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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 農(nóng)田自動(dòng)化微灌系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 生命科學(xué)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 農(nóng)田自動(dòng)化微灌系統(tǒng)使用免費(fèi)無(wú)線(xiàn)電頻段傳送濕度數(shù)據(jù)；針對(duì)面積廣闊的農(nóng)田，采用正三角形網(wǎng)絡(luò)部署并逐級(jí)傳送的方式；通過(guò)遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，由土壤濕度變化曲線(xiàn)確定哪塊土壤需要灌溉，進(jìn)而控制電磁閥，及時(shí)對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉；農(nóng)田信息化管理，利用GSM模塊發(fā)送SMS，及時(shí)將農(nóng)田土壤濕度信息反饋給用戶(hù)等等。
- 詳細(xì)介紹：
- 傳統(tǒng)意義上的大水漫灌在節(jié)約成本以及對(duì)土壤的營(yíng)養(yǎng)保留上，存在明顯的缺陷，為解決水資源的日益緊缺與灌溉浪費(fèi)的現(xiàn)象，我們提出了自動(dòng)化微灌方案，控制過(guò)程如下。 利用濕度傳感器來(lái)檢測(cè)土壤含水量數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式傳送給集中控制器，集中控制器將收到的數(shù)據(jù)信息通過(guò)RS485總線(xiàn)傳送給遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)控制中心，遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)控制中心設(shè)定了土壤濕度的范圍，通過(guò)分析、處理濕度計(jì)傳來(lái)的信息，將最終的指令回送給集中控制器，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式將需要進(jìn)行灌溉的土地所對(duì)應(yīng)電磁閥的閥門(mén)打開(kāi)進(jìn)行微灌，遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)控制中心負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)土壤濕度，直至達(dá)到符合農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的濕度。 本設(shè)計(jì)的獨(dú)特之處在于：使用免費(fèi)無(wú)線(xiàn)電頻段傳送濕度數(shù)據(jù)；針對(duì)面積廣闊的農(nóng)田，采用正三角形網(wǎng)絡(luò)部署并逐級(jí)傳送的方式；通過(guò)遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，由土壤濕度變化曲線(xiàn)確定哪塊土壤需要灌溉，進(jìn)而控制電磁閥，及時(shí)對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉；農(nóng)田信息化管理，利用GSM模塊發(fā)送SMS，及時(shí)將農(nóng)田土壤濕度信息反饋給用戶(hù)等等。 該設(shè)計(jì)倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略政策，運(yùn)用科學(xué)技術(shù)，改善當(dāng)?shù)毓喔壤速M(fèi)人力、物力、財(cái)力的情況，加大微灌技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展，具有切實(shí)可行的意義。
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本設(shè)計(jì)基于農(nóng)業(yè)微灌系統(tǒng)的實(shí)際需求，通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉需求的實(shí)際分析，設(shè)計(jì)了一套分布式農(nóng)田微灌自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的方案。該系統(tǒng)主要由以下三個(gè)模塊組成： 1.數(shù)據(jù)發(fā)送模塊：濕度計(jì)將檢測(cè)到的濕度信息利用正三角形無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)逐級(jí)傳送到集中控制器，再通過(guò)RS485總線(xiàn)傳到遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)控制中心。三個(gè)部分相互配合完成采控工作。 2.微灌模塊：合理鋪設(shè)管道，節(jié)約水源，在主干管和支干管上放置電磁閥并且電磁閥上裝有無(wú)線(xiàn)模塊，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信的方式來(lái)控制電磁閥，進(jìn)行農(nóng)田微灌，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。 3.通信模塊：采用有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)相結(jié)合的通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并使用GSM進(jìn)行短消息的發(fā)送與接收，方便用戶(hù)隨時(shí)查看信息并進(jìn)行控制。兩種通信相結(jié)合完成數(shù)據(jù)的傳輸。 在系統(tǒng)中主要涉及的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是： 1.濕度數(shù)據(jù)使用免費(fèi)無(wú)線(xiàn)電頻段傳送，針對(duì)面積廣闊的農(nóng)田，采用正三角形網(wǎng)絡(luò)部署并逐級(jí)傳送的方式。本設(shè)計(jì)完成了將濕度數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)控制中心的任務(wù)。 2.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和土壤濕度的分析，在遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)控制中心查看土壤濕度變化曲線(xiàn)并確定哪塊土壤需要灌溉，來(lái)控制電磁閥及時(shí)對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與控制電磁閥的工作。 3.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為農(nóng)田信息化管理提供一個(gè)良好的平臺(tái)和技術(shù)支持。通過(guò)GSM發(fā)送SMS，及時(shí)將農(nóng)田土壤濕度信息反饋給用戶(hù)。本設(shè)計(jì)完成了用戶(hù)控制與查看土壤濕度的工作。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 首先，在本設(shè)計(jì)中，一個(gè)突出的技術(shù)亮點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)田微灌的自動(dòng)控制，節(jié)省了大量人力。我國(guó)現(xiàn)雖已應(yīng)用微灌技術(shù)但系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低，大部分微灌技術(shù)還停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉自控系統(tǒng)，也只是從國(guó)外引進(jìn)，成本投資相當(dāng)大。