基于GPRS的农业节水灌溉自动化系统解决方案
1.概述我国是一个水资源严重缺乏，水旱灾害频繁的国家。虽然水资源的总量居世界第6位，但是按人均水资源量计算，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的1/4，在世界排110位，已被联合国列为13个贫水国家之一。另一方面，我国水资源的分布很不平衡。北方有些地区水资源的占有量仅为900 立方米，低于国际公认的1000 立方米的水资源下限。有些地区的人均占有量甚至低于世界最贫水的国家埃及和以色列的水平。我国农业用水量约占总用水量的80% 左右，由于农业灌溉用水的利用率普遍低下，就全国范围而言，水的利用率仅为45 % ，而水资源利用率高的国家已达70% 一80% ，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。在灌溉系统合理地推广自动化控制，不仅可以提高资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。灌溉系统自动化的水平较低，这也是制约我国高效农业发展的主要原因。以色列、日本、美国等一些国家已采用先进节水灌溉制度。由传统的充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用水进行监测预报，实际动态管理。采用传感器来监测土壤的墒情和农作物的生长，实现水管理的自动化。高效农业和精细农业要求我们必须提高水资源的利用率。要真正实现水资源的高效，仅凭单项节水灌溉技术是不可能解决的。必须将水源开发、输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤墒情和农作物需水规律等方面统一考虑。做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水联合调用，实现按期、按需、按量自动供水。
如今，水资源紧缺已成为制约我国乃至全球经济发展的“瓶颈”，每年农业用水更是占据了我国总用水量中的70%，农业灌溉效率低下和用水浪费的问题普遍存在，因此发展节水农业、提高农业用水利用效率是我国节水战略中的重要环节。
2.系统方案概述
托普物联网研制的节水灌溉自动化系统依据不同地区、不同作物的不同需求，选择不同的灌溉设施，并利用网络技术和信息化产品等先进技术对农田灌溉进行监控管理，保证适时适量地满足作物生长所需要的水分从而达到节水灌溉及节水灌溉自动化的目的。
适用范围：本系统在应用过程中不受地势地形影响，可用在果园、农田、温室 等灌区，实现了自动化、智能化，达到节水目的。 系统建设：本方案给出了一个节水灌溉自动化系统的基本框架，它主要由中心 主控系统、采集控制模块、无线通讯模块、土壤水分传感器、气象观测站、电磁阀等设备组成，具体结构框图如下：
1、传感器与电磁阀：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置是数据采集者。本系统中主要包括测量土壤水分的土壤水分传感器，测量养分的养分仪，空气温湿度传感器、风速传感器等；电磁阀是本系统中自动化的执行设备，可与水泵、养分补充设备等相连。
2、采集控制设备：是指掌控数据采集设备和执行设备工作的数据采集控制模块，主要作用为：通过作物决策灌溉软件的设置，掌控数据采集设备的运行状态，也根据决策软件发出的指令掌控电磁阀的开启/关闭。
3、数据传输：本系统中采用无线传输模块，即通过GPRS无线网络将与之相连的用户设备的数据传输到Internet中一台主机上，实现数据远程的透明传输。
4、控制中心主要由计算机和作物决策灌溉决策软件组成，作物决策灌溉软件是数据接收者及指令发出者，是整个系统的灵魂，主要实行参数设置、数据存储打印及发送指令等功能。
3、功能设计
灌溉自控系统主要由中心主控系统（主计算机、控制柜）、电磁阀、田间湿度传感器（可测土壤湿度绝对值）、气象观测站（可测量气温、风向、风速）、数据采集指令传输等通讯设备组成。
可以坐在控制室里，对GPRS DTU传上来的气象资料、田间土壤湿度等数据进行综合分析，利用手动或自动方式，足不出户的对整个小区进行灌溉。同时还可以利用数据查询系统和打印系统，随时记录、查询、打印整个灌溉小区的气象资料、土壤湿度、灌溉设置、灌溉进程、灌水历史记录等数据。
