CN109863870B - 一种农业灌溉水利监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种农业灌溉水利监控系统，射频卡机井灌溉控制子系统配置管理机收费模块，机井计量射频卡收费控制箱以及射频卡；管理机收费模块给射频卡提供充值端口；机井计量射频卡收费控制箱靠近机井安装；射频卡分发至每个需要灌溉的农户；农户基于充值后的射频卡在机井计量射频卡收费控制箱使用机井取水灌溉；射频控制器获取农业灌溉监控服务器预设的机井用水用电计费方式，基于当前预设的机井用水用电计费方式使机井计量射频卡收费控制箱对射频卡执行扣费方式。实现了水文控制，促进了农业灌溉节约用水、计划用水、监控用水，为实现防涝抗旱、科学用水、水资源统一管理和优化配置，推动水利发展。提高农业现代化管理水平，实现了节水灌溉。

Description

一种农业灌溉水利监控系统

技术领域

本发明涉及农业灌溉技术领域，尤其涉及一种农业灌溉水利监控系统。

背景技术

农业灌溉是指对农业耕作区进行的灌溉作业。目前农业耕作的灌溉通常是基于农户基于自身经验来进行灌溉。灌溉过程中通过就地取水，或者通过连接机井取水来进行灌溉。由于对灌溉用水缺乏有效的治理和监控，容易导致大水漫灌，或者农户在灌溉完成后不及时停止机井输出，或者没有科学的，有针对性的灌溉，导致灌溉用水极大的浪费，而且机井在过量用水后，在进入旱季时，由于未保证机井储备一定量的水源，导致无法及时供应水源，影响庄家生长。

现有技术中，农户只能通过天气预报或者广播等传媒获取天气情况，导致天气情况的获取有一定的滞后性，导致无法随时随地的调整灌溉用水。还无法基于土壤的状态，肥料的状态来随时随地的调整灌溉用水。

虽然目前有的区域采用了灌溉收费的方式来管理，比如申请号为201710592526.7，公开了远程灌溉收费管理系统，该文件通过供水计费中心、手机APP分别与第三方支付系统连接，解决了机井灌溉管理中长期存在的水费计量不准、浪费水资源的问题。但是该文件无法有效的对机井进行控制，无法结合浇灌时长，农田肥料信息以及供水的稳定信息来进行有效的监控，保证灌溉水有效的利用。农业灌溉水利监控装置通常设置在室外，无人看守，容易被盗窃，或被破坏而影响使用。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种农业灌溉水利监控系统，其特征在于，包括：农业灌溉监控服务器，农业水权水价管理数据云平台以及设置在灌溉区域的数据采集控制器，射频卡机井灌溉控制子系统以及射频控制器；

射频卡机井灌溉控制子系统以及射频控制器分别通过数据采集控制器与农业灌溉监控服务器通信连接；农业水权水价管理数据云平台储存农业灌溉监控服务器的数据信息；

射频卡机井灌溉控制子系统配置有管理机收费模块，机井计量射频卡收费控制箱以及射频卡；管理机收费模块用于给射频卡提供充值端口；机井计量射频卡收费控制箱靠近机井安装；射频卡分发至每个需要灌溉的农户；农户基于充值后的射频卡在机井计量射频卡收费控制箱使用机井取水灌溉；

射频控制器设置在机井计量射频卡收费控制箱内部，射频控制器用于获取农业灌溉监控服务器预设的机井用水用电计费方式，并基于当前预设的机井用水用电计费方式使机井计量射频卡收费控制箱对射频卡执行扣费方式。

优选地，机井计量射频卡收费控制箱内部设置控制器，射频控制器、流量计；射频控制器、流量计分别连接控制器，控制器通过数据采集控制器和农业灌溉监控服务器通讯，控制器定时把灌溉数据上报到农业灌溉监控服务器；控制器用于农户在浇地前在机井计量射频卡收费控制箱使用机井取水灌溉，浇地完成后再次刷卡关闭水泵，在本次内浇地过程中用了多少电费或水费，自动从射频卡内扣除；

控制器实时上传工作状态及消费情况；农业灌溉监控服务器为每台控制器配置设备地址，用户持卡刷卡浇地；

控制器连接机井灌溉系统，对机井灌溉数据进行监测；控制器配置有时间控制模块，GPRS远程控制水泵启停模块，远程遥测模块，远程设置表底值模块，数据定时上报模块，故障主动上报模块，用于获取并显示机井灌溉子系统的机井信息，通过数据采集控制器将机井信息传输至农业灌溉监控服务器；

当发生故障或报警时，控制器主动把故障或报警信息上报给农业灌溉监控服务器；当水井的年取水量超过所设的开采量时，控制器自动控制停泵；控制器具有定时上报功能，定时上报间隔设置。

优选地，还包括：物联网水肥一体化子系统；

物联网水肥一体化子系统用于将灌溉与施肥融能为一体，借助压力系统或地形自然落差，将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统供水、供肥，使肥水融后，通过管道和滴头形成滴灌、均匀、定时、定量、浸润作物根系发育生长区域，使主要根系土壤始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的作物和需肥特点，土壤环境和养分含量状况；作物不同生长期需水，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按预设比例直接提供给作物；

