CN202453340U

CN202453340U - 一种山地灌区环境与土壤墒情远程监测系统

Info

Publication number: CN202453340U
Application number: CN2012200108883U
Authority: CN
Inventors: 杨静; 张和喜; 袁枫; 苗永刚; 孙文强; 蒋毛席; 刘开丰
Original assignee: SHENYANG WITU AGRICULTURAL TECHNOLOGY Co Ltd; GUIZHOU WATER RESOURCES RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: SHENYANG WITU AGRICULTURAL TECHNOLOGY Co Ltd; GUIZHOU WATER RESOURCES RESEARCH INSTITUTE
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2022-01-12

Abstract

本实用新型公开一种山地灌区环境与土壤墒情远程监测系统，包括，数据信息采集模块、数据采集控制模块，数据存储传输模块，远程无线传输模块；所述数据采集控制模块信号输入端与数据信息采集模块通信连接；所述数据采集控制模块信号输出端与数据存储传输模块信连接；所述数据存储传输模块与远程无线传输模块通信连接；所述远程无线传输模块通过无线网络将数据信息传输至智能监测终端；还包括，太阳能供电模块为上述模块供电。本实用新型整体体积小，安装与维护方便，功耗低且操作简便，性能可靠，能够进行远程传输与控制，测量时不破坏土壤结构，数据采集传输准确翔实可靠，对山地复杂区域农田气象、土壤墒情可进行远程自动监测与预报。

Description

一种山地灌区环境与土壤墒情远程监测系统

技术领域

本实用新型涉及环境监测及土壤墒情监测技术领域，具体说是一种山地灌区环境与土壤墒情远程监测系统。

背景技术

水资源短缺是中国许多地区农业生产的主要限制因素。据统计，我国农田灌溉水的有效利用率不足35％。因而，根据农田作物需水特点、适种条件和土壤墒情实施定位、定时、定量的精准灌溉，最大程度提高田间水分利用率是我国农业资源利用的主要方向。根据不同地区环境气候条件、土壤肥力状况、作物种类、产量水平，实施精准灌溉，因时、因地、因作物科学灌溉，不但可以提高水资源利用率，还可降低成本，提高作物产量。

用于农业小小环境监测与土壤墒情监测是当今世界农业装备发展的新潮流，是近几年来国际上农业科学研究的热点，是由信息技术支持并定位、定时、定量实施整套现代化农事操作与管理的技术。

一方面了解灌溉区域环境气候条件与土壤墒情状况，另一方面优化使用农业水资源以获取最高产量和最大经济效益，同时减少物资使用，保护农业生态环境，保护土地等自然环境。另外，还可根据不同情况选择单纯获取高产、以适量投入获取较好经营利润或减。少资源消耗、保护生态环境等多种不同优化目标。

精准农业装备由10项技术系统组成，即全球定位系统(GPS)、农田信息采集系统(GIS)、农田遥感监测系统(RS)、农田地理信息系统、农业专家系统、智能化农业装备系统、环境监测系统、系统集成、网络化管理系统和培训系统。其核心技术是“3S”(GPS、GIS、RS)技术和计算机自动控制系统。

但是，由于山地地区地形复杂，气候条件多变，土壤墒情常常变化剧烈，而且此类区域水源稀缺，因此及时准确地了解小区域气象条件变化，预测土壤墒情变化，对于山地灌区高经济价值作物智能化精准灌溉具有重要意义，此系统的集成应用能够大大提高劳动生产率和增加劳动舒适性。

近十年迅速发展起来的现场总线技术，实现了控制系统分散化、网络化、智能化。由于它为恶劣工作环境而设计，保证了系统运行的高可靠性和实时性，已为现代农业控制系统的最佳选择。

灌区环境气象条件是影响灌区作物干旱的重要环境指标，而土壤水分是监控土地退化和干旱的重要指标，同时也是气候、水文、生态和农业系统的关键组成要素，因此，监测灌区环境气象条件和土壤水分的变化对于规划和管理这些系统来说具有极其重要的意义。

