（作者簡(jiǎn)介：費(fèi)戰(zhàn)波，碩士研究生，董事長(zhǎng)；

通訊作者：王鵬，碩士研究生）

摘要：智能閥門灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)是近些年新興的一個(gè)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)概念，它是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精確感知、遠(yuǎn)程傳輸和智能分析等技術(shù)為支撐，以實(shí)現(xiàn)灌溉自動(dòng)化為目標(biāo)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展模式與形態(tài)。它的主要作用體現(xiàn)在：精確監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)環(huán)境、高效利用農(nóng)業(yè)資源、有效降低農(nóng)業(yè)能耗、全面提升農(nóng)業(yè)質(zhì)量。基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精細(xì)化監(jiān)測(cè)與灌溉控制系統(tǒng)利用精確的傳感系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)、軟件分析系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)，全面實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田灌溉用水的精細(xì)化操作，提供一整套完整的農(nóng)業(yè)用水管理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制。

1. 概述

我國(guó)是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國(guó)，自建國(guó)以來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)得到了飛速的發(fā)展，取得了以僅占世界7%的耕地，養(yǎng)活了世界約22％的人口的矚目成就。然而在農(nóng)業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，我國(guó)也付出了相當(dāng)沉重的代價(jià)，比如：地下水位急劇下降、氣象環(huán)境惡化、河流水庫(kù)干枯、耕地退化、水土流失嚴(yán)重等現(xiàn)象已成為常態(tài)。目前，制約我國(guó)農(nóng)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的主要原因就是水資源嚴(yán)重短缺。水乃是生命之源，隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加，全球范圍內(nèi)都面臨著水資源嚴(yán)重緊缺的困境，我國(guó)水資源僅占世界總量的6%，而我國(guó)的農(nóng)業(yè)灌溉用水量就占據(jù)了總用水量的69%以上，更為嚴(yán)重的是，我國(guó)農(nóng)業(yè)灌水利用系數(shù)僅為0.47。因灌溉用水方式不合理造成了大量的水資源浪費(fèi)，加劇了我國(guó)水資源緊缺的現(xiàn)狀。

根據(jù)中國(guó)水利部、中國(guó)工程院等多部門預(yù)測(cè)，我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉用水只有維持零增長(zhǎng)或負(fù)增長(zhǎng)，才可以保障我國(guó)整體的用水安全和生態(tài)平穩(wěn)。解決農(nóng)業(yè)用水短缺問(wèn)題的主要方法就是全力推行精細(xì)化監(jiān)測(cè)與灌溉技術(shù)，通過(guò)智能監(jiān)測(cè)手段對(duì)農(nóng)業(yè)需水信息進(jìn)行準(zhǔn)確定量，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、自動(dòng)化灌溉，嚴(yán)格控制用水量，在節(jié)約用水的情況下，解放了勞動(dòng)力，全面實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益。因此，改變傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉手段，全面實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)自動(dòng)化灌溉，提高灌溉效率，已經(jīng)是一項(xiàng)具有戰(zhàn)略性意義的工作，才能從根本上緩解水資源短缺與農(nóng)業(yè)發(fā)展之間的矛盾。

2. 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)

2.1國(guó)外研究動(dòng)態(tài)

