易控組態軟件基于物聯網應用之智能農業及信息管理系統

1、背景介紹

智能農業是物聯網十二五規劃重點領域之一，大量的科技創新技術將應用在農業發展中，其中包括通信技術、自動化控制系統，等等。

通信技術是指通過各種有線、無線、長距離、短距離的通信技術的應用，實現物品與物品之間，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域最為關注的領域之一——“物聯網”。其中，無線傳感器網絡技術是物聯網的核心技術之一，它擔負著極其重要的信息傳遞、交換和傳輸的重任。無線傳感器網絡技術目前是通信、計算機和自動化等領域一個新興的研究熱點，它能夠可靠地、實時地采集覆蓋區中的各種信息并進行處理，處理后的信息可通過有線或無線方式發送給遠端數據消費系統。

自動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設備進行開、關等操作，還可以按照復雜的業務流程和業務邏輯，實現靈活的操作控制，另外，動態信息采集分析技術也是重點應用，對現場的復雜數據進行分析和管理。

在我國，農業是用水大戶，農業用水量約占總用水量的80%左右，由于農業灌溉效率普遍低下，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，解決農業灌溉用水的問題，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域。目前，農業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，不僅浪費水資源，而且在農田利用上也造成很大的浪費。采用自動化控制的滴灌技術，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供水設備運行情況。另外，通過自動化控制，可以將整個農場系統中的各種資源使用情況進行統計分析，使相關人員及時了解整個系統的相關資源信息，通過統計分析，進行合理使用，從而達到省水節能、省工省地的效果，以及發展節水農業的目的。

易控在農田智能灌溉領域的應用主要是通過無線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打開、關閉，從而達到自動節水灌溉的目的。由于傳感器網絡具有多跳路由、信息互遞、自組網絡及網絡通信時間同步等特點，使灌區面積、節點數量可以不受限制，因此可以靈活增減輪灌組。加上節點具有土壤、植物、氣象等測量采集裝置，利用通信網關的Internet功能與GPS技術結合，形成灌區動態管理信息采集分析技術，配合作物需水信息采集與精量控制灌溉技術、專家系統技術等，可構建高效、低能耗、低投入、多功能的農業節水灌溉平臺。

2、農業節水及信息管理系統

2.1系統結構

農業節水及信息管理系統一般負責的區域比較大，如一個鄉、一個縣、一個市等。這樣大的區域，對于自動化產品來說，采集能力和通信能力都不可能實現，為了將這么大的區域中的相關信息進行收集，需要將這些大的區域劃分為多個相對較小的區域，每個相對較小的區域再劃分出更小的控制單位，從而能達到一個自動化控制單元所能控制的范圍。因此，農業節水及信息管理系統一般由兩個部分組成：集中監控中心、現場監控站。各部分分工明確、協同合作，使管控一體化的功能在農業節水及信息管理中得到了充分應用。下圖為基于物聯網的農業節水灌溉系統網絡結構。

現場監控站

現場監控站作為整個農業節水及信息管理系統中的最小單元，也是整個監控系統的最底層控制系統，它負責整個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。

現場監控站一般控制和采集的設備包括：使用無線ZIGBEE協議的閥門、RTU設備、各種氣象、墑情采集傳感器等，有些先進的監控站還配置視頻采集設備，實時采集控制區域內的視頻信息。

現場監控站一般使用具有通用組態功能的組態軟件完成現場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化軟件有限公司的易控組態軟件。

集中監控中心

集中監控中心根據其所管轄區域大小，將區域內所有現場監控站的信息進行集中采集、展示、存儲、分析等。同時，通過易控組態軟件的WEB發布功能，將所采集的信息發布到INTERNET上，供相關部門查看分析。

集中監控中心通常與現場監控站之間通過移動通信技術GPRS、3G或者WIFI等無線通信方式進行連接，這種方式可以大大節省硬件成本，同時，數據的實時性也能保證。集中監控中心作為整個農業節水和信息管理系統的中心層，不直接參與現場設備的控制，而是通過對現場監控站相關數據的分析以及歷史數據的分析，形成先關的節水灌溉方案，各個現場控制站通過分析所得的方案進行相應的現場控制。