物联网水肥一体化子系统运用传感器实现数据采集，将种植区域的环境数据、影像，历史数据报表、曲线，农事活动、灌溉施肥情况信息通过数据采集控制器传输至农业灌溉监控服务器；

农业灌溉监控服务器通过智能水源信息监控终端对农户随时随地查询、监控，帮助农业生产、经营、管理和服务。

优选地，还包括：土壤墒情监测子系统以及气象站监测子系统；

土壤墒情监测子系统用于获取土壤温度，土壤水分信息，并对土壤信息进行存储、传输和管理；土壤墒情监测子系统配置有主机，采集器，数据存储装置，支持RS485的传感器；主机采用液晶触摸屏显示；主机将土壤信息通过数据采集控制器上传至农业灌溉监控服务器；使农业灌溉监控服务器基于当前土壤信息，基于控制器控制灌溉水量；

气象站监测子系统用于测量风速、风向、气温、气温、气压、辐射、雨量、蒸发数据；气象站监测子系统配置有数据记录仪、传感器、保护箱、防辐射罩、风杆以及太阳能供电装置；

气象站监测子系统还配置有气象要素监测软件，气象要素监测软件在电脑上运行，显示实时气象数据、历史气象数据，及各类气象统计图表并有打印功能；

气象站监测子系统将气象信息通过数据采集控制器上传至农业灌溉监控服务器；使农业灌溉监控服务器基于当前气象信息，基于控制器控制灌溉水量。

优选地，控制器包括：农田用水户剩余金额用水量计算模块，农田浇灌用水量控制模块以及浇灌时长控制模块；

农田用水户剩余金额用水量计算模块用于计算农田用水户当前剩余充值金额可用水量为Q1＝G/W，G为农田用水户当前剩余充值金额，W为水价制定管理模块根据不同的农田种植作物及用水量信息设置的每立方用水量价格，当农田用水户当前剩余充值金额为零时，停止供水；当当前农田用水户当前剩余充值金额可用水量不满足当前农田浇灌用水量时，发出报警提示；

农田浇灌用水量控制模块用于农田浇灌控制用水量为Q2＝(100％-N％)xR；N为当前农田达到预设用水量的百分比，R为农田浇灌承载水总量；N％为按10％的阶梯将当前农田达到预设用水量进行分割，预设农田当前所需要的浇灌用水量百分比；当Q2达到预设值时，停止对农田进行浇灌；

浇灌时长控制模块用于设置农田所用浇灌时间，农田所用浇灌时间t＝Q3/Z+(Q3/Z)xθ，Q3选取Q1和Q2的最小值；Z为农田输水端口的输水流量，θ为修正值取0.3至0.45之间；每经过一预设时长获取Z值，Q1和Q2；当t达到预设时长时，停止对农田进行浇灌。

优选地，还包括：水厂提水站监测子系统和变频恒压供水子系统；

水厂提水站监测子系统用于运程监测水厂数据信息；水厂提水站监测子系统配置有远程控制加压泵组启停的端口，监控存储装置，人机界面操作界面，手动控制、自动控制、远程控制加压泵组的启停切换功能，报警功能；

变频恒压供水子系统用于维持水压恒定；基于预设控制方式，实现多台泵自动切换运行；当外界停止用水时，变频恒压供水子系统处于睡眠状态，直至有用水需求时自动唤醒；配置在线调整PID参数端口，泵组及线路保护检测报警；

变频恒压供水子系统还用于将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行比较，当管网压力不足时，变频器增大输出频率，水泵转速加快，供水量增加，迫使管网压力上升；反之水泵转速减慢，供水量减小，管网压力下降，保持恒压供水；

变频恒压供水子系统采用压力传感器、PLC和变频器作为中心控制装置，实现所需功能；输配电设备网安装在管网干线上的压力传感器，用于检测管网的水压，将压力转化为4～20mA的电流或者是0～10V的电压信号，提供给变频器；变频器是水泵电机的控制设备，能按照水压恒定需要将0～50Hz的频率信号供给水泵电机，调整其转速，预先编置好的参数集，将使用过程中所需设定的参教数量减小到最小，参数的缺省值依应用宏的选择而不同；系统采用PID控制的应用宏，进行闭环控制；变频器根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用PID控制宏自动调节，改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速，以保证管网压力恒定要求。

优选地，机井计量射频卡收费控制箱包括箱体、箱盖、水管、管接头、流量计、电动阀和电池；所述水管固定安装在箱体内，所述管接头设有两个，所述管接头固定安装在箱体上并与水管连接，所述流量计和电动阀均安装在水管上，所述控制器安装在箱体内并分别与流量计和电动阀连接，所述电池固定安装在箱体内并分别与流量计、电动阀和控制器连接；所述箱盖铰接在箱体上，所述箱盖和箱体上设有匹配的卡扣；所述箱体上设有手提把手，所述箱体的底部设有轮，所述箱体上设有伸缩拉杆；所述管接头上设有内螺纹。