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家在節(jié)水灌溉領(lǐng)域的研究與應(yīng)用方面是比較成熟的，尤其是美國(guó)、以色列、荷蘭、德國(guó)等國(guó)家，他們?cè)诰?xì)化灌溉技術(shù)方面的研究時(shí)間長(zhǎng)，研究成果先進(jìn)，實(shí)際應(yīng)用技術(shù)水平較高，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)及節(jié)水灌溉配套的自動(dòng)控制系統(tǒng)方面是比較完善和先進(jìn)的。其中，在國(guó)外節(jié)水灌溉技術(shù)領(lǐng)域，以色列所取得的成績(jī)尤為突出^[1]。為解決用水缺水問(wèn)題，以色列政府大力發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)，在全國(guó)境內(nèi)鋪埋輸水管道，使水傳輸損失率降低至5%以下，同時(shí)大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，普遍采用滴灌和噴灌技術(shù)，全面實(shí)現(xiàn)灌溉自動(dòng)化。以色列研發(fā)出了全套的自動(dòng)化灌溉監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，如土壤水分傳感器、氣象傳感器、植物生理生態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、滴灌技術(shù)、噴灌技術(shù)、電磁閥、水肥一體機(jī)、流量控制閥等，提高了田間用水效率，同時(shí)為作物提供了最佳的生長(zhǎng)環(huán)境，節(jié)約了人力勞動(dòng)成本。憑借其高效先進(jìn)的節(jié)水灌溉控制技術(shù)，以色列的農(nóng)業(yè)技術(shù)已經(jīng)成為全球現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的領(lǐng)跑者^[2]。但以色列的農(nóng)業(yè)技術(shù)屬于進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格較為昂貴，難以在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。而且，電磁閥作為以色列節(jié)水灌溉控制的核心技術(shù)，其工作原理，容易產(chǎn)生因水壓不足、水中雜質(zhì)較多等情況造成的開(kāi)關(guān)閥故障，損壞率和故障率較高。

自上世紀(jì)八十年代起，隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)廣泛意識(shí)到水資源緊缺所產(chǎn)生的嚴(yán)重性，并初步研發(fā)灌溉控制技術(shù)。Srinvasan等人開(kāi)發(fā)了一套完整的灌溉管理軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)實(shí)際環(huán)境參數(shù)利用圖表進(jìn)行顯示分析，并根據(jù)作物需水情況，制定出不同的灌溉制度^[3]。本世紀(jì)以來(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)與無(wú)線通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)入了快速且卓有成效的發(fā)展。美國(guó)Crossbow公司推出了基于GPS無(wú)線定位系統(tǒng)的精細(xì)化灌溉控制系統(tǒng)，后來(lái)ZigBee無(wú)線技術(shù)提出后，Crossbow公司又推出了基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器的精細(xì)化灌溉控制系統(tǒng)。

在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、遙測(cè)遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化、常態(tài)化階段，歐美部分發(fā)達(dá)國(guó)家早已將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)精細(xì)化灌溉上的應(yīng)用列為重點(diǎn)研究課題。國(guó)外精細(xì)化監(jiān)測(cè)與灌溉控制系統(tǒng)不管在運(yùn)行還是軟件應(yīng)用方面的自動(dòng)化以及成熟度均比較高，而且系統(tǒng)整體也比較完善。

2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展動(dòng)態(tài)

在我國(guó)，自20世紀(jì)50年代開(kāi)始就已經(jīng)從國(guó)外引進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)和設(shè)施，但是受國(guó)民經(jīng)濟(jì)影響，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，改技術(shù)并沒(méi)有得到大面積的推廣應(yīng)用。到20世紀(jì)80年代后，隨著經(jīng)濟(jì)整體發(fā)展，加之，各地水資源出現(xiàn)緊張情況，節(jié)水灌溉技術(shù)才得到國(guó)家重視，并得以快速地發(fā)展。這一時(shí)期，我國(guó)從國(guó)外先后引進(jìn)了大量的先進(jìn)節(jié)水灌溉設(shè)施，并積極學(xué)習(xí)國(guó)際先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，我國(guó)在滴灌噴灌等節(jié)水灌溉技術(shù)上的研究也相繼得到突破，但是在智能化自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)方面仍較為空白。與國(guó)外技術(shù)設(shè)備相比，我國(guó)整體技術(shù)還比較落后，缺乏自行研發(fā)的相關(guān)產(chǎn)品，絕大部分設(shè)備仍然依靠從國(guó)外進(jìn)口。從國(guó)外引進(jìn)的灌溉自動(dòng)控制設(shè)備，是為國(guó)外區(qū)域性的地理?xiàng)l件進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)的，具有一定的特異性，并不是十分適合在我國(guó)的氣候、土壤條件、作物類型下進(jìn)行應(yīng)用，因此我們也不能完全充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)、另外一方面，國(guó)外設(shè)備普遍價(jià)格昂貴，并不適合在我國(guó)進(jìn)行大范圍推廣應(yīng)用。因此，我們要完全依靠引進(jìn)國(guó)外的監(jiān)測(cè)與控制設(shè)備，是不可行的，因此，加快研發(fā)適合我國(guó)基本農(nóng)業(yè)國(guó)情的先進(jìn)、可靠、實(shí)用、低成本、高效率的自動(dòng)化節(jié)水灌溉監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)是十分必要的，這也是我國(guó)今后現(xiàn)代化節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向。目前我國(guó)許多大田、溫室大棚都已經(jīng)配備了一定規(guī)模的滴灌、噴灌等各種灌溉設(shè)備，但是普遍缺乏一套與之相配套的節(jié)水灌溉監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)，多數(shù)灌溉設(shè)備仍然采用人工手動(dòng)開(kāi)關(guān)閥門的方式來(lái)進(jìn)行控制灌溉，不但耗費(fèi)人力，而且用水效率仍然不高。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)在智能化監(jiān)測(cè)、節(jié)水灌溉技術(shù)、決策專家軟件技術(shù)已經(jīng)逐步得到提升，在氣象監(jiān)測(cè)、墑情監(jiān)測(cè)、作物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)、灌溉預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、農(nóng)田灌溉決策支持系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)、GIS 技術(shù)和 Web 技術(shù)等都陸續(xù)進(jìn)行功能完善^[4-10]。