实用新型内容

本实用新型发明的目的是提供一种节能、自动、省时、高效的山地灌区气象监测和土壤墒情监测的系统。

为了实现以上目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种山地灌区环境与土壤墒情远程监测系统，包括，数据信息采集模块、数据采集控制模块，数据存储传输模块，远程无线传输模块；所述数据采集控制模块信号输入端与数据信息采集模块通信连接；所述数据采集控制模块信号输出端与数据存储传输模块通信连接；所述数据存储传输模块与远程无线传输模块通信连接；所述远程无线传输模块通过无线网络将数据信息传输至智能监测终端；还包括，太阳能供电模块为上述模块供电。

所述数据信息采集模块包括，环境监测传感器和土壤墒情传感器。所述土壤墒情传感器采用土壤水分传感器，该土壤水分传感器由不锈钢探针和防水探头构成，埋设于土壤和堤坝内，定点监测和在线测量表层和深层土壤的墒情。所述环境监测传感器包括如下传感器：雨量传感器、空气温湿度传感器、风速风向传感器、太阳辐射传感器、光照传感器、露点传感器。

所述的数据采集控制模块以中央数据处理器为核心；所述中央数据处理器设有开关量输出端、开关量输入端及拨码开关；还设有模拟量输入端、通讯端口以及电源；所述开关量输出端采用6路输出；所述开关量输入端采用6路输入；所述电源采用8路直流采样电源；所述模拟量输入端采用标准485通信接口；所述通讯端口采用RS485/232接口，支持MODBUS或其它规约；所述拨码开关采用贴片安装。

所述数据存储传输模块，自带时钟功能；可以设置数据存储的时间间隔；大容量存储的空间，支持直连传输和无线传输。

所述远程无线传输模块可以与RTU、PLC、工控机设备相连，通过GPRS无线网络将数据传输到Internet中一主机监测终端。

所述太阳能供电系统，由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池组组成，还可以设有逆变器输出交流220V或110V电源。

所述智能监测终端包括智能监测软件，还内嵌看门狗，掉线自动恢复。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用太阳能供电，可以在无人值守的情况下对小区域灌区进行长期实时环境气象与土壤墒情监测，不受地理空间限制，应用范围广。

2、本实用新型采用短消息进行数据传输具有费用低廉，通讯距离不受限制，具有信息传递及时传输优点。

3、本实用新型整体体积小，安装与维护方便，功耗低且操作简便，性能可靠，能够进行远程传输与控制，测量时不破坏土壤结构，数据采集传输准确翔实可靠，对山地复杂区域农田气象、土壤墒情可进行远程自动监测与预报。

附图说明

图1为本实用新型系统结构框图。

图2为本实用新型太阳能供电系统结构框图。

图3为本实用新型数据采集控制模块结构框图。

图4为本实用新型环境气象传感系统结构框图。

具体实施方式

结合实施例参照附图图1～4进行详细说明。

一种山地灌区环境与土壤墒情远程监测系统，包括，数据信息采集模块8、数据采集控制模块3，数据存储传输模块4，远程无线传输模块5；所述数据采集控制模块3信号输入端与数据信息采集模块8通信连接；所述数据采集控制模块3信号输出端与数据存储传输模块4通信连接；所述数据存储传输模块4与远程无线传输模块5通信连接；所述远程无线传输模块5通过无线网络将数据信息传输至智能监测终端7；还包括，太阳能供电模块6为上述模块供电。

所述数据信息采集模块8包括，环境监测传感器1和土壤墒情传感器2。所述土壤墒情传感器2采用土壤水分传感器，该土壤水分传感器由不锈钢探针和防水探头构成，埋设于土壤和堤坝内，定点监测和在线测量表层和深层土壤的墒情。所述环境监测传感器1，采用一体化结构设计，通过基于MODBUS公约通用数据采集控制模块101连接雨量传感器102、空气温湿度传感器103、风速风向传感器104、太阳辐射传感器105、光照传感器106、露点传感器107，采集小区域内的环境气象信息。

所述的数据采集控制模块3以中央数据处理器为核心；所述中央数据处理器设有开关量输出端303、开关量输入端306及拨码开关307；还设有模拟量输入端302、通讯端口301以及电源305；所述开关量输出端303采用6路输出，可以作为遥控、跳闸或者告警；所述开关量输入端306采用6路输入，也可以作为脉冲量输入；所述电源305采用8路直流采样电源，可以接各种变送器；所述模拟量输入端302采用标准485通信接口；所述通讯端口采用RS485/232接口，支持MODBUS或其它规约，扩展更容易；所述拨码开关307采用贴片安装；无外部总线，可靠性高，抗干扰能力强；卡式导轨或螺丝固定，现场安装更加便；具有极高的性价比和稳定性。

