现代农业灌溉管理信息系统开发应用

随着计算机和信息技术的发展,传统农业灌溉方式也开始向农业现代化、自动化控制灌溉的方式转变,自动化控制使灌溉管理实现智能、精准操作.研制开发的现代农业灌溉管理信息系统,通过作物生长气象监测站、土壤湿度监测器、水源信息、水量信息、压力信息等采集设备,对作物生长中气象参数、土壤参数、作物参数、水源和管网参数等多种参数进行采集并处理,实现了作物的适时、精准灌溉.     

基于TCC控制模式节水自动化灌溉体系应用

为提高灌溉水利用率,实现节水灌溉自动化,利用网关将田间温湿度传感器采集的土壤含水率信息通过Zig Bee无线网络传送给控制中心,控制中心处理信息并发送指令,实现了水资源管理的远程监控管理。整个体系采用TCC控制模式下的一体化测控闸门与自动化灌溉系统相耦合并结合监控系统,利用反馈和前馈控制循环技术,精确实现一体化闸门的联合调度,做到了给作物按时、按需、按量灌溉,实现了精准化,减少了深层渗漏损失,节约了水资源。     

丘陵地区蓝莓园智能灌溉决策系统设计

针对丘陵地区蓝莓园灌溉过程中水资源浪费严重、劳动力严重短缺的问题,基于物联网技术,研究并设计了一套智能灌溉决策系统。系统包括信息采集模块、无线通信模块、智能决策模块和灌溉执行模块。信息采集模块通过布设的土壤水分传感器和小型气象站实时采集蓝莓园土壤墒情信息和环境信息（风速、降雨量、温度、湿度）;无线传输模块将信息采集模块采集到的数据实时发送到服务器端进行分析处理,并将智能决策模块的计算结果传送给灌溉执行模块;智能决策模块中,基于前期采集的历史数据使用彭曼公式和土壤水平衡公式建立灌溉决策模型,实现蒸腾量和灌溉量的计算以及实时监控与报警,该模型可根据实时获取的数据,确定是否需要灌溉及最优的灌溉量;灌溉执行模块根据接收到的灌溉信息及实际的灌溉速度计算灌溉时间,进行远程灌溉;以Visual Studio软件为平台,设计了系统上位机的监控界面,可实现土壤和环境参数的实时检测和存储、作物需水状况的分析管理以及实时预警和灌溉决策。试验结果表明,该智能灌溉决策系统可在无人干预的情况下,根据传感器采集的信息自行判断作物需水情况,当系统认为作物需要灌溉时自行驱动灌溉装置完成灌溉,从而实现蓝莓园的远程精确灌溉,节省了人力物力,有效提高了灌溉水的利用率。     

基于多传感器的精准变量施肥控制系统

为实现田间精准变量施肥,设计基于多传感器的变量施肥控制系统。该系统以STM32F103ZET6微处理器为核心,搭配GPS定位模块、作物生理信息监测模块、温湿度与光照度监测以及施肥机构监测模块,可实现水稻田间精准变量施肥作业环境参数、地理位置信息、作物生长信息以及施肥机构的执行状态实时监测,系统根据内置施肥算法,结合采集的多源传感信息,实现实时变量施肥控制。系统测试结果表明,调速测试试验最大控制误差为6.25%,开度测试试验最大控制误差为11.1%,系统的控制精度达到88%以上,性能稳定,满足精准作业的要求。     

一种电学控制特性下的变量施肥装置研究

以单片机为基础，设计一种电学控制的变量施肥控制系统装置。工作时，通过系统通信总线接收上位机指令信息和地理环境数据，单片机生成实时指令，对变量施肥装置电液比例系统执行机构进行控制，并对农田中不同位置进行变量施肥控制。系统试验表明：装置进行变量施肥过程中，能够对施肥量进行精准可靠控制，施肥作业过程具有较高的可靠性，施肥控制精度误差小于4%。     

