否翻开电磁阀，实现按照作物需水要求进行灌溉。在实现灌溉的同时，还可对管道流量自动计量，可为水利人员相关计算提供数据。水泵房管理级还可对根据灌溉区高位水池的水位情况，启停水泵，并通过变频器自动调节水泵进水量。图1为系统组成框图。基金工程：贵州省科技方案课题（黔科合NY字20233063号）作者简介：王永涛（1986-）,男，陕西汉中，硕士,主要从事自动控制、信息化应用等研究工作。图1系统组成框图FigureIB1ockdiagramofthesystem2.1主要部件选型DTU

7、模块的选型DTU模块选用灵旗通无线远程测控终端GPRSRTU1Q2883,它集成了模拟信号采集、数字信号采集、继电器控制输出和无线数据通信于一体的高性能测控装置。可以直接接入标准变送器输出的模拟信号、各种电平信号、干触点、脉冲信号等，可作为工业MOdbUS-RTU协议的主站连接各种MOdbUS-RTU协议的仪表设备，是小规模过程信号实施无线测控的最正确手段。图2为DTU模块外形图。图2DT1J模块外形图Figure 2 AppearancefigureoftheDTUmodu1e2.1. 2土壤温湿度传感器的选型TDR-5土壤温湿度传感器是将土壤水分和土壤温度传感器整合于一体，方便土壤埔情，土

8、壤温度的测量研究，具有携带方便，密封性好，高精度等优点，是土壤墉情，土壤温度测量的理想选择。土壤水分采用国际先进的频域反射原理设计,土壤温度采用德国Heraeus公司进口A级ST-I-PT1o(X)精密钳电阻，传感器内置信号采样及放大、温度补偿功能，由电源模块、温度传感模块、变送模块、温度补偿模块及数据处理模块等组成。图3为土壤温湿度外形图。图3土壤温湿度外形图Figure 3 Appearancefigureofthesoi1temperatureandhumidity变频器的选型根据流体力学相似理论，在转速控制时，流量Q,扬程H,轴功率P,转速N之间的关系如下：Q1=1H1=n2 2灌溉区

9、现场控制级太阳能配置P1n22. 2.1系统典型功耗测量系统灌溉区现场控制级的用电负载有电磁阀、土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器、雨量传感器、 风速传感器、管道流量计、DTU无线模块。设计时，选取消耗能量相对较高土壤温湿度传感器和空气 温湿度传感器局部，具有代表性。其中脉冲电磁阀采用12V供电、湿度传感器全部采用12V供电，DTU无线模块采用5V供电，表Q2-2?H2n12,P2n1311j电机转速与输入频率的关系为：n=6*s)式中：n一电机转速rp/m;f频率Hz；S滑差率；P一极对数。水泵的负载性质是平方递减转矩型,有以下关系:水泵的流量Q与转速n成正比;扬程H与转速n的三次方成正比;

10、电动机的转速n与电源频率F成正比.因此改变电动机电源频率,可改变电机即水泵的转速,从而到达调节给水流量和水泵的扬程的目的.设定系统为5KW,选择GOOdriVe200变频器。它以DSP控制系统为平台，采用矢量化的V/f控制技术，并配合多种保护模式，可应用于异步电机，提供优越的驱动性能。具有准确的电机参数自学习，良好的电压、电流控制，有效减少变频器的故障和波动护次数。表2.1为变频器参数表，图4为变频器连接图。表2.1变频器参数表Tab1e2.1ParametersoftheInverter端子种类数量特点开关量输入8路最大输入频率：IkHz,兼容NPN和PNP两种类型输入高速脉冲输入1路最大输

11、入频率：50kHz,兼容NPN和PNP两种类型输入模拟量输入3路0-10V,020mA,-10V10V开关量输出1路最大输出频率：IkHz高速脉冲输出1路最大输出频率：50kHz模拟量输出2路010V,020mA继电器输出2路3A25OVAC,1A3OVDC,常开+常闭图4变频器连接示意图Figure4ConnectiondiagramoftheInverter2.2为灌溉区现场控制级的功率消耗，各器件都以最大电流消耗值为标准，综合计算：一块下位机的能量消耗约为：电流约为250MA,功率消耗为1.6W。表2.2现场控制级各器件功耗Tab1e2.2Powerconsumptionofthedev

12、iceinthefie1dcontro11eve1器件名称工作电压最大电流消耗功率消耗数量空气温湿度传感器12V30MA360MW1土壤温湿度传感器12V20MA240MW1DTU无线模块5V200MAIW12.2.2供电系统各参数计算太阳能电池板的选择1)根据本地气象条件，最长的阴雨天设定为7d,核查光照条件，7个阴雨天后一般是3个晴天。太阳能年平均日照小时数，取4.5H。2)太阳能电池板功率确实定Ps=(PHN1)/(T2)=66.37W,取70W3P太阳能用电负载，取1.6W；H一负载每天工作小时数，取24小时：NI一最长连续阴雨天数，取7天。即系统能在没有太阳的情况下持续工作7天；4一

13、平安系数。包括充放电效率，电池组件组合损失修正系数，灰尘遮挡系数等的综合系数，取0.9；T2太阳能年平均日照小时数，取4.5H。3)太阳能电池板参数单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，本钱相对较高。结合计算，本系统中选择了单晶硅70W太阳能电池板，将太阳辐射能源直接转换成直流电能，经由控制器存贮于蓄电池内储能备用，供负载使用。在标准光照(AMI.5,1000W/Itf)辐照度，25C的环境温度下，参数如表2.3所示，图5为70W太阳能电池板外形图网。表2.3太阳能电池板参数Tab1e2.3Parametersoftheso1arbatteryboard型号光合单晶70W电池元件类型单晶峰值

14、功率70Wp峰值电压17.2V峰值电流1.17A短路电流1.62A开路电压21.6V最大系统电压750V重量2.45kg尺寸(MM)300X540X30图570W太阳能电池板外形图Figure5Appearancefigureofthe70Wso1arpane1(2)蓄电池的选择根据行业通用计算太阳能蓄电池容量的公式：蓄电池容量：Bc=AQXN1DC=57.75AH,取60AH4)A平安系数，取1.11.5之间；Q负载平均耗电量，工作电流乘以日工作小时数，即Q=250MA24H=6AH:N1-最长连续阴雨天数，取7d；D一修正系数。一般工作环境在0时取1；I(TC以上时取1.1;-I(TC以下

15、时取1.2；C一蓄电池放电深度，全密闭免维护铅酸蓄电池取为0.8,碱性银镉蓄电池取为0.85。考虑到使用太阳能的特点及系统的工作重要性，采用密闭免维护铅酸蓄电池15AH,12Vo图6为60AH全封闭免维护铅酸蓄电池外形图。图660AH全密闭免维护铅酸蓄电池外形图Figure6Appearancefigureofthe60AHfu11ysea1edmaintenance-free1ead-acidbattery(3)控制器的参数CY-B1参数见表2.4,所选的控制器能够满足安要求。图7为12V5A控制器外形图。表2.412V5A太阳能充电控制器参数Tab1e2.4Parametersofthe12V5Aso1archargecontro11ertypeCY-B1workvo1tage12Vrated1oadcurrent5Arated1oadcurrent5A图712V5A控制器外形图Figure7Appearanceofthe12V5Acontro11er3组态王与GPRSRTU通讯随着移