智能農業無線通信解決方案
nongye
深圳市技卓芯通信技術有限公司
隨著社會的進步和生產的需要，為了改進傳統的灌溉方法,提高水資源的利 用率、作物的生長環境質量及降低人工成本,根據作物的環境信息準確灌溉，我 公司推出一種低成本、低功耗、高效率的管理方案----- “ CWDN” （ Cellular+wireless+ Digital+Net:蜂窩式無線數據網絡 ）智能網絡灌溉系統， 該系統可以根據作物的土壤濕度、空氣溫度準確灌溉,實現智能化、精確化灌溉, 減少水資源的浪費,提高經濟效益。
智能灌溉系統-構架圖 ：
本系統采用了可以無限擴展的開放式設計思路，并采用先進的“ CWDN ”蜂 窩式無線數據網絡構建。整個系統最多可由 10 級路由網絡組成，系統以中心控 制室為控制中心， 再 以泵房為一個子中 心， 泵房與泵房之間 組成一個子中心為 單位的多級子中心 網絡， 每一個片區以 泵房為子中心與條 田中的各節點組成 多級終端控制節點， 節點由多臺控制器、 電磁閥、傳感器組成。因此本系統可以根據用戶的需求，方便快速地組建智能灌 溉系統。用戶只需增加各級子中心數量即可實現整個系統的無限擴容。本系統可 適用于小到某塊棉田的自動灌溉，大到整個兵團所有作物地塊，包括綠地的自動 灌溉。并且系統容量越大，平均投資成本愈低，生產效率也越高。
本系統遵循了 以下設計原則：
1 、系統模塊化、層次化設計，以提高效率，增加可維護性，便于擴展；
2 、靈活的硬件配置，用戶可以任意升級、更換被控硬件設備，而不需要更 換軟件；
3 、人機界面友好，實現灌溉過程的無人值守，減少人員的工作強度，提高 灌溉效率；
4 、抗電磁干擾的能力強，保證系統在野外強電磁干擾的惡劣環境下能可靠 地運行；
5 、故障自動檢測功能，提高系統的健壯性，各種設備的布局要求美觀。
智能灌溉系統-組成：
監控上位機軟件: 安裝在監控室電腦里 中心（協調器）： 通過 232 總線和電腦相連，監控上位機軟件是通過 232 總線和 首部通信。
泵房控制器：
安裝在泵房里，由市電穩定供電。泵房控制器里的無線模塊為中功率。傳輸距離在 2000 米左右。泵房控制器一直處于工作狀態，主要任務是控制泵房里的設備，中繼信號，喚醒和休眠條田控制器.
條田控制器：
安裝在條田里，由電池供電，條田控制器里的無線模塊為小功率。傳輸距離在 500 米左右。條田控制器長期處于休眠狀態，電流小于 5uA.主要任務是控制閥門和采集傳感器的數據，中繼信號。條田控制器工作之前要通過泵房發喚醒指令，條田控制器受喚醒后開始工作。工作結束后，要泵房發休眠指令，令其馬上進入休眠狀態?；蜻^ 20S 維持時間后主動進入休眠狀態。條田控制器穩態是休眠狀態，暫態是工作狀態。[圖 4]
受控設備（閥門）+傳感器：
安裝在條田里，受條田控制器控制。長期處于斷電狀態。
智能灌溉系統 - 通信方式系統上行數據與下行數據均采用“CWDN”蜂窩式無線數據網絡的先進的無線傳輸方式進行傳輸。上行數據包括：空氣溫度、濕度；土壤溫度、顯度；電磁閥及各控制器的工作狀態等信息。下行數據是指中央計算機向各控制單元發出的各種控制指令，包括電磁閥的開關指令；各工作單元的狀態查詢指令以及對各控制單元的參數預設等。由于采用了先進的無線“CWDN”網絡，因此本系統能夠快速地任意規模地構建而且不受時間、空間和其它條件的限制。無線“CWDN”網絡還具有誤差小、抗干擾能力強、成本低、便于擴展等多種優點，使無線“CWDN”網成為智能灌溉系統首選的組網方式。
網絡采用二級網絡方式。中心（協調器）和泵房控制器之間的網絡是一級網絡，也稱泵房網絡。中心為一級網絡的中心。泵房控制器（市電供電的無線模塊節點）和泵房所管的條田里的控制器（電池供電節點）之間的網絡是二級網絡。也稱條田網絡。
監控上位機軟件要控制條田里閥門開關。控制流程如下：
（1）監控上位機軟件----（通過232總線）----把喚醒指令發給中心，中心解析找到目標泵房控制器路徑，把喚醒指令和路徑打包空中協議幀發到空中。泵房網絡監聽到中心發出的指令，然后進行中繼，當中繼到目標泵房控制器時，中繼過程結束。然后目標泵房開始喚醒本條田里的控制器。等條田控制器被喚醒后，泵房控制器結束喚醒，按原路徑返回喚醒成功指令給中心，中心解析正確后，把信號給監控軟件。
（2）監控軟件收到喚醒結束后，又通信232總線給中心發目標條田控制器開關閥門指令。中心解析后從路由表里找到目標條田控制器的路徑，把喚醒指令和路徑打包空中協議幀發到空中。泵房網絡監聽到中心發出的指令，然后進行中繼，當中繼到目標泵房控制器時。泵房控制器把指令發到條田里，再條田網絡里條田控制器再次中繼，直到把指令中繼到目標條田控制器。
（3）目標條田控制器收到開關閥門指令后，開始啟動閥門驅動電路，驅動控制器里的電動機，從而達到開關閥門。
（4）目標條田控制器開關閥門成功后，返回成功指令，成功指令按原路徑返回給監控軟件。
（5）監控軟件收到正確指令后，發休眠指令給中心，中心通過泵房網絡把休眠指令中繼到目標泵房上，再由目標泵房控制器廣播休眠指令，條田控制器收到休眠指令后馬上進入休眠。
（6）整個通信流程結束。
注：整個通信流程簡流程示意：喚醒——訪問數據或控制設備——休眠。無線通信技術的使用，拓寬了控制器的應用范圍，只要有無線信號覆蓋的地區，都可以實現遠距離無線采集與控制。實現了計算機和控制器等多方面的互動性，系統還具有自動報警功能，控制器檢測出系統異常，會及時將故障相關信息上報給中央計算機系統，以便迅速地定位并排出故障。遵循方便、穩定、可靠的原則，結合的氣候條件，本系統各個子中心均采用太陽能或電力供電，各節點均可采用干電池或太陽能供電方式，節點全程工作均采用休眠方式，4只干電池可用4~8個月。
智能灌溉系統 - 意義
智能灌溉系統不僅可以提高水源利用率，緩解水資源日趨緊張的矛盾，還可以增加農作物的產量，降低農產品的成本?；趥鞲衅骷夹g的智能灌溉系統是中國發展高效農業和精細農業的必由之路。
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