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摘 要：喷灌机智能监控系统由环境监测传感设备、数据传输处理网络以及终端智能控制平台组成。本文阐述了喷灌机智能监控系统的设计与研究。该系统以控制芯片为核心，对现场设备的运行状态进行数据采集，将采集到的数据通过通信模块传递到数据传输处理网络，数据传输处理网络会将相关数据整合分析，将有效的数据发送给客户端，这样相应客户端与服务器建立连接，通过调取数据对设备运行状态进行实时显示，并通过终端智能控制平台采取相应措施解决问题。
关键词：数据采集；远程通信；智能控制
中图分类号：TP273 文献标志码：A
引 言
随着全球淡水资源的日益减少，世界上农业发达国家着眼于以喷灌、滴灌设备为主的节水灌溉技术[1]。随着该设备的自动化、普遍化和通用化，在设备运行过程中，对运行状态监测进行实时监测、控制及增加报警系统的需求显得愈加强烈。
喷灌机是一种自动化程度很高的大型喷灌机具。启动后，当操作人员离开现场时，要求它能安全运行。因此，喷灌机的电控系统必须安全可靠，并且能够对现场进行实时监控，并提供多种控制方式。当有任何采集的数据超过参数范围时，要求检测中心给出故障报警画面，发出报警信号。
本文以大型喷灌机（见图1）为依托，针对其运行过程中实现设备自动化、智能化和经济化的问题，设计了喷灌机智能监控系统。
1 总体设计
图2 喷灌机智能监控系统架构图
本文中的喷灌机智能监控系统就是主要用于对喷灌机运行状态的监测、显示、操控。该系统主要由传感设备、无线传输网络、喷灌机终端控制器以及监控中心组成。系统总体架构图见图2。
2 系统功能设计
物联网有3个主要包括3大层次，即感知层、传输层和应用层。本文主要也是以这3个层次延伸，涵盖了感知系统（环境监测传感设备）、传输系统（数据传输处理网络）、应用系统（终端智能控制平台），具体关系见图3。
图3 系统总体设计
2.1 设计原理
喷灌机智能监控系统工作原理是利用土壤湿度传感器和空气湿度传感器测定土壤和空气的含水情况，并且把信号送到单片机，单片机根据其内置的控制规则，对输入的信号进行处理判决，依据判决结果进行双湿度的调控[2]。该系统以控制器为核心搭建硬件平台，并移植实时操作系统实现对各项任务的调度和管理，从而完成对设备运行参数的监测，因此该系统的应用会大大减少了人力的投资，以及设备故障时及时地报警处理，降低了设备损坏率。
2.2 数据监测传感设备
数据监测传感设备，即环境传感监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。
该设备可接收传感器采集的模拟量，模拟量信号的处理是将模拟信号转换成数字信号（A/D转换）。该系统主要采集数据包括温湿度、土壤水分、光照度、风速等环境参数[3]。总体设计见图4。
图4 数据监测传感设备总体设计
温湿度传感器是测控系统的关键部件。快速、准确地测定温室环境双湿度信息，对于探明作物生长环境此时是否为最佳状态，以便适时做出灌溉、排水和空气湿度调节等措施具有重要意义。空气温湿度的检测仅仅靠单点测量是不能准确代表整个环境的状况的，尤其是对于大面积的田地而言，单点检测对节水灌溉控制的精确度和节水效果有很大的影响。
土壤水分的检测是至关重要的，此信号的准确与否直接关系到节水程度和自动化程度在作物生长期内，需要及时准确地获取土壤湿度数据，计算机实时地将这些数据进行处理分析，并结合温室中光照度和空气温湿度的数据，最终做出精确灌溉决策，以达到维持土壤适中的湿度以及节水的目的。土壤湿度的增减过程受温室环境中的因素影响，环境中的气候因素均是天天在变化的，因此土壤水分的变化过程需要进行实时监测，通过对土壤水分的变化进行监测，计算机可以分析土壤水分变化的影响主因，进而预测土壤水分变化，保证了精确与准确地进行自动节水灌溉。
光照度是植物健康生长的重要能源因素，直接影响植物的生长发育过程产量和果实品质。光照度也影响地表与大气的物质与能量交换，即与土壤水分含量有着密切关系，在节水灌溉中是一个重要的数据信息。所以，在设施农业中光照度的检测和监测工作越来越得到重视。
风速的采集在采集中也是必不可少的因素。设计风速影响喷洒水均匀度，从而影响作物产值、产量，影响喷头布置间距，从而影响工程的投资造价。因此风速的采集是技术经济问题。
该设备采集电磁阀门水流量、开启时间、故障时间和使用率等，用于应用系统实现功能的智能化、人性化，还配置了视频监控设备和北斗定位系统。监控视频设备用于保存录像文件，防止设备被盗，监控设备行走，观测周围环境，通过监控中心实时得到植物生长信息，在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。监控摄像头上还装有红外灯，保证摄像在较暗的时间也能正常的拍摄；北斗定位系统实时监测设备所在地点，可用于显示器呈现设备所走路径，另为可用于判断设备所处的位置，在出现警报或者其他状况的时候也方便人们马上锁定设备的位置，节省时间。
2.3 数据传输处理网络
数据传输处理网络，即数据远程通讯系统。通过调制解调器可在百里之外对采集的温湿度、土壤水分、光照度和灌水量数据，以及灌水方案指令数据和灌水状态监视数据进行远程通讯，准确掌握实地温湿度情况、土壤干湿情况，以及喷灌设备运行状态和灌溉情况，将采集并储存的相应数据发送给系统管理平台并及时刷新数据库。
2.4 终端智能控制平台
终端智能控制平台，即管理控制系统。它可根据客户选择的功能方式将传感器采集到温室环境中土壤湿度光照度以及空气温湿度各参数值进行处理分析，最大限度地节约喷灌用水和实现智能控制。智能管理功能主要包括控制功能、自动转停功能、电动机过载保护功能、电动机过载保护功能、阴雨天自动停止功能、省电功能、急停功能、故障自动检测功能。其总体设计见图5。
图5 数据监测传感设备总体设计
3 结 语
喷灌机智能监控系统是针对喷灌节水工程中状态显示和智能控制而进行开发研究的。系统通过对区域内的大气温湿度、土壤水分、光照度以及风速等设备因素进行自动监测诊断、自动控制，避免以往使用人工监测，节省大量人力物力。该设备经过实际测试，效果良好，整个系统工作正常，达到了预期设计的数据采集控制与数据传输的目的，必将带来广阔的应用前景。系统在实验过程中运行稳定，效果良好，但仍需要在智能化方面加以改进。
参考文献
[1] 陈国辉.自走式喷灌机控制系统设计[J].林业机械与木工设备，2008（5）：36-37.
[2] 高照阳，李保谦.基于温室微灌的双湿度自动测控系统设计与研究[J].农机化研究，2008（9）：116-119.
[3] 于华丽，赵晓顺，高立艾.温室节水自动喷灌系统的设计[J].农机化研究，2013（2）.