优选地，所述卡扣包括卡钩安装板、卡钩、卡柱和弹簧；所述卡钩安装板枢接在箱盖上，所述卡钩可滑动的安装在卡钩安装板上，所述卡钩上固设有拨片；所述卡柱固定安装在箱体上，所述卡钩与卡柱匹配；所述弹簧安装在卡钩和卡钩安装板之间；所述卡钩安装板上设有长孔，所述卡钩上固设有与长孔滑动配合的销。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明中农业灌溉监控服务器，农业水权水价管理数据云平台以及设置在灌溉区域的数据采集控制器，射频卡机井灌溉控制子系统以及射频控制器，实现了水文控制，促进了农业灌溉节约用水、计划用水、监控用水，为实现防涝抗旱、科学用水、水资源统一管理和优化配置，推动水利发展。提高农业现代化管理水平，实现了节水灌溉。

实现了将灌溉与施肥融能为一体，借助压力系统或地形自然落差，将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统供水、供肥，使肥水融后，通过管道和滴头形成滴灌、均匀、定时、定量、浸润作物根系发育生长区域，使主要根系土壤始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的作物和需肥特点，土壤环境和养分含量状况；作物不同生长期需水，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按预设比例直接提供给作物；

实现了可根据用户需要测量的气象要素，灵活增加或减少相应的模块和传感器，任意组合，方便、快捷的满足各类用户的需求。系统自带显示、自动保存、时钟、数据通讯等功能。该自动气象站有技术先进，测量精度高，数据容量大，遥测距高远，人机界面友好，可靠性高的优点。

实现了使用时通过管接头与给水栓或农用水带连接，使用完毕后能够通过手提把手或轮和伸缩拉杆方便的移动，因此可以避免机井计量射频卡收费控制箱受到长期的风吹、日晒、雨林，延长其使用寿命，还能够避免因无人看守而被盗窃。

附图说明

图1为农业灌溉水利监控系统整体示意图；

图2为农业灌溉水利监控系统实施例示意图；

图3为农业灌溉水利监控系统实施例示意图；

图4为物联网水肥一体化子系统实施例示意图；

图5为机井计量射频卡收费控制箱的立体图；

图6为机井计量射频卡收费控制箱的俯视图；

图7为卡扣卡紧状态的结构示意图。

图8为卡扣打开状态的结构示意图。

图9为机井计量射频卡收费控制箱的使用状态参考图。

具体实施方式

本发明提供一种农业灌溉水利监控系统，如图1所示，包括：农业灌溉监控服务器21，农业水权水价管理数据云平台22以及设置在灌溉区域的数据采集控制器23，射频卡28机井灌溉控制子系统24以及射频控制器25；

射频卡28机井灌溉控制子系统24以及射频控制器25分别通过数据采集控制器23与农业灌溉监控服务器21通信连接；农业水权水价管理数据云平台22储存农业灌溉监控服务器21的数据信息；

射频卡28机井灌溉控制子系统24配置有管理机收费模块26，机井计量射频卡收费控制箱27以及射频卡28；管理机收费模块26用于给射频卡28提供充值端口；机井计量射频卡收费控制箱27靠近机井安装；射频卡28分发至每个需要灌溉的农户；农户基于充值后的射频卡28在机井计量射频卡收费控制箱27使用机井取水灌溉；

管理机收费系统给射频卡28充值，每个村一台，由管理员负责。机井计量射频卡收费控制箱27安装在农田机井旁边，可为多个。射频卡28是由每个需要灌溉的农户，一户一卡。农户拿卡去管理员那里充值，充值后去农田刷机并计量收费控制箱。既可以按电量收费，也可按水量收费，一机多卡，农户划卡浇地，控制器只认卡不认人，系统成功解决了农村井农田长期存在的电费、水费计量不准及人为浪费严重的现象。

射频控制器25设置在机井计量射频卡收费控制箱27内部，射频控制器25用于获取农业灌溉监控服务器21预设的机井用水用电计费方式，并基于当前预设的机井用水用电计费方式使机井计量射频卡收费控制箱27对射频卡28执行扣费方式。

射频控制器25是专为灌溉机井用水用电收费，可以按、水量、电量、水电或时间收费。控制器采用了当今最先进的微电脑技术、射频技术、自动控制技术和防雷击保护技术，有数码管显示、液晶显示，采用IC卡收费，一机多卡，卡内余额用完自动停泵，机井收费控制器和电表、交流接触器等安装在一个机箱内，构成机井IC卡收费控制系统。机井IC卡收费控制箱和机井收费管理机以及用户卡一起构成了机井灌溉收费管理系统，控制器只认卡不认人，系统成功解决了农村井农田长期存在的电费、水费计量不准、拖欠及人为浪费严重的现象。

本发明中，机井计量射频卡收费控制箱内部设置控制器，射频控制器、流量计；射频控制器、流量计分别连接控制器，控制器通过数据采集控制器和农业灌溉监控服务器通讯，控制器定时把灌溉数据上报到农业灌溉监控服务器；控制器用于农户在浇地前在机井计量射频卡收费控制箱使用机井取水灌溉，浇地完成后再次刷卡关闭水泵，在本次内浇地过程中用了多少电费或水费，自动从射频卡内扣除；

