基于智能手機的節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)

趙致鈞（中）親自講解手機控制灌溉的創(chuàng)新成果

中國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，是占人類四分之一人口的泱泱大國生存的先決條件，而水是農(nóng)業(yè)的命脈，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境改善不可取代的極為寶貴的自然資源。沒有水就沒有農(nóng)業(yè)。中國能以占世界8%的耕地養(yǎng)活占全球22%的人口，其根本條件之一就是有40%的耕地是灌溉農(nóng)田以及在灌溉條件下的農(nóng)作物多熟制，使中國在世界創(chuàng)造了奇跡。但中國的基本國情是水資源短缺，水災(zāi)害頻繁，水資源總量雖居世界第六位，可人均占有量僅為世界人均占有量的1/4，在世界排第110位，已經(jīng)被聯(lián)合國列為13個貧水國家之一，也是農(nóng)業(yè)水資源短缺的國家之一。中國農(nóng)業(yè)用水占用水總量的70%，是水資源開發(fā)利用的大戶。

近二十多年來，隨著人口的增加，國民經(jīng)濟的高速發(fā)展及工業(yè)化、城市化進程的加快，城市與農(nóng)村、工業(yè)與農(nóng)業(yè)爭水的矛盾越來越突出，造成農(nóng)業(yè)水資源的嚴重缺失。有專家預(yù)測，21世紀水資源短缺對我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的制約作用可能超過耕地資源。因此，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中合理用水、節(jié)約用水已成為當今最重要的研究課題之一。

溫家寶總理在今年的政府工作報告中指出，要加快農(nóng)業(yè)科技進步，加強農(nóng)業(yè)農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。要搞好灌區(qū)配套改造和小型農(nóng)田水利建設(shè)，大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，加大土地開發(fā)整理復(fù)墾力度，大規(guī)模建設(shè)旱澇保收的標準基本農(nóng)田。

張家口冀雨科技有限公司于2009年在時代的大背景下應(yīng)運而生，是一家以科技創(chuàng)新為企業(yè)發(fā)展的根本推動力，專業(yè)從事節(jié)水灌溉控制、精準農(nóng)業(yè)測控及信息系統(tǒng)平臺的高科技公司，目前已擁有多項國家發(fā)明專利，技術(shù)居國際先進水平。總經(jīng)理趙致鈞畢業(yè)于蘭州大學(xué)物理系，從事計算機相關(guān)應(yīng)用開發(fā)二十幾年，醉心于計算機技術(shù)開發(fā)，針對我國節(jié)水灌溉控制器高端市場被國外產(chǎn)品統(tǒng)治的局面，他不甘心，立志成為中國國產(chǎn)節(jié)水灌溉高端市場的佼佼者，打破國外產(chǎn)品一統(tǒng)天下的局面，為我國農(nóng)業(yè)提供實用的、用得起的最新技術(shù)產(chǎn)品。技術(shù)創(chuàng)新首先是觀念的突破。經(jīng)過分析研究，趙致鈞決定不開發(fā)跟隨產(chǎn)品，而是充分利用目前世界先進技術(shù)，開發(fā)更適合我國客戶當前需求的產(chǎn)品。

經(jīng)過三年的努力，冀雨實現(xiàn)了的第一個目標—開發(fā)出了“基于智能手機的節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)”。該系統(tǒng)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，是將當前最先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于節(jié)水灌溉，其原理是通過遠程無線與本地近程無線通信的無縫連接，建立基于智能手機的遠程無線測控平臺、中間件以及智能手機客戶端，實現(xiàn)了對節(jié)水灌溉系統(tǒng)特別是中心支軸式噴灌機的不限距離的遠程控制和實時狀態(tài)監(jiān)測。這是我國首個將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于節(jié)水灌溉的實用產(chǎn)品，解決了大到大型農(nóng)場、小到個體農(nóng)戶都感到非常迫切需要解決的節(jié)水灌溉費時費力費人工的問題。該套產(chǎn)品填補了國內(nèi)空白，達到國際先進水平，一推出就受到國內(nèi)農(nóng)業(yè)科研單位和農(nóng)場客戶的歡迎。

該系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件系統(tǒng)主要包括服務(wù)器、智能手機或PC機，以及田間集控器、中心控制器、泵控制器、閥控制器以及各種智能無線傳感器等。軟件系統(tǒng)包括灌溉助理服務(wù)器軟件和客戶端軟件（見圖1）。