所述数据存储传输模块4，自带时钟功能；可以设置数据存储的时间间隔；大容量存储的空间，支持直连传输和无线传输。所述远程无线传输模块5可以与RTU、PLC、工控机设备相连，通过GPRS无线网络将数据传输到Internet中一主机监测终端。

所述太阳能供电系统6，由太阳能电池组601、太阳能控制器602、蓄电池组603组成，还可以设有逆变器输出交流220V或110V电源。参照图2，太阳能供电系统6包括太阳能电池板601、充电控制器602、深循环蓄电池组603、逆变器604，所述的太阳能电池板601为整个系统提供电源，连接至充电控制器602，充电控制器602分别与太阳能电池板601、深循环蓄电池组603和小型气象环境监测传感器1、SWCP系列土壤墒情传感器2、DMG-1采集控制模块3、MSG-1数据存储模块4连接和MG601远程无线传输模块5连接，充电控制器控制深循环蓄电池组603的充电和放电。其中逆变器604为可选用部件，逆变器604为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。

所述智能监测终端7包括智能监测软件，还内嵌看门狗，掉线自动恢复。数据采集控制模块3将采集数据传输给，同时可以通过液晶屏现场查询相应信息，

本实用新型中所述环境监测传感器1，采用WITU-WS小型气象环境监测传感器1，该传感器采用便携式结构设计，安装方便快捷；测量精度高，无须人工参与；数据采集密度可设置。除了能对环境基本要素进行直接测量外，还可以选配测量水面蒸发，太阳光合有效辐射等多种要素；内设软件WITU-IWSS软件系统，已经取得登记证书，根据用户需要可以定制，运行稳定；无线传输系统；安装支架(可选)。

本实用新型所述土壤墒情传感器2，可以采用SWCP系列土壤墒情传感器2，该系列土壤墒情传感器2可对表层和深层土壤进行墒情的定点监测和在线测量。土壤墒情传感器2基本性能如下；量程：0-100％(m³/m³)；精度：50％以内误差为1-3％，标定后可达到1％以内；测量区域：90％的影响在围绕中央探针直径为3cm、长为6cm圆柱体内；工作电压：12VDC/24VDC；输出信号：0-2V/0-2.5或0-20mA/4-20mA。

本实用新型所述数据采集控制模块3采用DMG-1数据采集控制模块3，以中央数据处理器为核心，其6路开关量输出端303，可以作为遥控、跳闸或者告警；6路开关量输入端306，也可以作为脉冲量输入；8路直流采样电源305，输入信号：0-5V或0-20mA或4-20mA；可以接各种变送器；1个标准485通信口，1个RS485/232接口，支持MODBUS或其它规约，扩展更容易；能够对实时数据进行处理。直流采样电源305为自带充电式电源，也可以连接太阳能供电系统。

本实用新型所述数据存储传输模块4采用MSG-1数据存储传输模块4，其具有自带时钟功能；可设置数据存储的时间间隔；大容量存储的空间；高效的传输效率，支持直连传输和无线传输。可同时与4个采集控制模块相连，节约工程成本；具备3路通信口，1个标准485通信口，1个RS485/232通信口，1个USB通信口；支持7.5VDC-36VDC的供电电源，标准配置24VDC或12VDC；贴片安装，无外部总线，可靠性高，抗干扰能力强；卡式导轨或螺丝固定，现场安装更加便。

本实用新型所述远程无线传输模块5，采用MG601远程无线传输模块，MG601可以快速与RTU、PLC、工控机等设备相连，通过GPRS无线网络将与MG601相连的用户设备数据传输到Internet中的一台主机上，实现数据远程透明传输，MG601可广泛应用于“物联网”涉及的各个行业。性能参数和巍图科技其他系列DTU产品一样，兼容对mServer的连接；可拆壳使用，拆壳之后的裸板上预留了数据和电源接口(插针座)；拆壳后板子尺寸小巧，并预留安装孔，方便集成在用户设备里；即插即用：兼容多种数据中心软件，使得已有DTU成熟应用不必更改已有的数据中心软件；支持点到点、点到多点、串口到串口的应用；采用工业级元件，可在恶劣环境下使用，可在零下25℃-70℃温度范围内使用。