控制器实时上传工作状态及消费情况；农业灌溉监控服务器为每台控制器配置设备地址，用户持卡刷卡浇地；

控制器连接机井灌溉系统，对机井灌溉数据进行监测；控制器配置有时间控制模块，GPRS远程控制水泵启停模块，远程遥测模块，远程设置表底值模块，数据定时上报模块，故障主动上报模块，用于获取并显示机井灌溉子系统的机井信息，通过数据采集控制器将机井信息传输至农业灌溉监控服务器；

机井信息包括：机井总用电量、机井的总取水量、年取水量、瞬时流量、当前水位以及箱门开关状态、供电状态、用户余额状态、遥控状态、电表工作状态，剩余水量、剩余电量、累积水量、瞬时流量、机井水位、管道压力数据。

当发生故障或报警时，控制器主动把故障或报警信息上报给农业灌溉监控服务器；当水井的年取水量超过所设的开采量时，控制器自动控制停泵。控制器具有定时上报功能，定时上报间隔可以设置。

机井计量射频卡收费控制箱还配置有显示屏，采用汉显液晶显示，可以显示剩余水量、剩余电量、累积水量、瞬时流量、机井水位、当前时间、土壤墒情、管道压力等数据。通过通讯网络以把相关数据传送给农业灌溉监控服务器，由农业灌溉监控服务器对多眼水井的用水情况以及水位、水质等参数进行统一监测管理，并形成多种历史数据曲线和数据报表，便于水利部门及时了解掌握本地区的用水情况、及时征收水资源费，并进行相应的控制调节。流量计可以包括超声波流量计、电磁流量计、涡轮流量计，具有1路RS485接口。

用户第一次查询余额，第二次刷卡打开水泵，同时卡内数据转移到控制器上，而且控制器自动把用户的刷卡开泵信息通过无线方式上报的计算机，第二次刷卡关闭水泵，同时取走数据(即控制器上的计量数据转移到用户卡内)。控制器自动维护用户的刷卡关系信息，通过无线方式上报给控制器，用户刷射频卡开关泵时形成的刷卡记录自动存储在控制器内，便于丢卡用户查询数据，补卡使用。一个区域内的射频卡只能在本区域刷卡用水，不能到另一个区域用水。

如果在控制器中实现，本发明涉及一种装置，例如可以作为控制器或者集成电路装置，诸如集成电路芯片或芯片组。可替换地或附加地，如果软件或固件中实现，所述技术可实现至少部分地由计算机可读的数据存储介质，包括指令，当执行时，使处理器执行一个或更多的上述方法。例如，计算机可读的数据存储介质可以存储诸如由处理器执行的指令。

控制器可以是软件和/或固件由处理电路包括一个或多个处理器执行，如一个或多个数字信号处理器(DSP)，通用微处理器，特定应用集成电路(ASICs)，现场可编程门阵列(FPGA)，或者其它等价物把集成电路或离散逻辑电路。因此，术语“处理器，”由于在用于本文时可以指任何前述结构或任何其它的结构更适于实现的这里所描述的技术。另外，在一些方面，本公开中所描述的功能可以提供在软件模块和硬件模块。

进一步需要说明的是，控制器包括：农田用水户剩余金额用水量计算模块，农田浇灌用水量控制模块以及浇灌时长控制模块；

农田用水户剩余金额用水量计算模块用于计算农田用水户当前剩余充值金额可用水量为Q1＝G/W，G为农田用水户当前剩余充值金额，W为水价制定管理模块根据不同的农田种植作物及用水量信息设置的每立方用水量价格，当农田用水户当前剩余充值金额为零时，停止供水；当当前农田用水户当前剩余充值金额可用水量不满足当前农田浇灌用水量时，发出报警提示；

农田浇灌用水量控制模块用于农田浇灌控制用水量为Q2＝(100％-N％)xR；N为当前农田达到预设用水量的百分比，R为农田浇灌承载水总量；N％为按10％的阶梯将当前农田达到预设用水量进行分割，预设农田当前所需要的浇灌用水量百分比；当Q2达到预设值时，停止对农田进行浇灌；

浇灌时长控制模块用于设置农田所用浇灌时间，农田所用浇灌时间t＝Q3/Z+(Q3/Z)xθ，Q3选取Q1和Q2的最小值；Z为农田输水端口的输水流量，θ为修正值取0.3至0.45之间；每经过一预设时长获取Z值，Q1和Q2；当t达到预设时长时，停止对农田进行浇灌。

进一步需要说明的是，如图5至图9所示，机井计量射频卡收费控制箱包括箱体1、箱盖2、水管3、管接头4、流量计5、电动阀6、控制器7和电池8。

水管3固定安装在箱体1内，管接头4设有两个，管接头4固定安装在箱体1上并与水管3连接，管接头4上设有内螺纹，用于与具有外螺纹管接头的农用水带连接。

流量计5和电动阀6均安装在水管3上，控制器7安装在箱体1内并分别与流量计5和电动阀6连接，用于计量用水量和控制出水量。电池8固定安装在箱体1内并分别与流量计5、电动阀6和控制器7连接，箱体1上设有充电孔，用于为电池8充电。