基于ZigBee技术的棉田滴灌监测与控制系统

设计开发了基于ZigBee无线传感网络技术的棉田滴灌监测与控制系统。该系统通过无线传感网络实时采集土壤环境信息,使用自适应加权融合算法对各节点土壤湿度数据进行融合,根据融合数据发送电磁阀控制命令,完成实时监测自动灌溉;结合棉花不同生育期对需肥量和施肥浓度的要求,根据灌溉水量设置注肥比例,系统通过无线传感网络实时采集液态肥流量,实时监控施肥量,并根据施肥量发送施肥电磁阀控制命令,完成水肥一体化灌溉。工作过程中,系统可以将传感器采集的数据通过ZigBee无线网络协调器传输给上位机并实时显示和存储。通过试验验证,该系统可以按照设计要求实现灌溉和施肥的自动控制与检测。     

基于冠层温度和土壤墒情的实时监测与灌溉决策系统

设计了一个可以在线连续监测田间作物冠层温度、环境信息和土壤墒情的实时灌溉决策系统,并将其安装于农田进行了1 a实际运行和观测。系统采用太阳能供电和微处理器进行数据采集和管理,为野外的实际应用提供了保障。系统配置了红外温度、空气温/湿度、土壤水分/水势等传感器,能够及时采集田间全面的同步数据,排除了异地观测所形成的数据误差。采用悬臂式多点采集下垫面红外温度检测方法,可以快速采集更多和更高精度的数据,避免单点测量的人为误差。系统配备的快速锁紧装置,能够根据下垫面作物的生长情况进行传感器位置高度调节,使检测数据更符合田间实际情况。通过运行管理和监测数据分析可见,所监测数据能够很精细的刻画田间作物实际生长状况,可以用于灌区综合灌溉决策,实现田间精量灌溉管理和控制,为灌溉管理的精量化和智能化提供数据支持。     

基于物联网的水肥一体化系统

水肥一体化系统是智慧农业核心内容之一,该系统可实现农业灌溉节水节肥、省时省工、提质增效。水肥一体化系统主要由控制器、过滤器和文丘里吸肥器等部件,以及控制、水肥供给、混肥和检测等模块组成,系统论述了水肥一体化系统结构特点及工作原理。基于水肥电导率调节过程和水肥pH值调节过程,阐述了水肥一体化系统控制对象和策略。利用田间采集系统、灌溉控制系统、水肥一体化系统、云端服务器、传输系统和无线传感器网络,以及远程监控平台,可对前端信息进行实时监测与传输。基于水肥一体化控制系统、远程测控系统,以及滴灌、微喷灌水肥一体化系统,探讨了水肥一体化关键技术和技术应用模式。基于物联网的水肥一体化系统为现代化农业建设和智慧水利建设提供技术支撑。     

棉花膜下滴灌监控系统软件的设计

将工业自动化通用组态软件KingView和VB开发软件有机结合起来,设计棉花膜下滴灌智能决策与自动监控系统软件,并以数据库、模型库、知识库和方法库为技术核心,通过田间传感器进行数据实时采集、计算、分析与决策,由控制系统发送决策指令来控制灌溉设备开/闭,以提高灌溉的时效性。     

基于DSP和单片机的实时变量喷药系统设计

为防治玉米农田杂草危害,设计了一种基于DSP识别和单片机控制的杂草实时变量喷药系统。数字信号处理器(DSP)实时数据处理能力强,单片机控制能力强。DSP作为喷药系统上位机图像处理模块的CPU,对田间玉米杂草图像实时采集、处理,分离出杂草,生成杂草位置信息表,发送给作为系统下位机控制模块CPU的单片机;单片机通过电磁阀控制6个喷头的开闭实现精准变量喷药。田间试验表明:系统在室外田间复杂情况下可以满足实时精准喷药要求,在作业机械速度为4km/h时,喷药精确度可以达到91.4%。     