近幾年，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在精細(xì)化監(jiān)測(cè)與灌溉控制技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的核心^[11]。如：精準(zhǔn)灌溉、專家管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和遙感系統(tǒng)、旱情預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)等^[12-13]。

目前，基于智能閥門自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)已經(jīng)成為農(nóng)田精細(xì)化灌溉技術(shù)發(fā)展的核心熱點(diǎn)和推動(dòng)力^[14]。目前，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件控制系統(tǒng)，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)田間作物實(shí)際需求，并對(duì)其檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供專業(yè)的決策支持。同時(shí)，通過(guò)自動(dòng)化節(jié)水灌溉設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了智能一體化監(jiān)測(cè)與控制，實(shí)現(xiàn)了水資源的高效利用，達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的節(jié)水增產(chǎn)效益^[15]。

3.智能閥門灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)的描述和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

3.1智能閥門灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)的描述

新天科技股份有限公司打造的智慧農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)由智能閥門、網(wǎng)關(guān)、墑情傳感器、數(shù)據(jù)采集終端、GPRS模塊、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺(tái)、數(shù)據(jù)接收與分析軟件、遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)等。其主要的工作原理是利用相關(guān)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)降雨、田間氣象、土壤的水分和溫度等參數(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集與傳輸終端，通過(guò)GPRS技術(shù)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到Web數(shù)據(jù)服務(wù)器中，系統(tǒng)軟件采用ASP．NET開(kāi)發(fā)，通過(guò)服務(wù)器接收軟件及相關(guān)的分析與決策軟件，實(shí)時(shí)查詢作物當(dāng)前或歷史的需水情況，并計(jì)算出作物的需水量，通過(guò)控制軟件，對(duì)灌溉設(shè)備進(jìn)行智能控制，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉的自動(dòng)化、精細(xì)化。該系統(tǒng)可根據(jù)地區(qū)、季節(jié)、所種植農(nóng)作物的用水特性，結(jié)合農(nóng)田里的墑情、地溫、水表、雨水傳感器傳回的數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)智能閥門的遠(yuǎn)程開(kāi)啟，對(duì)作物進(jìn)行自動(dòng)灌溉、按需灌溉和節(jié)約灌溉，缺水時(shí)自動(dòng)補(bǔ)水，下雨時(shí)自動(dòng)停水。

通過(guò)該系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)種植基地的灌溉自動(dòng)化、施肥精細(xì)化，同時(shí)可以節(jié)約大量人力成本。從而達(dá)到節(jié)水增效、節(jié)肥增效、增產(chǎn)增收的目標(biāo)。系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)品均采用太陽(yáng)能+鋰電池供電，無(wú)需架設(shè)繁雜的供電線纜，節(jié)省架設(shè)成本。