箱盖2铰接在箱体1上，箱盖2和箱体1上设有匹配的卡扣。卡扣包括卡钩安装板12、卡钩13、卡柱14和弹簧15。卡钩安装板12枢接在箱盖2上。卡钩13可滑动的安装在卡钩安装板12上，具体的，卡钩安装板12上设有长孔17，卡钩13上固设有与长孔17滑动配合的销18。卡钩13上固设有拨片16，用于拨动卡钩13。卡柱14固定安装在箱体1上，卡钩13与卡柱14匹配。弹簧15安装在卡钩13和卡钩安装板12之间。扣合箱盖2后，拨动拨片16，使卡钩12相对卡钩安装板12滑动，然后松开拨片16，卡钩13在弹簧15的作用下卡住卡柱14，使箱盖2与箱体1保持紧密的扣合状态，防止水进入箱体。需要打开箱盖2时，拨动拨片16并使卡钩安装板12绕其枢接轴旋转，使卡钩13脱离卡柱14，从而快速打开卡扣。箱体1上设有手提把手9，便于手提本机井计量射频卡收费控制箱。箱体1的底部设有轮10，箱体1上设有伸缩拉杆11，便于拖动机井计量射频卡收费控制箱。

使用时通过管接头与给水栓或农用水带连接，使用完毕后能够通过手提把手或轮和伸缩拉杆方便的移动，因此可以避免机井计量射频卡收费控制箱受到长期的风吹、日晒、雨林，延长其使用寿命，还能够避免因无人看守而被盗窃。

本发明中，数据采集控制器采用太阳能供电；

数据采集控制器配置有ARM/32位单片机，AIR208通信模组，支持短消息、专线、VPN专网；支持动态域名解析组网；支持多通道传输数据，支持与多中心进行数据通信，同时内置软硬件看门狗；不死机，不掉线。

支持UDP、TCP协议；支持远程升级，远程设置参数；采用上位机召测的数据上报方式：扩展支持定时上报、数据变化上报等上报方式。

本发明中，射频卡机井灌溉控制子系统配置有开机确认功能，第一次刷卡查询卡中信息，如果确认需要开机，经过预设时长后，第二次刷卡开启水泵；可有效避免用水户刷卡查询信息时误开机泵，以至于撑坏输水管道、浪费卡中余额、浪费水资源。

配置有现场查询端口，用户在使用状态下，查询卡中余额信息；但是不影响使用的用水户数据，也不影响机泵正常运转。

配置有避雷器防雷击装置：可有效避免野外使用环境下的雷击现象。配置有延时20秒停机功能；在用水完毕刷卡结算后不停泵状态下20秒内其他用水户可以接着刷卡继续用水，能避免频繁启闭机泵从而保护机泵。配置有通风式箱体或全封闭式箱体：配置有预收水费、自动计费、无费自动切断水泵电机电源功能；配置有历史记录查询功能；具有一井多卡、一卡多井功能，可控制管理的范围数量大，能力强。具有停电自动保存数据功能：停电后数据不丢失，来电后可继续别卡使用。配置有电机缺相保护、过流保护、满电保护功能；配置有扩展显示功能，可显示累积用水量、剩余用水量、瞬时流量信息数据；可实现无人值守自主灌溉，节省管理人员，用水户自行刷卡浇地。支持数据远程传输功能、信息采集功能、信息召测功能、下载及打印功能。结构设计综合考虑农田井农田使用的特点，结构安全，具有伪装性，防偷盗、防破坏。

本发明中，如图2至4所示，还包括：物联网水肥一体化子系统29；

物联网水肥一体化子系统29用于将灌溉与施肥融能为一体，借助压力系统或地形自然落差，将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统供水、供肥，使肥水融后，通过管道和滴头形成滴灌、均匀、定时、定量、浸润作物根系发育生长区域，使主要根系土壤始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的作物和需肥特点，土壤环境和养分含量状况；作物不同生长期需水，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按预设比例直接提供给作物；

物联网水肥一体化子系统29运用传感器实现数据采集，将种植区域的环境数据、影像，历史数据报表、曲线，农事活动、灌溉施肥情况信息通过数据采集控制器传输至农业灌溉监控服务器；

农业灌溉监控服务器通过智能水源信息监控终端对农户随时随地查询、监控，帮助农业生产、经营、管理和服务。及时发现并解决问题，实现农业的高产、高效、优质、生态和安全。

物联网水肥一体化子系统29灌溉施肥效快，养分利用率提高。可以避免肥料施在较干的表土层易引起的挥发损失、溶解慢，肥效发挥慢的问题；尤其避免了尿素态氨肥施在地表挥发损失的问题，既节约氨已又有利于环境保护。所以水肥一体化技术使肥料的利用率大幅度提高。灌溉施肥体系比常规施肥节省肥料50％-70％；同时，大大降低了设施蔬菜和果园中因过量施肥而造成的水体污染问题。由于水肥体化技术通过人为定量调控，满足作物在关键生育期“吃饱喝”的需要，杜绝了任何缺素症状，因而在生产上可达到作物的产量和品质均良好的目标。