作物数字图像远程实时获取方法研究

作物图像获取方法是应用计算机视觉技术监测作物长势的首要问题。为此,对作物数字图像远程实时获取方法进行了研究。研究的作物数字图像远程实时获取系统由图像获取设备、下位机、数据传输系统、Web服务器和客户端等部分组成,包括用户管理与系统维护、数据库管理、图像获取与设备控制和数据处理与发布4个功能模块。系统利用带无线传输功能的数码相机和高清晰网络工业相机作为作物数字图像获取设备,并给出了图像获取设备的5种安装形式:移动车载、固定形式、滑动导轨、云台和综合形式;系统在图像获取设备到下位机之间采用有线或微波无线的传输方式,从下位机到Web服务器再到客户端采用Internet网络连接,通过增加带宽可以显著提高图像信息的传输速率;系统利用直接存取法建立作物图像数据库,并利用Web信息系统实现了作物图像信息的实时发布。     

设施农业精准灌溉监控系统的研究与开发

该系统是针对近年我国设施农业快速发展，但缺乏先进实用的设施农业节水技术与设备而研制开发的．通过土壤水分传感器、植物营养检测系统、精准灌水机、PLC智能控制器、计算机监控等手段，充分合理利用有效水资源，从而使设施农业灌水效率和水的利用率达到最佳。系统应用高精度传感技术、通信技术、数据库存储和处理等技术，将计量系统、灌水设备、植物生长、土壤水分与作物生长规律及需水规律有机结合在一起，使调控手段更加合理，可在线提供实时作物灌溉数据，从而提高产量节省水源，实现精准灌溉，在国内设施农业领域具有创新性。系统具有经济节能、操作容易、自动化程度高的优点，可在异地随时掌握作物灌水情况，大大方便了用户。可广泛应用于温室大棚、精细农业、草地牧场、城市绿化等领域，对节水农业的实施具有重要的现实意义。     

大型灌区渠道闸门一体化测控系统

基于自动化控制、网络通信和测量等技术,设计并研发了能够实现信息采集-处理-决策-信息反馈-监控-共享一体化的灌区闸门测控设备,并在甘肃省景电灌区进行了应用和验证.结果表明:渠道闸门一体化测控系统实现了灌区流量数据自动监测、收集和计算分析,提高了计量精度;能够对数据进行存储、查询与展示,实现了数据的共享,形成了灌区水资源管理数据库;实现了渠道流量远程自动控制与调节,提高了管理水平和管理效率;实现了智能手机远程操作,提高了办公效率.灌区闸门测控一体化测控系统的实施减少了灌区现场维护的次数,降低了设备运行成本,极大地提高了灌区水资源管理效率.研究成果可为中国大型灌区水资源科学管理提供有力的技术支撑,对闸门量水测流技术进步进行了有益的探索.     

节水灌溉监控系统设计——基于WSN和模糊控制策略

针对农田灌区范围广、数据量大和实时传输难的特点,设计了一种基于无线传感器网络的农田自动节水灌溉系统;综合运用无线传感器智能信息处理技术和无线数据通信技术,全面提升系统的自动化与监测水平。该系统采用星型拓扑结构组网,通过在监测区域部署ZigBee网络节点,将监测数据汇集到嵌入式测控系统,实现统一的数据管理和网络路由监测功能;以微处理器芯片为核心控制器件,由无线传感器网络节点实时采集和处理土壤温湿度数据,并将其发送到接收端,在接收端对数据进行存储和显示,实时监测土壤温湿变化,实现节水灌溉的自动化控制及水资源的高效利用。试验证明,该系统稳定性好,数据传输可靠性高,通过增加数据采集频率,减少了数据丢包率,使用灵活,适用于不便直接连线的一般监测场合应用。     