目前，該系統(tǒng)在新疆、河南、河北、東三省、北京等眾多缺水地區(qū)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量可靠，價(jià)格低廉，無(wú)論是水利行政部門主導(dǎo)的高效節(jié)水民生工程或是農(nóng)業(yè)合作社等，都對(duì)其可靠的質(zhì)量及其所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益贊賞不已。此外，新天科技聯(lián)合湖南艾可斯科技有限公司，推出了智慧園區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)，已經(jīng)在湖南省率先應(yīng)用，與湖南省農(nóng)科院園藝所共建智慧園區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉系統(tǒng)，標(biāo)志著智能閥門灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)在中國(guó)廣大地區(qū)，無(wú)論是大田還是設(shè)施溫室，都可以得以廣泛的應(yīng)用，為用戶提供經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的高效節(jié)水灌溉自動(dòng)化控制技術(shù)。

系統(tǒng)支持兩種灌溉方式，一種是系統(tǒng)通過(guò)對(duì)環(huán)境、墑情數(shù)據(jù)的分析，自動(dòng)灌溉，另一種是管理方根據(jù)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)，手動(dòng)遠(yuǎn)程控制閥門進(jìn)行灌溉。系統(tǒng)智能網(wǎng)關(guān)、智能閥門均采用太陽(yáng)能或電池供電，核心技術(shù)是低功耗的可靠的無(wú)線傳輸自組網(wǎng)技術(shù)。

圖1. 智能閥門灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

目前，市面上普遍采用灌溉自動(dòng)化控制產(chǎn)品是電磁閥。但電磁閥質(zhì)量參差不齊，且容易產(chǎn)生因水壓不足、水中雜質(zhì)較多等情況造成的開(kāi)關(guān)閥故障，在實(shí)際生產(chǎn)中，損壞率和故障率較高，所以導(dǎo)致農(nóng)戶對(duì)自動(dòng)化灌溉技術(shù)并不是十分認(rèn)可。

表1. 智能閥門與傳統(tǒng)電磁閥門產(chǎn)品性能對(duì)比表

3.1.1智能網(wǎng)關(guān)

3.1.1.1智能網(wǎng)關(guān)的技術(shù)參數(shù)

（1）上行GPRS與管理中心通信,下行無(wú)線射頻方式與智能閥門和智能墑情儀通信，可管理128個(gè)智能閥門，太陽(yáng)能+鋰電池供電。（2）供電方式：太陽(yáng)能電池板+可充電聚合物鋰電池。（3）工作溫度：-20℃－+60℃。（4）工作濕度：≤95%。（5）外殼防護(hù)等級(jí)：IP68。（6）平均功耗：≤5mA。（7）上行通訊方式：GPRS實(shí)時(shí)在線。（8）下行通訊方式：無(wú)線中心頻率470MHz。（9）可存儲(chǔ)256個(gè)智能閥門檔案。（10）具備低電壓報(bào)警功能。（11）硬件高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘。（12）24小時(shí)不間斷運(yùn)行。（13）平均無(wú)故障時(shí)間：≥25000小時(shí)。