进一步需要说明的是，还包括：土壤墒情监测子系统31以及气象站监测子系统32；

土壤墒情监测子系统31用于获取土壤温度，土壤水分信息，并对土壤信息进行存储、传输和管理；土壤墒情监测子系统配置有主机，采集器，数据存储装置，支持RS485的传感器；主机采用液晶触摸屏显示；主机将土壤信息通过数据采集控制器上传至农业灌溉监控服务器；使农业灌溉监控服务器基于当前土壤信息，基于控制器控制灌溉水量；

土壤墒情监测子系统31采用模块化设计，功能齐全，层次分明，接口简单，可扩展性高，可根据用户需要灵活设定各参数的采样周期和存储周期、巡测数据及分析数据等。

土壤墒情监测子系统所涉及的设备满足野外作业需求，具有防风、防雨、防尘等功能，满足IP65防护等级；主机采用液晶触摸屏显示，方便客户现场分析数据；采集器同时支持GPRS无线传输方式，可将数据信息传输至指定的气象服务器以及农业灌溉监控服务器，实现数据的远程控制和传输；支持农户手机接收查看当前实时数据，并设定参数；采集器:支持DC9-24V输入，电源具有防反接、脉冲群、防雷、防静电等保护措施。数据存储装置带标准的SD卡座，支持扩展；自带标准的USB2.0接口，可以使用U盘进行数据的导出操作。土壤墒情监测子系统支持RS485传感器即插即用，方便功能扩展、屏蔽或接入其他传感器；土壤墒情监测子系统可以独立运行工作，无需连接电脑等辅助设备及可完成参数设定、数据导出等功能。

气象站监测子系统32用于测量风速、风向、气温、气温、气压、辐射、雨量、蒸发数据；气象站监测子系统配置有数据记录仪、传感器、保护箱、防辐射罩、风杆以及太阳能供电装置；

气象站监测子系统32还配置有气象要素监测软件，气象要素监测软件在电脑上运行，显示实时气象数据、历史气象数据，及各类气象统计图表并有打印功能；

气象站监测子系统将气象信息通过数据采集控制器上传至农业灌溉监控服务器；使农业灌溉监控服务器基于当前气象信息，基于控制器控制灌溉水量。

气象站监测子系统32采用模块化设计，可根据用户需要测量的气象要素，灵活增加或减少相应的模块和传感器，任意组合，方便、快捷的满足各类用户的需求。系统自带显示、自动保存、时钟、数据通讯等功能。该自动气象站有技术先进，测量精度高，数据容量大，遥测距高远，人机界面友好，可靠性高的优点。

数据记录仪与所有传感器均通过电缆连接，数据记录仪独立工作，自带LCD显示屏、时钟、存储器，显示各项气象数据，记录仪带RS232口，可与电脑连接。风杆用于固定各个传感器、保护箱、防辐射罩。保护箱用于固定数据记录仪；防辐射罩用于放置大温度传感器、大气湿度传感器、大气压力传感器。

本发明中，系统还包括：水厂提水站监测子系统33和变频恒压供水子系统34；

水厂提水站监测子系统33用于运程监测水厂数据信息；水厂提水站监测子系统配置有远程控制加压泵组启停的端口，监控存储装置，人机界面操作界面，手动控制、自动控制、远程控制加压泵组的启停切换功能，报警功能；

水厂数据信息包括：进出水流量、水池水位、出厂压力、水质以及加压泵组、配电设备、消毒设施的运行状态，蓄水池水位、出厂流量和水质，加压泵组的启停状态、电压、电流、电能，安防报警状态，配电设备状态；水厂提水站监测子系统可对水厂内重要部位实施视频监控。

报警功能是电流过大、水位过低、压力过高、控制柜保护、配电故障、闲人进入等状况发生时，立即上报告警信息。

变频恒压供水子系统34用于维持水压恒定；基于预设控制方式，实现多台泵自动切换运行；当外界停止用水时，变频恒压供水子系统处于睡眠状态，直至有用水需求时自动唤醒；配置在线调整PID参数端口，泵组及线路保护检测报警；

变频恒压供水子系统34还用于将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行比较，当管网压力不足时，变频器增大输出频率，水泵转速加快，供水量增加，迫使管网压力上升；反之水泵转速减慢，供水量减小，管网压力下降，保持恒压供水；

变频恒压供水子系统采用压力传感器、PLC和变频器作为中心控制装置，实现所需功能。输配电设备网安装在管网干线上的压力传感器，用于检测管网的水压，将压力转化为4～20mA的电流或者是0～10V的电压信号，提供给变频器。变频器是水泵电机的控制设备，能按照水压恒定需要将0～50Hz的频率信号供给水泵电机，调整其转速，预先编置好的参数集，将使用过程中所需设定的参教数量减小到最小，参数的缺省值依应用宏的选择而不同。系统采用PID控制的应用宏，进行闭环控制。变频器根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用PID控制宏自动调节，改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速，以保证管网压力恒定要求。