基于ZigBee的温室自动灌溉系统设计与实现

针对我国水资源紧缺及温室大棚节水灌溉的迫切需求,研究设计了一套基于ZigBee的温室自动灌溉系统。该系统由太阳能供电,可以现场为用户提供直观的系统管理平台来完成节点管理和数据处理功能,开发了服务器端温室信息管理系统软件,实现了Web方式下的信息实时监控和远程监控报警,并且有效简化了现场设备安装与拆移等过程,使之更适合不便直接连线的一般监控场合应用。初步试验表明:把土壤湿度提高30%所需的时间在50～60 min之内,系统的控制误差在4%以内;系统运行稳定,操作简单,准确性和快速性等指标能满足农业技术要求,具有一定的推广应用价值。系统的研制和使用可为建立大型远程智能灌溉系统提供经验和技术支持。     

阀门控制技术在农田灌溉中的应用

为了适应农田灌溉自动化、信息化的需要,本着实用、可靠的原则,设计了阀门控制电路及自动阀门的传动装置.采用双稳态触发器及施密特整形电路构成主控电路,继电器及开关电路的合理连接组成直流电动机正、反转的自停机构,由齿轮传动装置构成阀门的开启和关闭.实践证明,由电路控制和机械传动组成的自动阀门具有耐压高、寿命长、维护方便等特点,而且接口电路简单,适合各种形式驱动信号,并能够与计算机、信息传输技术相配套解决输水管道中阀门自动控制问题.     

基于物联网和云架构的渠灌闸门智能控制系统

为了实现农田明渠灌溉的精准化控制,设计了一种基于物联网和云架构的渠灌闸门远程智能控制系统,系统由一体化旋转式闸门、本地控制软件、远程终端访问系统和云端中间件组成。闸门采用旋转式阀芯结构设计,降低闸门启闭时的驱动能耗;基于ARM开发了嵌入式控制系统,实现水闸运行的本地控制和状态数据采集;集成了无线通讯模块和光伏电源系统,解决传统水闸野外安装布线繁琐和供电困难问题;通过在阿里云服务器建立数据中心,部署中间件,实现水闸远程数据传送与控制指令传达;建立了基于水位、流量双反馈的闸门开度云控模型,实现水闸群智能运行;根据旋转式闸门启闭阶段角速度变化规律,提出了水闸运行异常报警方法;开发了B/S版和APP版的远程终端访问系统,实现了灌区数据大屏、闸群远程控制和智能调度,适用于农田灌溉中小型渠道输水、配水的精准化控制。     

基于嵌入式Linux内核移植设备驱动的微喷自动装置

为了实现精准灌溉和节约用水的理念,提出了基于嵌入式Linux内核移植设备驱动的温室微喷自动装置。通过分析温室参数和作物生产信息,利用传感器网络采集温室内温、湿度等环境因子,采用微喷灌调节和控制温室内环境,为农作物生长提供最有利的条件。文中重点研究了嵌入式内核系统、传感检测网络、数据处理单元及水泵送水管道组件的微喷自动控制装置,并搭建了试验平台。试验表明:该系统能实现对温室环境实施实时监测,可通过电磁阀控制执行器进行微喷灌水,有效控制环境因子,可靠性强、稳定性高,对微喷灌溉应用于农业种植具有重要指导意义。     

基于水量平衡下的灌区用水计划编制方法综述

为了精准指导农田灌溉,合理优化渠系输配水,提高水资源的利用率、灌区的管理水平和总效益,对灌区用水计划的编制方法展开了理论研究.将用水计划的编制过程概括为实时灌溉预报和渠系配水两部分,分别进行归纳整理和分析.在对国内灌区用水计划的编制方式进行了解的基础上,着重介绍了利用土壤水分平衡方程进行实时灌溉预报的方法,总结各参数预测值和计算修正值的获取方法,分析对比各方法的适用范围,提炼普遍灌区实时灌溉预报中适用的方法.为了优化田间渠系配水次序和配水量,以保证作物得到及时有效灌溉,归纳总结了国内灌区常用的渠系配水模型,论述了常见的目标函数及相关约束的选取原则,并指出其局限性和可能的发展趋势.研究结果可为各灌区进行实时灌溉预报和建立优化配水模型提供借鉴与参考.