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中我們自己動(dòng)手制作相關(guān)元器件，并且對(duì)元件選型做了全面的分析，通過(guò)比較均選用性?xún)r(jià)比最高的元器件，將成本降為最低。 其次，將天氣預(yù)報(bào)信息應(yīng)用到系統(tǒng)中，全面考慮灌溉的實(shí)際操作性，使系統(tǒng)在雨季即使干旱也暫時(shí)不進(jìn)行灌溉，使系統(tǒng)更加合理化、人性化。 第三大亮點(diǎn)，在濕度傳感器的選型上考慮的十分全面，針對(duì)不同地區(qū)的土壤特點(diǎn)分析了應(yīng)怎樣去選擇濕度傳感器，為系統(tǒng)應(yīng)用范圍進(jìn)行了更廣的擴(kuò)展。 最后，我們將短消息數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后存入WebGIS農(nóng)田信息數(shù)據(jù)庫(kù)，為進(jìn)一步的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用管理設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)圖表，通過(guò)微灌控制軟件可以查看任意時(shí)刻各個(gè)農(nóng)田的濕度變化曲線(xiàn)圖并及時(shí)對(duì)作物進(jìn)行灌溉。使設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并完成控制電磁閥門(mén)的工作。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物，現(xiàn)場(chǎng)演示和圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本方案的設(shè)計(jì)從實(shí)際入手，通過(guò)實(shí)際需求組織技術(shù)，整合功能，具有很強(qiáng)的針對(duì)性。同時(shí)這個(gè)自動(dòng)微灌系統(tǒng)是我校正在做的一個(gè)項(xiàng)目，我們與天津春源龍潤(rùn)微灌技術(shù)有限公司一同合作，完成整個(gè)微灌的自動(dòng)控制。在征求了農(nóng)田主人的意見(jiàn)之后制作了本套方案，使設(shè)計(jì)更具有實(shí)際意義。本設(shè)計(jì)成本合理，功能全面，盡可能使操作簡(jiǎn)便。接下來(lái)我們會(huì)繼續(xù)努力，使本系統(tǒng)從實(shí)驗(yàn)室階段走向中試階段，繼而達(dá)到生產(chǎn)階段。 微灌技術(shù)的發(fā)展符合中央的、國(guó)家的宏觀(guān)經(jīng)濟(jì)、宏觀(guān)決策、政治穩(wěn)定，是促進(jìn)區(qū)域農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，增加農(nóng)民收入、加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐的重大技術(shù)之一。而完成自動(dòng)微灌更是我們國(guó)家解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，并且達(dá)到節(jié)能減排目的的趨勢(shì)。 我們相信這一設(shè)計(jì)的最終應(yīng)用一定可以滿(mǎn)足一部分機(jī)構(gòu)的自動(dòng)微灌要求，得到可觀(guān)的效益。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 20世紀(jì)90年代以來(lái)，微灌技術(shù)在世界各國(guó)得到飛速發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家由于較早的重視節(jié)水灌溉技術(shù)，節(jié)水灌溉生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品的生產(chǎn)研究處于世界領(lǐng)先水平。在以色列，已經(jīng)出現(xiàn)了在家里利用電腦對(duì)灌溉過(guò)程進(jìn)行全部控制(無(wú)線(xiàn)、有線(xiàn))的農(nóng)場(chǎng)主。 而國(guó)內(nèi)由于微灌技術(shù)起步較晚，我國(guó)微灌技術(shù)還處于初步發(fā)展階段，系統(tǒng)的成套性還較差，主要部件品種較少，質(zhì)量不穩(wěn)定，自動(dòng)化程度較低，大部分微灌檢測(cè)技術(shù)還停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉自控系統(tǒng)，也只是從國(guó)外引進(jìn)或者小規(guī)模的局部控制，目前開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化灌溉控制器還處在研制、試用階段。其主要原因：一是一次投資太大，對(duì)采用綜合技術(shù)發(fā)揮整體效益重視不夠；二是系統(tǒng)的用戶(hù)是農(nóng)民，對(duì)于應(yīng)用操作盡可能簡(jiǎn)單。因此本設(shè)計(jì)主要針對(duì)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況設(shè)計(jì)出一套分布式農(nóng)田灌溉系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)方案中，以單片機(jī)控制為核心，研發(fā)出一套能適用于多種農(nóng)作物的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了節(jié)水灌溉的自動(dòng)化控制，有助于改善農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率和灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化的水平普遍較低的現(xiàn)狀。 設(shè)計(jì)者在整個(gè)系統(tǒng)中采用濕度傳感器、無(wú)線(xiàn)模塊與單片機(jī)相結(jié)合的濕度計(jì)，將土壤信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信逐級(jí)傳至集中控制器，再通過(guò)RS485總線(xiàn)傳送到計(jì)算機(jī)控制中心，由遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)控制中心將分析后的信息反饋給集中控制器，其中微灌模塊由單片機(jī)、無(wú)線(xiàn)模塊與電磁閥共同構(gòu)成，可以通過(guò)繼電器控制閥門(mén)的打開(kāi)與關(guān)閉實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)灌溉。 本設(shè)計(jì)方案中提出其他一些有創(chuàng)意的想法譬如當(dāng)PC機(jī)分析到有某一處農(nóng)田干旱時(shí)，還可以通過(guò)GSM發(fā)送SMS將土壤信息發(fā)送給未在電腦面前的控制人員，由主人回復(fù)信息來(lái)操控微灌系統(tǒng)。通過(guò)GSM給農(nóng)民手機(jī)發(fā)送短消息，這也是更人性化管理的一種創(chuàng)新。其次，將天氣預(yù)報(bào)信息應(yīng)用到微灌系統(tǒng)中，全面考慮灌溉的實(shí)際操作性，使系統(tǒng)在雨季即使干旱也暫時(shí)不進(jìn)行灌溉，使系統(tǒng)更加合理化、人性化。土壤濕度數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后可以存入WebGIS農(nóng)田信息數(shù)據(jù)庫(kù)，為進(jìn)一步的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用管理設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備，通過(guò)微灌控制軟件可以查看各個(gè)農(nóng)田的濕度變化曲線(xiàn)圖，及時(shí)對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉。