圖1 系統(tǒng)軟件架構(gòu)示意圖

為管理方便，灌區(qū)的全部噴灌機可分成若干組。每組中心支軸式噴灌機配一臺SS2001田間集控器和一臺SS6501中心控制器；中心支軸式噴灌機的每一塔架配一臺SS6731塔架傳感器；每臺水泵配一臺SS6601水泵控制器。可選配SS6711無線智能液體壓力傳感器、SS66712智能無線土壤溫度傳感器、SS6715 無線智能雨量傳感器、SS6713無線智能土壤水分傳感器，以實現(xiàn)種植環(huán)境的全面檢測，并進一步實現(xiàn)根據(jù)環(huán)境的自動灌溉控制。

錦囊谷? 灌溉助理客戶端通過操控界面獲取操作者發(fā)出的操控命令，通過運營商遠程無線網(wǎng)絡(luò)（GSM/GPRS/3G）或?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)將其發(fā)給錦囊谷?灌溉助理服務(wù)器；錦囊谷?灌溉助理服務(wù)器通過運營商遠程無線網(wǎng)絡(luò)（GSM/GPRS/3G）將操控命令傳給水手?SS2000系列田間集控器；水手?SS2000系列田間集控器轉(zhuǎn)化為本地命令，通過本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)將操控命令發(fā)給水手?SS6500系列中心控制器或水手?SS6600系列泵控制器、閥控制器；水手?SS6500系列中心控制器或水手?SS6600系列泵控制器、閥控制器執(zhí)行控制命令，實現(xiàn)對中心支軸式噴灌機或泵、閥的遠程操控。

另一方面，系統(tǒng)中的水手?SS6700系列智能無線傳感器將采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)傳給水手?SS2000系列田間集控器，水手?SS2000系列田間集控器通過運營商遠程無線網(wǎng)絡(luò)（GSM/GPRS/3G）將數(shù)據(jù)傳給錦囊谷?灌溉助理服務(wù)器，錦囊谷?灌溉助理服務(wù)器通過運營商遠程無線網(wǎng)絡(luò)（GSM/GPRS/3G）或?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳給錦囊谷?灌溉助理客戶端，錦囊谷?灌溉助理客戶端以易于理解的界面顯示出來。錦囊谷?灌溉助理服務(wù)器同時記錄操控的歷史和傳感器采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)歷史，供查詢、統(tǒng)計、分析之用。具體工作過程如圖2所示。

圖2 冀雨灌溉助理系統(tǒng)典型工作過程示意圖

該系統(tǒng)主要功能：1.通過智能手機遠程遙控，可實現(xiàn)中心支軸式噴灌機電源通斷，機組啟停，行走方向和運行速度，以及水泵運行和停機等遠程控制；2.在智能手機上顯示中心支軸式噴灌機的運行狀態(tài)；3.實時檢測電壓、水壓、地溫、土壤濕度；4.一部手機可遠程控制多臺中心支軸式噴灌機；5.一臺中心支軸式噴灌機也可受控于多臺智能手機；6.當中心支軸式噴灌機的某一塔架發(fā)生故障，系統(tǒng)會向發(fā)送智能手機報警；7.可在手機上進行參數(shù)配置；8.可設(shè)定為自動控制模式，在此模式下，通過依據(jù)實時測量的土壤濕度等環(huán)境因素自動控制灌溉。9.查詢統(tǒng)計灌溉過程，以及降雨、光照、地溫、土壤水分等環(huán)境的數(shù)據(jù)歷史。

冀雨灌溉助理系統(tǒng)的特點：1.全程無線連接，省去布線的投資、施工的時間和線路維護的煩惱；2.操控界面全中文，傻瓜化，操作簡單；3.遙控距離不受限制，只要有手機信號的地方就可以控制；4.檢測控制操控順序，保證不出現(xiàn)誤操作；5、進入操控界面時，自動偵測并顯示當前噴灌機狀態(tài)；6.發(fā)生報警時，提醒信息自動定時重發(fā)，直到得到報警處理的響應(yīng)，保證報警及時得到處理；7.內(nèi)部身份認證機制，保證操控獨立性和安全性；8.完全保留傳統(tǒng)操控方式，在智能控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，還可使用傳統(tǒng)手工方式控制；9.具備全自動控制模式，在此模式下系統(tǒng)無需人工干預(yù)；10.具備自檢測功能，維護簡單易行。

精準農(nóng)業(yè)是未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，精準灌溉是伴隨著精準農(nóng)業(yè)的產(chǎn)生而產(chǎn)生，并伴隨著精準農(nóng)業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。當前，農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)正日益走向精準化和可控化，根據(jù)作物的需水量進行適時、適量的灌溉，才能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)今后發(fā)展的要求。因此，冀雨制定了自己的使命：以智能化、數(shù)字化、電子化、自動化技術(shù)服務(wù)于農(nóng)業(yè)，用高科技的理念打造中國智慧農(nóng)場。

農(nóng)博會上介紹手機控制灌溉系統(tǒng)