农业灌溉智能化系统在农业生产中的应用

河北省唐山市丰南区农牧局 高国昌

农业灌溉智能化系统在农业生产中的应用

河北省唐山市丰南区农牧局 高国昌

农业灌溉智能化系统是利用计算机技术、电子信息技术和物联网遥感技术对农作物灌溉状况进行实时监测、控制和管理，实现了机井水位、农业灌溉用水量的远程和动态监测，以及数据的无线远程采集和监控。与传统的灌溉技术相比，智能遥控灌溉测控系统依托物联网信息技术为机井配置了远程智能监控设备，以高效节水信息化管理系统为平台，建立了完善的现代化农业灌溉管理服务和智能监测体系。通过4G网络互联实现数据共享、远程管理和数据实时采集，农民在家里就可以利用手机远程准确监测自家农田的土壤墒情、灌溉水量、耗电量等各项信息，极大地改善了农业生产基础条件，提高了灌溉机械和水资源的合理利用率，改善了农作物、果树等的生长条件，提高了单产和果实品质，有效地保护了生态环境，具有良好的社会效益和经济效益。

农业灌溉智能化系统主要包含智能遥控灌溉测控云终端（可连接各种传感器）、SPWT类机翼涡轮流量计、三相三线电子式电度表、智能遥控终端、云计算中心及展示中心、村级充值管理终端及APP软件等。本文重点介绍一下智能遥控灌溉测控系统建设过程中用到的智能遥控灌溉测控云终端、SPWT类机翼涡轮流量计的工作原理、技术特点及使用时的注意事项。

1 智能遥控灌溉测控云终端

1.1 技术功能

由数据采集单元、数据加密及处理单元、控制执行单元、通信单元、后备电源单元等组成，具有用水用电计量采集、管道压力采集、地下水位采集、信息存储及处理、实时监测、自动水泵及阀门控制、防盗报警、IC卡控制（一井多卡，一卡多井）、智能遥控终端控制、水泵缺相保护、水泵非法启用报警、信息交互等功能。

1.2 功能特点

灌溉刷卡取水，一卡多井、一井多卡，易操作。

内嵌宽电压稳压电路，适用于电网电压不稳的运行环境。

采用无线GPRS、CDMA网络通信传输功能，且符合《河北省地下水超采综合治理试点项目监测数据通信规约—— 机井类》的有关要求。

在无软硬件资金投入的前提下，随时可以启用和屏蔽阶梯计费功能，能够随时满足定额管理、总量控制的管理需求。

显示功能：显示屏采用液晶屏。控制器编号（固定信息），总用水量、用电量、剩余金额、瞬时流量、脉冲、报警、水位、压力等信息轮流显示。

计量功能：能精确采集和计量总用水量、用电量、瞬时流量、泵使用时间；记录单用户的剩余金额、累积用水量，并可在线动态监测水位值及管道压力值。

存储历史记录的功能：每个智能灌溉遥测遥控云终端可以存储200个用户，保存数据大于10000个，并记录相应用户最少3次的刷卡时间、刷卡次数、卡内剩余金额以及用水量、用电量等信息，同时可记录每个泵的总用水量、用电量。

断电保护功能：当设备正常工作时，突然断电，来电后泵不启动，用户则需取出剩余金额，再刷卡，泵才会启动；具有后备电源，当停电后，系统自动切换为太阳能和后备电源，达到不间断供电。

断相保护功能：在三相输入电源断相时，设备立即报警并控制水泵停泵；在三相输出电源断相或水泵运行电流严重不平衡时，设备将在8秒后控制水泵停止，避免水泵和设备因不正常运行而损坏。

自检预警功能：若报警后未处理，将每天上报一次。设备具有以下报警功能：

水泵房的箱体门非法打开报警：当箱体门被非法打开时，立即向中心发送报警信息。同时蜂鸣器蜂鸣报警30秒。若报警后未处理，将每天上报一次。

位移报警：当箱体被移动或倾斜45度以上时，向中心发送报警信息。同时蜂鸣器蜂鸣报警30秒。若报警后未处理，将每天上报一次。

电网线路断一相报警：电源线因故障或被盗断一相时，立即向中心发送报警信息，同时报警蜂鸣器报警，并持续30秒。若报警后未处理，将每天上报一次。

线路断三相报警：电源线因故障或被盗断三相时，立即向中心发送报警信息。同时报警蜂鸣器报警，并持续30秒。若报警后未处理，将每天上报一次。

终端停电：当三相380V电源停电时，立即向中心发送提示信息。

终端来电：当三相380V电源来电时，立即向中心发送提示信息。

流量计、电能表、压力变送器、阀门报警，以上传感器或阀门出现数据通讯故障或不能计量时，立即向中心发送报警信息。若报警后未处理，将每天上报一次。

余额下限报警：屏幕的金额闪烁3次，蜂鸣器一直嘀……嘀……响；余额不足时，水泵不停，直至金额为0。

灌溉水泵非法启用报警：已经被责令暂时关停的灌溉水泵被非法启用时，会立即向中心发送报警信息。若报警后未处理，将每天上报一次。

1.3 技术参数

电源电压：250～420 V交流电压下正常工作，建议配备备用电源，在外部电源停电状态下，保证监测设备和通讯设备能够正常运行3个月时间。外部电源有电状态下自动对备用电源充电，外部电源断电时备用电源能够自动切换。

消耗功率：待机状态≤5W；通信状态≤8W。

最大接触电流：≤3.5mA。

数据通讯有效距离：无限制。

有机械动作部件：MTBF≥4000小时。

无机械动作部件的电子设备：MTBF≥25000小时。

数据传输误码率：≤10-6。

输入脉冲误差：≤1%。

环境：适应温度为-40℃～80℃。

湿度：-20%～40%。

2 SPWT类机翼式涡轮流量计

SPWT类机翼式涡轮流量计采用的工作原理为当流动的液体通过管道时，冲击类机翼涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩产生旋转。在一定的流量范围内，对一定的流体介质黏度、涡轮的旋转角速度与流体流速成正比线性关系。由此，流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到，从而可以计算得到通过管道的流体流量。具有测量精度高、寿命长、现场安装无需切割管道、压力损失小、智能化程度高、下限流量低、价格低、不生锈、免维护等特点。

SPWT类机翼式涡轮流量计安装在泵首及管道的任意位置，无须特殊的运行环境。流量计与配管之间均采用法兰对夹的方式，法兰尺寸必须符合GB/T9119-88的规定。在安装时只需安装在泵首弯头与泵管的连接处，不需要特定的前后直管段。