变频恒压供水系统是大家生产生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，而最主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。变频调速技术是种新型成熟的交流电机无极调速技术，它以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，特别是供水行业中。由于安全生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因而变频调速技术得到了更加深入的应用。恒压供水方式技术先进、水压恒定、操作方便、运行可靠、节约电能、自动化程度高。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种农业灌溉水利监控系统，其特征在于，包括：农业灌溉监控服务器，农业水权水价管理数据云平台以及设置在灌溉区域的数据采集控制器，射频卡机井灌溉控制子系统以及射频控制器；

射频卡机井灌溉控制子系统以及射频控制器分别通过数据采集控制器与农业灌溉监控服务器通信连接；农业水权水价管理数据云平台储存农业灌溉监控服务器的数据信息；

射频卡机井灌溉控制子系统配置有管理机收费模块，机井计量射频卡收费控制箱以及射频卡；管理机收费模块用于给射频卡提供充值端口；机井计量射频卡收费控制箱靠近机井安装；射频卡分发至每个需要灌溉的农户；农户基于充值后的射频卡在机井计量射频卡收费控制箱使用机井取水灌溉；

射频控制器设置在机井计量射频卡收费控制箱内部，射频控制器用于获取农业灌溉监控服务器预设的机井用水用电计费方式，并基于当前预设的机井用水用电计费方式使机井计量射频卡收费控制箱对射频卡执行扣费方式；

机井计量射频卡收费控制箱内部设置控制器、射频控制器、流量计；射频控制器、流量计分别连接控制器，控制器通过数据采集控制器和农业灌溉监控服务器通讯，控制器定时把灌溉数据上报到农业灌溉监控服务器；控制器用于农户在浇地前在机井计量射频卡收费控制箱使用机井取水灌溉，浇地完成后再次刷卡关闭水泵，在本次内浇地过程中用了多少电费或水费，自动从射频卡内扣除；

控制器实时上传工作状态及消费情况；农业灌溉监控服务器为每台控制器配置设备地址，用户持卡刷卡浇地；

控制器连接机井灌溉子系统，对机井灌溉数据进行监测；控制器配置有时间控制模块，GPRS远程控制水泵启停模块，远程遥测模块，远程设置表底值模块，数据定时上报模块，故障主动上报模块，用于获取并显示机井灌溉子系统的机井信息，通过数据采集控制器将机井信息传输至农业灌溉监控服务器；

当发生故障或报警时，控制器主动把故障或报警信息上报给农业灌溉监控服务器；当水井的年取水量超过所设的开采量时，控制器自动控制停泵；控制器具有定时上报功能，定时上报间隔设置；

控制器包括：农田用水户剩余金额用水量计算模块，农田浇灌用水量控制模块以及浇灌时长控制模块；

农田用水户剩余金额用水量计算模块用于计算农田用水户当前剩余充值金额可用水量为Q1=G/W，G为农田用水户当前剩余充值金额，W为水价制定管理模块根据不同的农田种植作物及用水量信息设置的每立方用水量价格，当农田用水户当前剩余充值金额为零时，停止供水；当当前农田用水户当前剩余充值金额可用水量不满足当前农田浇灌用水量时，发出报警提示；

农田浇灌用水量控制模块用于控制农田浇灌控制用水量为Q2=（100%-N%）xR；N%为当前农田达到预设用水量的百分比，R为农田浇灌承载水总量；

N%按10% 的阶梯将当前农田达到预设用水量进行分割，预设农田当前所需要的浇灌用水量百分比；当Q2达到预设值时，停止对农田进行浇灌；

浇灌时长控制模块用于设置农田所用浇灌时间，农田所用浇灌时间t=Q3/Z+( Q3/Z)xθ，Q3选取Q1和Q2的最小值；Z为农田输水端口的输水流量，θ为修正值取0.3至0.45之间；每经过一预设时长获取Z值，Q1和Q2；当t达到预设时长时，停止对农田进行浇灌。

2.根据权利要求1所述的农业灌溉水利监控系统，其特征在于，

还包括：物联网水肥一体化子系统；

物联网水肥一体化子系统用于将灌溉与施肥融为一体，借助压力系统或地形自然落差，将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统供水、供肥，使肥水融合后，通过管道和滴头形成滴灌，均匀、定时、定量浸润作物根系发育生长区域，使主要根系土壤始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的作物和需肥特点，土壤环境和养分含量状况，作物不同生长期需水，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按预设比例直接提供给作物；