3.1.1.2智能網(wǎng)關(guān)的系統(tǒng)功能

（1）GPRS實(shí)時(shí)通信：物聯(lián)網(wǎng)手機(jī)卡及專用移動(dòng)模組，具有高可靠性，并可實(shí)時(shí)對(duì)表閥操作。（2）墑情數(shù)據(jù)上傳：智能墑情儀把土壤地下10cm、20cm、40cm的土壤溫、濕度數(shù)據(jù)通過(guò)470MHz無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳給智能網(wǎng)關(guān)，智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)GPRS實(shí)時(shí)上傳到管理中心，管理中心自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析。（3）遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)閥：a.支持智能手機(jī)或者平板電腦等移動(dòng)終端App操作，操作界面簡(jiǎn)單易用。b.支持電腦遠(yuǎn)程操作，可支持實(shí)時(shí)開(kāi)關(guān)閥，并可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)閥門狀態(tài)。c.可通過(guò)管理中心設(shè)置智能閥門壓力報(bào)警值，抄取智能閥門數(shù)據(jù)（流量、壓力）。d.智能閥門為三通結(jié)構(gòu)，示意圖如下，有三種閥門狀態(tài)：A端開(kāi)B端關(guān)、A端關(guān)B端開(kāi)、全關(guān)。動(dòng)閥時(shí)檢測(cè)到閥門到位，自動(dòng)停止動(dòng)閥。（4）報(bào)警功能：當(dāng)流量壓力超限時(shí)，會(huì)上傳報(bào)警信息。（5）GIS地圖信息管理：管理中心通過(guò)GIS地圖展示智能網(wǎng)關(guān)、智能閥門、智能墑情儀與農(nóng)田管網(wǎng)實(shí)時(shí)的真實(shí)情況，并可在GIS地圖上實(shí)時(shí)展示閥門狀態(tài)。

圖2. 智能網(wǎng)關(guān)

3.1.2 智能閥門

采用太陽(yáng)能配合聚合物鋰電池供電，無(wú)需架設(shè)繁雜的專用供電線纜，節(jié)省傳統(tǒng)灌溉所需的架設(shè)成本。符合工信部[2005]423號(hào)《微功率(短距離)無(wú)線電設(shè)備的技術(shù)要求》。適用于大塊農(nóng)田、園林綠化、高爾夫球場(chǎng)等室外灌溉場(chǎng)合，該系統(tǒng)根據(jù)田間墑情狀況可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)，半自動(dòng)，手動(dòng)灌溉。

圖3. 智能閥門

3.1.2.1 智能閥門的先進(jìn)性

（1）太陽(yáng)能+鋰電池供電，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)電源線，解決了現(xiàn)場(chǎng)供電難的問(wèn)題。（2）智能網(wǎng)關(guān)與智能閥門、智能墑情儀之間采用無(wú)線方式通訊，無(wú)任何連線，安裝簡(jiǎn)單，操作方便，采用LoRa技術(shù)。（3）超低功耗：a. 智能網(wǎng)關(guān)、智能墑情儀采用零功耗技術(shù)，常態(tài)處于睡眠狀態(tài)，無(wú)電流消耗。b.智能閥門采用低功耗技術(shù)，常態(tài)處于睡眠狀態(tài)。只有通訊動(dòng)閥時(shí)才消耗一點(diǎn)點(diǎn)電量。c.太陽(yáng)能供電采用功率點(diǎn)自動(dòng)跟蹤技術(shù)，無(wú)論光照強(qiáng)弱確保恒流充電。智能閥門到位檢測(cè)采用紅外對(duì)管技術(shù)，穩(wěn)定性和可靠性顯著提高。（5）數(shù)據(jù)表決自動(dòng)糾錯(cuò)技術(shù)，所有數(shù)據(jù)同時(shí)存放在五個(gè)不同的地方（多處存貯技術(shù)），讀取數(shù)據(jù)時(shí)，同時(shí)從五處讀取數(shù)據(jù)，然后對(duì)讀取的五處數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)處理（自動(dòng)糾錯(cuò)技術(shù)）。（6）存儲(chǔ)器壽命提高技術(shù)，從事技術(shù)開(kāi)發(fā)的人員都知道，固態(tài)存貯器的使用壽命為100萬(wàn)次（廠家宣稱）。為此，我們專門做過(guò)測(cè)定，實(shí)際上其使用壽命大概為70萬(wàn)次。同時(shí)，我們也做過(guò)這樣的測(cè)定，存貯器在前10萬(wàn)次使用時(shí)，數(shù)據(jù)工作最為可靠，之后就會(huì)偶爾發(fā)生不正?，F(xiàn)象，也就是說(shuō)存貯器在它的少年時(shí)代最為可靠。因此，我公司的產(chǎn)品采用的數(shù)據(jù)存貯設(shè)計(jì)原則是將每個(gè)存貯單元空間控制在10萬(wàn)次之內(nèi)，最多存貯次數(shù)不超過(guò)10萬(wàn)次。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們專門使用了一個(gè)存貯器指針，當(dāng)使用次數(shù)超過(guò)10萬(wàn)次時(shí)，指針自動(dòng)轉(zhuǎn)向下一個(gè)新的存貯器，這樣有效地減少了存貯單元的使用次數(shù)，提高了數(shù)據(jù)可靠性。

