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。或過 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。基于傳感器技術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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