基本信息
- 项目名称：
- 农田自动化微灌系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 农田自动化微灌系统使用免费无线电频段传送湿度数据；针对面积广阔的农田，采用正三角形网络部署并逐级传送的方式；通过远端计算机控制中心进行数据统计和分析，由土壤湿度变化曲线确定哪块土壤需要灌溉，进而控制电磁阀，及时对农田进行灌溉；农田信息化管理，利用GSM模块发送SMS，及时将农田土壤湿度信息反馈给用户等等。
- 详细介绍：
- 传统意义上的大水漫灌在节约成本以及对土壤的营养保留上，存在明显的缺陷，为解决水资源的日益紧缺与灌溉浪费的现象，我们提出了自动化微灌方案，控制过程如下。 利用湿度传感器来检测土壤含水量数据，通过无线通信方式传送给集中控制器，集中控制器将收到的数据信息通过RS485总线传送给远端计算机控制中心，远端计算机控制中心设定了土壤湿度的范围，通过分析、处理湿度计传来的信息，将最终的指令回送给集中控制器，通过无线通信方式将需要进行灌溉的土地所对应电磁阀的阀门打开进行微灌，远端计算机控制中心负责监测土壤湿度，直至达到符合农作物生长所需的湿度。 本设计的独特之处在于：使用免费无线电频段传送湿度数据；针对面积广阔的农田，采用正三角形网络部署并逐级传送的方式；通过远端计算机控制中心进行数据统计和分析，由土壤湿度变化曲线确定哪块土壤需要灌溉，进而控制电磁阀，及时对农田进行灌溉；农田信息化管理，利用GSM模块发送SMS，及时将农田土壤湿度信息反馈给用户等等。 该设计倡导可持续发展的战略政策，运用科学技术，改善当地灌溉浪费人力、物力、财力的情况，加大微灌技术在农业中的应用，促进农业的大力发展，具有切实可行的意义。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本设计基于农业微灌系统的实际需求，通过对农业灌溉需求的实际分析，设计了一套分布式农田微灌自动监控系统的方案。该系统主要由以下三个模块组成： 1.数据发送模块：湿度计将检测到的湿度信息利用正三角形无线网络逐级传送到集中控制器，再通过RS485总线传到远端计算机控制中心。三个部分相互配合完成采控工作。 2.微灌模块：合理铺设管道，节约水源，在主干管和支干管上放置电磁阀并且电磁阀上装有无线模块，通过无线通信的方式来控制电磁阀，进行农田微灌，实现全自动控制。 3.通信模块：采用有线与无线相结合的通信方式进行数据传输，并使用GSM进行短消息的发送与接收，方便用户随时查看信息并进行控制。两种通信相结合完成数据的传输。 在系统中主要涉及的技术关键点是： 1.湿度数据使用免费无线电频段传送，针对面积广阔的农田，采用正三角形网络部署并逐级传送的方式。本设计完成了将湿度数据传送到远端计算机控制中心的任务。 2.数据统计和土壤湿度的分析，在远端计算机控制中心查看土壤湿度变化曲线并确定哪块土壤需要灌溉，来控制电磁阀及时对农田进行灌溉。本设计实现了数据统计与控制电磁阀的工作。 3.网络技术为农田信息化管理提供一个良好的平台和技术支持。通过GSM发送SMS，及时将农田土壤湿度信息反馈给用户。本设计完成了用户控制与查看土壤湿度的工作。
科学性、先进性
- 首先，在本设计中，一个突出的技术亮点是实现农田微灌的自动控制，节省了大量人力。我国现虽已应用微灌技术但系统自动化程度较低，大部分微灌技术还停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉自控系统，也只是从国外引进，成本投资相当大。在本设计当中我们自己动手制作相关元器件，并且对元件选型做了全面的分析，通过比较均选用性价比最高的元器件，将成本降为最低。 其次，将天气预报信息应用到系统中，全面考虑灌溉的实际操作性，使系统在雨季即使干旱也暂时不进行灌溉，使系统更加合理化、人性化。 第三大亮点，在湿度传感器的选型上考虑的十分全面，针对不同地区的土壤特点分析了应怎样去选择湿度传感器，为系统应用范围进行了更广的扩展。 最后，我们将短消息数据经转换后存入WebGIS农田信息数据库，为进一步的网络应用管理设计做准备动态数据的统计图表，通过微灌控制软件可以查看任意时刻各个农田的湿度变化曲线图并及时对作物进行灌溉。使设计实现了数据统计并完成控制电磁阀门的工作。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物，现场演示和图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本方案的设计从实际入手，通过实际需求组织技术，整合功能，具有很强的针对性。同时这个自动微灌系统是我校正在做的一个项目，我们与天津春源龙润微灌技术有限公司一同合作，完成整个微灌的自动控制。在征求了农田主人的意见之后制作了本套方案，使设计更具有实际意义。本设计成本合理，功能全面，尽可能使操作简便。接下来我们会继续努力，使本系统从实验室阶段走向中试阶段，继而达到生产阶段。 微灌技术的发展符合中央的、国家的宏观经济、宏观决策、政治稳定，是促进区域农村经济发展，增加农民收入、加快农业现代化步伐的重大技术之一。而完成自动微灌更是我们国家解决农业生产自动化，并且达到节能减排目的的趋势。 我们相信这一设计的最终应用一定可以满足一部分机构的自动微灌要求，得到可观的效益。
同类课题研究水平概述
- 20世纪90年代以来，微灌技术在世界各国得到飞速发展，发达国家由于较早的重视节水灌溉技术，节水灌溉生产设备及产品的生产研究处于世界领先水平。在以色列，已经出现了在家里利用电脑对灌溉过程进行全部控制(无线、有线)的农场主。 而国内由于微灌技术起步较晚，我国微灌技术还处于初步发展阶段，系统的成套性还较差，主要部件品种较少，质量不稳定，自动化程度较低，大部分微灌检测技术还停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉自控系统，也只是从国外引进或者小规模的局部控制，目前开发的自动化灌溉控制器还处在研制、试用阶段。其主要原因：一是一次投资太大，对采用综合技术发挥整体效益重视不够；二是系统的用户是农民，对于应用操作尽可能简单。因此本设计主要针对国内实际情况设计出一套分布式农田灌溉系统。 本设计方案中，以单片机控制为核心，研发出一套能适用于多种农作物的自动灌溉控制系统，系统实现了节水灌溉的自动化控制，有助于改善农业灌溉用水的利用率和灌溉系统自动化的水平普遍较低的现状。 设计者在整个系统中采用湿度传感器、无线模块与单片机相结合的湿度计，将土壤信息通过无线通信逐级传至集中控制器，再通过RS485总线传送到计算机控制中心，由远端计算机控制中心将分析后的信息反馈给集中控制器，其中微灌模块由单片机、无线模块与电磁阀共同构成，可以通过继电器控制阀门的打开与关闭实现全自动灌溉。 本设计方案中提出其他一些有创意的想法譬如当PC机分析到有某一处农田干旱时，还可以通过GSM发送SMS将土壤信息发送给未在电脑面前的控制人员，由主人回复信息来操控微灌系统。通过GSM给农民手机发送短消息，这也是更人性化管理的一种创新。其次，将天气预报信息应用到微灌系统中，全面考虑灌溉的实际操作性，使系统在雨季即使干旱也暂时不进行灌溉，使系统更加合理化、人性化。土壤湿度数据经转换后可以存入WebGIS农田信息数据库，为进一步的网络应用管理设计做准备，通过微灌控制软件可以查看各个农田的湿度变化曲线图，及时对农田进行灌溉。