（7）獨(dú)有的密封技術(shù)：a. 獨(dú)有的密封技術(shù)，保證了水表防水、防潮的可靠性；

b. 電路板的環(huán)氧樹(shù)脂兩次灌封全密封無(wú)氣泡技術(shù)；c. 電池板密封圈雙重密封設(shè)計(jì)；d. 閥門的電機(jī)橡膠圈全密封技術(shù)；e. 接線線頭的全密封技術(shù)；（8）數(shù)據(jù)保持與恢復(fù)功能，在斷電的情況下，表內(nèi)數(shù)據(jù)可保存十年，通電時(shí)，具有恢復(fù)數(shù)據(jù)的功能。保證表內(nèi)數(shù)據(jù)安然無(wú)恙。

3.1.2.2 智能閥門的使用方法

（1）記錄智能閥門殼體上絲印的ID，在數(shù)據(jù)管理中心建檔并下載到所屬網(wǎng)關(guān)。

（2）可通過(guò)數(shù)據(jù)管理中心設(shè)置智能閥門壓力上限報(bào)警值、壓力傳感器標(biāo)定參數(shù)、流量傳感器轉(zhuǎn)換系數(shù)，抄取智能閥門數(shù)據(jù)（流量、壓力）及控閥。

（3）智能閥門有三種閥門狀態(tài)：A端開(kāi)B端關(guān)、A端關(guān)B端開(kāi)、A端關(guān)B端關(guān)。動(dòng)閥時(shí)檢測(cè)到閥門到位，自動(dòng)停止動(dòng)閥。

（4）進(jìn)行灌溉時(shí)智能閥門每6分鐘定時(shí)上傳流量壓力數(shù)據(jù)，停止灌溉時(shí)每2h定時(shí)上傳流量壓力數(shù)據(jù)。

3.2 管理系統(tǒng)軟件平臺(tái)

智慧農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉管理系統(tǒng)是一套集用戶管理、表具管理、財(cái)務(wù)管理、抄表結(jié)算、收費(fèi)管理、發(fā)票管理、報(bào)表分析、表務(wù)管理、報(bào)裝業(yè)務(wù)等功能為一體的綜合性灌溉管理信息化系統(tǒng)。系統(tǒng)采用B/S(瀏覽器/服務(wù)器）架構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)兼容目前主流瀏覽器軟件，采用模塊化設(shè)計(jì)，組態(tài)靈活方便，每個(gè)功能模塊可靈活配置，方便系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)展，軟件界面美觀，操作簡(jiǎn)單，使用方便，適用于各大、中、小型農(nóng)田灌區(qū)。并可單機(jī)、局域網(wǎng)、Internet聯(lián)網(wǎng)方式使用。

3.2.1管理系統(tǒng)軟件平臺(tái)主要特點(diǎn)：

（1）用戶管理：用戶信息管理。
（2）表具管理：智能網(wǎng)關(guān)及智能閥門、智能墑情儀等表具管理。
（3）灌溉管理：支持自動(dòng)灌溉、半自動(dòng)灌溉、手動(dòng)灌溉模式
（4）短信提醒功能：支持欠費(fèi)、閥門控制、故障信息短信提醒功能。
（5）第三方數(shù)據(jù)導(dǎo)出：支持文本、EXCEL、DBF、SQL SERVER、ORACLE等多種格式的數(shù)據(jù)導(dǎo)出。
（6）采用組件式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)架構(gòu)：每個(gè)功能模塊可靈活配置，方便系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)展。
（7）豐富的圖表分析功能：支持?jǐn)?shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等圖表分析、統(tǒng)計(jì)功能。
（8）安全權(quán)限控制：可設(shè)置不同的角色控制操作員的訪問(wèn)權(quán)限。
（9）系統(tǒng)安裝部署方便：向?qū)桨惭b模式，只需簡(jiǎn)單選擇即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安裝升級(jí)。