本实用新型所述太阳能供电系统6，包括太阳能电池组601、太阳能控制器602、深循环电池组603。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本；太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。蓄电池为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。逆变器为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。

本实用新型所述智能监测终端7，智能监测终端7集采集传输控制一体化；采用超低功耗高性能的嵌入式处理器，数据采样精度小于2‰；内嵌看门狗，不死机，掉线自动恢复；配备多种接口资源；继电器可设置报警联动；短信数据传输或GPRS实时在线传输方式；支持终端远程进入休眠模式，并可用多种方式唤醒；监控中心及手机远程控制现场设备；可向用户设定的手机发送短信报警信息；模拟量分时段报警；用户可以编程的量程转换和报警上下限设定；内设工业时钟，精确记时；自动定时上报和事件触发上报功能；内置大容量FLASH存储器，数据自动记录，支持历史数据检索；板载工业级GSM/GPRS通信模块，方便用户选择GSM/GPRS组网方式；提供用户设置软件，开放式接口，方便与组太软件及其他软件连接。

Claims

1.一种山地灌区环境与土壤墒情远程监测系统，其特征在于：

包括，数据信息采集模块(8)、数据采集控制模块(3)，数据存储传输模块(4)，远程无线传输模块(5)；

所述数据采集控制模块(3)信号输入端与数据信息采集模块(8)通信连接；

所述数据采集控制模块(3)信号输出端与数据存储传输模块(4)通信连接；

所述数据存储传输模块(4)与远程无线传输模块(5)通信连接；

所述远程无线传输模块(5)通过无线网络将数据信息传输至智能监测终端(7)；

还包括，太阳能供电模块(6)为上述模块供电。

2.按权利要求1所述山地灌区环境与土壤墒情远程监测系统，其特征在于：所述数据信息采集模块(8)包括，环境监测传感器(1)和土壤墒情传感器(2)。

3.按权利要求2所述山地灌区环境与土壤墒情远程监测系统，其特征在于：所述土壤墒情传感器采用土壤水分传感器，该土壤水分传感器由不锈钢探针和防水探头构成，埋设于土壤和堤坝内，定点监测和在线测量表层和深层土壤的墒情。

4.按权利要求2所述山地灌区环境与土壤墒情远程监测系统，其特征在于：所述环境监测传感器(1)包括如下传感器：雨量传感器(102)、空气温湿度传感器(103)、风速风向传感器(104)、太阳辐射传感器(105)、光照传感器(106)、露点传感器(107)。

5.按权利要求1所述山地灌区环境与土壤墒情远程监测系统，其特征在于：所述的数据采集控制模块(3)以中央数据处理器为核心；

所述中央数据处理器设有开关量输出端、开关量输入端及拨码开关；还设有模拟量输入端、通讯端口以及电源；

所述开关量输出端采用6路输出；

所述开关量输入端采用6路输入；

所述电源采用8路直流采样电源；

所述模拟量输入端采用标准485通信接口；

所述通讯端口采用RS485/232接口，支持MODBUS或其它规约；

所述拨码开关(307)采用贴片安装。

6.按权利要求1所述山地灌区环境与土壤墒情远程监测系统，其特征在于：所述数据存储传输模块(4)，自带时钟功能；可以设置数据存储的时间间隔；大容量存储的空间，支持直连传输和无线传输。

7.按权利要求1所述山地灌区环境与土壤墒情远程监测系统，其特征在于：所述远程无线传输模块(5)可以与RTU、PLC、工控机设备相连，通过GPRS无线网络将数据传输到Internet中一主机监测终端。

8.按权利要求1所述山地灌区环境与土壤墒情远程监测系统，其特征在于：所述太阳能供电系统(6)，由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池组组成，还可以设有逆变器输出交流220V或110V电源。

9.按权利要求1所述山地灌区环境与土壤墒情远程监测系统，其特征在于：所述智能监测终端(7)包括智能监测软件，还内嵌看门狗，掉线自动恢复。