基于智能手机的节水灌溉智能控制系统

赵致钧（中）亲自讲解手机控制灌溉的创新成果

中国是农业大国，农业是国民经济的基础，是占人类四分之一人口的泱泱大国生存的先决条件，而水是农业的命脉，是农业生产、经济发展和环境改善不可取代的极为宝贵的自然资源。没有水就没有农业。中国能以占世界8%的耕地养活占全球22%的人口，其根本条件之一就是有40%的耕地是灌溉农田以及在灌溉条件下的农作物多熟制，使中国在世界创造了奇迹。但中国的基本国情是水资源短缺，水灾害频繁，水资源总量虽居世界第六位，可人均占有量仅为世界人均占有量的1/4，在世界排第110位，已经被联合国列为13个贫水国家之一，也是农业水资源短缺的国家之一。中国农业用水占用水总量的70%，是水资源开发利用的大户。

近二十多年来，随着人口的增加，国民经济的高速发展及工业化、城市化进程的加快，城市与农村、工业与农业争水的矛盾越来越突出，造成农业水资源的严重缺失。有专家预测，21世纪水资源短缺对我国农业和农业经济发展的制约作用可能超过耕地资源。因此，在工农业生产中合理用水、节约用水已成为当今最重要的研究课题之一。

温家宝总理在今年的政府工作报告中指出，要加快农业科技进步，加强农业农村基础设施建设。要搞好灌区配套改造和小型农田水利建设，大力发展节水农业，加大土地开发整理复垦力度，大规模建设旱涝保收的标准基本农田。

张家口冀雨科技有限公司于2009年在时代的大背景下应运而生，是一家以科技创新为企业发展的根本推动力，专业从事节水灌溉控制、精准农业测控及信息系统平台的高科技公司，目前已拥有多项国家发明专利，技术居国际先进水平。总经理赵致钧毕业于兰州大学物理系，从事计算机相关应用开发二十几年，醉心于计算机技术开发，针对我国节水灌溉控制器高端市场被国外产品统治的局面，他不甘心，立志成为中国国产节水灌溉高端市场的佼佼者，打破国外产品一统天下的局面，为我国农业提供实用的、用得起的最新技术产品。技术创新首先是观念的突破。经过分析研究，赵致钧决定不开发跟随产品，而是充分利用目前世界先进技术，开发更适合我国客户当前需求的产品。

经过三年的努力，冀雨实现了的第一个目标—开发出了“基于智能手机的节水灌溉智能控制系统”。该系统具有完全自主知识产权，是将当前最先进的物联网技术应用于节水灌溉，其原理是通过远程无线与本地近程无线通信的无缝连接，建立基于智能手机的远程无线测控平台、中间件以及智能手机客户端，实现了对节水灌溉系统特别是中心支轴式喷灌机的不限距离的远程控制和实时状态监测。这是我国首个将物联网技术应用于节水灌溉的实用产品，解决了大到大型农场、小到个体农户都感到非常迫切需要解决的节水灌溉费时费力费人工的问题。该套产品填补了国内空白，达到国际先进水平，一推出就受到国内农业科研单位和农场客户的欢迎。

该系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统主要包括服务器、智能手机或PC机，以及田间集控器、中心控制器、泵控制器、阀控制器以及各种智能无线传感器等。软件系统包括灌溉助理服务器软件和客户端软件（见图1）。

图1 系统软件架构示意图

为管理方便，灌区的全部喷灌机可分成若干组。每组中心支轴式喷灌机配一台SS2001田间集控器和一台SS6501中心控制器；中心支轴式喷灌机的每一塔架配一台SS6731塔架传感器；每台水泵配一台SS6601水泵控制器。可选配SS6711无线智能液体压力传感器、SS66712智能无线土壤温度传感器、SS6715 无线智能雨量传感器、SS6713无线智能土壤水分传感器，以实现种植环境的全面检测，并进一步实现根据环境的自动灌溉控制。

锦囊谷™ 灌溉助理客户端通过操控界面获取操作者发出的操控命令，通过运营商远程无线网络（GSM/GPRS/3G）或宽带网络将其发给锦囊谷™灌溉助理服务器；锦囊谷™灌溉助理服务器通过运营商远程无线网络（GSM/GPRS/3G）将操控命令传给水手™SS2000系列田间集控器；水手™SS2000系列田间集控器转化为本地命令，通过本地无线网络将操控命令发给水手™SS6500系列中心控制器或水手™SS6600系列泵控制器、阀控制器；水手™SS6500系列中心控制器或水手™SS6600系列泵控制器、阀控制器执行控制命令，实现对中心支轴式喷灌机或泵、阀的远程操控。

另一方面，系统中的水手™SS6700系列智能无线传感器将采集的现场数据通过本地无线网络传给水手™SS2000系列田间集控器，水手™SS2000系列田间集控器通过运营商远程无线网络（GSM/GPRS/3G）将数据传给锦囊谷™灌溉助理服务器，锦囊谷™灌溉助理服务器通过运营商远程无线网络（GSM/GPRS/3G）或宽带网络将数据传给锦囊谷™灌溉助理客户端，锦囊谷™灌溉助理客户端以易于理解的界面显示出来。锦囊谷™灌溉助理服务器同时记录操控的历史和传感器采集的现场数据历史，供查询、统计、分析之用。具体工作过程如图2所示。

图2 冀雨灌溉助理系统典型工作过程示意图

该系统主要功能：1.通过智能手机远程遥控，可实现中心支轴式喷灌机电源通断，机组启停，行走方向和运行速度，以及水泵运行和停机等远程控制；2.在智能手机上显示中心支轴式喷灌机的运行状态；3.实时检测电压、水压、地温、土壤湿度；4.一部手机可远程控制多台中心支轴式喷灌机；5.一台中心支轴式喷灌机也可受控于多台智能手机；6.当中心支轴式喷灌机的某一塔架发生故障，系统会向发送智能手机报警；7.可在手机上进行参数配置；8.可设定为自动控制模式，在此模式下，通过依据实时测量的土壤湿度等环境因素自动控制灌溉。9.查询统计灌溉过程，以及降雨、光照、地温、土壤水分等环境的数据历史。

冀雨灌溉助理系统的特点：1.全程无线连接，省去布线的投资、施工的时间和线路维护的烦恼；2.操控界面全中文，傻瓜化，操作简单；3.遥控距离不受限制，只要有手机信号的地方就可以控制；4.检测控制操控顺序，保证不出现误操作；5、进入操控界面时，自动侦测并显示当前喷灌机状态；6.发生报警时，提醒信息自动定时重发，直到得到报警处理的响应，保证报警及时得到处理；7.内部身份认证机制，保证操控独立性和安全性；8.完全保留传统操控方式，在智能控制系统发生故障时，还可使用传统手工方式控制；9.具备全自动控制模式，在此模式下系统无需人工干预；10.具备自检测功能，维护简单易行。

精准农业是未来农业的发展方向，精准灌溉是伴随着精准农业的产生而产生，并伴随着精准农业的发展而发展的。当前，农业节水技术正日益走向精准化和可控化，根据作物的需水量进行适时、适量的灌溉，才能满足现代农业今后发展的要求。因此，冀雨制定了自己的使命：以智能化、数字化、电子化、自动化技术服务于农业，用高科技的理念打造中国智慧农场。

农博会上介绍手机控制灌溉系统