圖4. 智能閥門灌溉自動(dòng)化控制軟件平臺(tái)

圖5. 智能閥門灌溉自動(dòng)化控制軟件平臺(tái)在線監(jiān)測(cè)功能

圖6. 智能閥門灌溉自動(dòng)化控制手機(jī)APP軟件在線監(jiān)測(cè)與控制功能

3.3智能閥門灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

發(fā)展精準(zhǔn)灌溉技術(shù)是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)建設(shè)本身的需要。它不僅是節(jié)約水資源，緩解干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)用水危機(jī)的有效手段，同時(shí)也是保證糧食安全、水生態(tài)安全的必要措施。我國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，向來(lái)是以農(nóng)為本，然而傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)手段已經(jīng)嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，長(zhǎng)久下去，必將影響到糧食以及環(huán)境安全，我們必須摒棄傳統(tǒng)落后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)觀念，建立起一套適應(yīng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)快速發(fā)展要求的精細(xì)化灌溉體系。從這個(gè)層面而言，智能閥門灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)就是智慧農(nóng)業(yè)的核心，是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的立足之本。因此發(fā)展智能閥門灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)，是徹底解決我國(guó)水資源利用率低下，緩解水資源匱乏的首要途徑，也是促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵步驟，同時(shí)，也是保障我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)生態(tài)及社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展的戰(zhàn)略舉措。

智能閥門灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的社會(huì)效益包括以下幾點(diǎn)：

（1） 合理高效利用水資源。

基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精細(xì)化監(jiān)測(cè)與灌溉控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)灌溉，減少農(nóng)業(yè)用水總量，提高用水效率，能夠按照作物需水規(guī)律對(duì)作物進(jìn)行科學(xué)的科學(xué)灌溉方式。一方面，減少了傳統(tǒng)漫灌所造成的蒸發(fā)、滲漏及地表徑流等用水損失。另一方面，解決了由于過(guò)量開(kāi)采地下水所造成的生態(tài)和地質(zhì)破壞，達(dá)到平衡區(qū)域用水的效用。

（2） 保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以改變過(guò)去傳統(tǒng)落后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，通過(guò)精準(zhǔn)、科學(xué)的數(shù)字化監(jiān)測(cè)與控制手段進(jìn)行農(nóng)業(yè)管理，可有效避免過(guò)量用藥、施肥、灌溉等行為所造成的生態(tài)環(huán)境破壞。通過(guò)精準(zhǔn)灌溉，可以避免由地表徑流引發(fā)的養(yǎng)分流失所形成的水體富營(yíng)養(yǎng)化，改善水生態(tài)功能。同時(shí)，過(guò)度灌溉也會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)和鹽堿化程度加劇?；谵r(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精細(xì)化監(jiān)測(cè)與灌溉控制系統(tǒng)可以有效避免或減少生態(tài)環(huán)境破壞的問(wèn)題。

（3） 節(jié)約人力成本和能源資源。

通過(guò)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全面推行，實(shí)現(xiàn)灌溉的自動(dòng)化與精細(xì)化，人均勞動(dòng)力可以管理更多面積的耕地，從而節(jié)約了大量的人力成本，提升單位面積農(nóng)田的產(chǎn)值。灌溉控制系統(tǒng)可基于太陽(yáng)能供電，從而節(jié)約了傳統(tǒng)灌溉的燃油及水電費(fèi)用，也具有十分積極的社會(huì)效益。

（4）改善作物品質(zhì)，增加產(chǎn)量。通過(guò)合理高效的灌溉技術(shù)，結(jié)合大田氣象、墑情等實(shí)際參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以更加高效的提高作物生長(zhǎng)效率，適時(shí)適量的滿足各種作物在不同生長(zhǎng)周期內(nèi)對(duì)水分的需求，提高整體產(chǎn)量與品質(zhì)。

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