物联网水肥一体化子系统运用传感器实现数据采集，将种植区域的环境数据、影像，历史数据报表、曲线，农事活动通过数据采集控制器传输至农业灌溉监控服务器；

农业灌溉监控服务器通过智能水源信息监控终端对农户随时随地查询、监控，帮助农业生产、经营、管理和服务。

3.根据权利要求1所述的农业灌溉水利监控系统，其特征在于，

还包括：土壤墒情监测子系统以及气象站监测子系统；

土壤墒情监测子系统用于获取土壤温度，土壤水分信息，并对土壤信息进行存储、传输和管理；土壤墒情监测子系统配置有主机，采集器，数据存储装置，支持RS485的传感器；主机采用液晶触摸屏显示；主机将土壤信息通过数据采集控制器上传至农业灌溉监控服务器；使农业灌溉监控服务器基于当前土壤信息，基于控制器控制灌溉水量；

气象站监测子系统用于测量风速、风向、气温、气压、辐射、雨量、蒸发数据；气象站监测子系统配置有数据记录仪、传感器、保护箱、防辐射罩、风杆以及太阳能供电装置；

气象站监测子系统还配置有气象要素监测软件，气象要素监测软件在电脑上运行，显示实时气象数据、历史气象数据，及各类气象统计图表并有打印功能；

气象站监测子系统将气象信息通过数据采集控制器上传至农业灌溉监控服务器；使农业灌溉监控服务器基于当前气象信息，基于控制器控制灌溉水量。

4.根据权利要求1所述的农业灌溉水利监控系统，其特征在于，

还包括：水厂提水站监测子系统和变频恒压供水子系统；

水厂提水站监测子系统用于远程监测水厂数据信息；水厂提水站监测子系统配置有远程控制加压泵组启停的端口，监控存储装置，人机界面操作界面，手动控制、自动控制、远程控制加压泵组的启停切换功能，报警功能；

变频恒压供水子系统用于维持水压恒定；基于预设控制方式，实现多台水泵自动切换运行；当外界停止用水时，变频恒压供水子系统处于睡眠状态，直至有用水需求时自动唤醒；配置在线调整PID参数端口，加压泵组及线路保护检测报警；

变频恒压供水子系统还用于将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行比较，当管网压力不足时，变频器增大输出频率，水泵转速加快，供水量增加，迫使管网压力上升；反之水泵转速减慢，供水量减小，管网压力下降，保持恒压供水；

变频恒压供水子系统采用压力传感器、PLC和变频器作为中心控制装置，实现所需功能；输配电设备网安装在管网干线上的压力传感器，用于检测管网的水压，将压力转化为4～20mA的电流或者是0～10V的电压信号，提供给变频器；变频器是水泵电机的控制设备，按照水压恒定需要将0～ 50Hz的频率信号供给水泵电机，调整其转速，预先编置好的参数集，将使用过程中所需设定的参数数量减小到最小，参数的缺省值依应用宏的选择而不同；变频恒压供水子系统采用PID控制的应用宏，进行闭环控制；变频器根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用PID控制的应用宏自动调节，改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速，以保证管网压力恒定要求。

5.根据权利要求1所述的农业灌溉水利监控系统，其特征在于，

机井计量射频卡收费控制箱包括箱体、箱盖、水管、管接头、流量计、电动阀和电池；所述水管固定安装在箱体内，所述管接头设有两个，所述管接头固定安装在箱体上并与水管连接，所述流量计和电动阀均安装在水管上，所述控制器安装在箱体内并分别与流量计和电动阀连接，所述电池固定安装在箱体内并分别与流量计、电动阀和控制器连接；所述箱盖铰接在箱体上，所述箱盖和箱体上设有匹配的卡扣；所述箱体上设有手提把手，所述箱体的底部设有轮，所述箱体上设有伸缩拉杆；所述管接头上设有内螺纹。

6.根据权利要求5所述的农业灌溉水利监控系统，其特征在于，

所述卡扣包括卡钩安装板、卡钩、卡柱和弹簧；所述卡钩安装板枢接在箱盖上，所述卡钩可滑动的安装在卡钩安装板上，所述卡钩上固设有拨片；所述卡柱固定安装在箱体上，所述卡钩与卡柱匹配；所述弹簧安装在卡钩和卡钩安装板之间；所述卡钩安装板上设有长孔，所述卡钩上固设有与长孔滑动配合的销。

7.根据权利要求1所述的农业灌溉水利监控系统，其特征在于，

数据采集控制器采用太阳能供电；

数据采集控制器配置有ARM/32位单片机，AIR208通信模组，支持短消息、专线、VPN专网；支持动态域名解析组网；支持多通道传输数据，支持与多中心进行数据通信，同时内置软硬件看门狗；

支持UDP、TCP协议；支持远程升级，远程设置参数；采用上位机召测的数据上报方式：扩展支持定时上报和数据变化上报方式。

8.根据权利要求1所述的农业灌溉水利监控系统，其特征在于，

射频卡机井灌溉控制子系统配置有开机确认功能，第一次刷卡查询卡中信息，如果确认需要开机，经过预设时长后，第二次刷卡开启水泵；配置有现场查询端口，用户在使用状态下，查询卡中余额信息；配置有避雷器防雷击装置：配置有延时20秒停机功能；配置有通风式箱体或全封闭式箱体：配置有预收水费、自动计费、无费自动切断水泵电机电源功能；配置有历史记录查询功能；配置有电机缺相保护、过流保护、满电保护功能。

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