多个控制单元组成，每个控制单元管理一片区域。利用GPRS / GSM 网路，由中央计算机统一管理。室外的空气温湿度传感器把结果送入计算机，在这里进行灌溉参数设置，及对灌溉情况进行统计，并可通过专用软件在计算机上存储，显示数据和图表。同时可以人工进行特殊操作。通过互联网获取天气信息，有预见性地实施灌溉。系统总体结构框图如图1 所示。
网络结构分为三层，第一层为控制中心，有电脑和以太网组成；第二层为GPRS 无线控制器，该层和第一层之间无需电缆连接；第三层为阀门控制器，所有的阀门控制器和GPRS 无线控制器只需要用一根电缆连接。下面详细介绍一下本方案。
可以将需要灌溉的区域分成若干个小区，划分的原则为阀门相对集中。每个小区内采用一个无线数传设备GPRS DTU ，通过它与中心控制室通讯；在GPRS DTU 上可以连接一个手动控制器，用来手动控制该区域内的阀门开关；再用一跟电缆连接到各个阀门，在阀门的位置需要接一个控制器，一个控制器可以控制1 -4 个阀门，如下图所示：
� 中心控制室可以控制远在千里之外的阀门。
� 每个小区内只需使用一根电缆连接所有的阀门。大大节约成本。 �
在电力无法到达的地方，我们可以采用太阳能供电。 �
也可以通过就地的手动控制器来控制阀门。 �
也可以通过手机短信来控制阀门。
4、系统优势：
提高水利用率
实现远程监控
水量精确控制
可根据系统建设区域的具体情况续、则不同的灌溉方式，最大限度提高了灌溉水利用率； Ø
采用无线网络进行远程监控，有无工作人员在现场都可实现实时数据采集、指令控制； Ø
系统中加入了流量计，可对灌水用量进行精确控制，在满足作物用水需求的前提下，大大节约了用水量。
5.系统研发意义
将充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益。
通过自动控制技术的应用，更加节水节能，降低灌溉成本，提高灌溉质量。 �
将使灌溉更加科学，方便、提高管理水平。
研制和推广节水灌溉控制新技术是实现农业现代化的需要。
附录----托普物联网简介
普物联网简介
托普物联网是浙江托普仪器有限公司旗下的重要项目。浙江托普仪器是国内领先的农业仪器研发生产商，依据自身在农业领域的研发实力，和自主研发的配套设备，在农业物联网领域崭露头角！
托普物联网以客户需求为源头，结合现代农业科技、通信技术、计算机技术、GIS信息技术，以及物联网技术，竭诚为传统行业提供信息化、智能化的产品与端到端的解决方案。主要有：大田种植智能解决方案、畜牧养殖管理解决方案、食品安全溯源解决方案、食用菌种植智能化管理解决方案、水产养殖管理解决方案、温室大棚智能控制解决方案等。
托普物联网三大系统产品
我们知道物联网主要包括三大层次，即感知层、传输层和应用层。因此托普物联网产品主要以这三个层次延伸，涵盖了感知系统（环境监测传感设备）、传输系统（数据传输处理网络）、应用系统（终端智能控制平台。）
托普物联网模块化智能集成系统
托普物联网依据自身研发优势，开发了多种模块化智能集成系统。
1、传感模块：即环境传感监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。
2、终端模块：即终端智能控制系统。它可以完成整个园区或远程控制异地园区进行自动灌溉、自动降温、自动开启风机，自动补光及遮阳，自动卷帘，自动开窗关窗，自动液体肥料施肥、自动喷药等各类农业生产所需的自动控制。
3、视频监控模块：即实时视频监控系统。主要是通过监控中心实时得到植物生长信息，在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。
4、预警模块：即远程植保预警系统。可以通过声光报警、短信报警、语音报警等方式进行预警。
5、溯源模块：即农产品安全溯源系统。该系统对农产品从种植准备阶段、种植和培育阶段、生长阶段、收获阶段等对作物生长环境、喷药施肥情况、病虫害状况等实施实时信息自动记录，有据可查，在储藏、运输、销售阶段采用二维码或者RFID射频技术对各个阶段数据记录，这样就能实现消费者拿到农产品时通过终端设备或网络就能查看到各类信息，才能放心食用。
6、作业模块：即中央控制室。可通过总控室对整个区域情况进行监测，包括各个区域采集点参数、控制作业状态、实时视频图像、施肥喷药状况、报警信息等。