基于GPRS DTU的农业灌溉施肥智能化控制系统的应用研究

安进强，魏颖琼，安昭先，魏学桃

（1.甘肃农业大学；2.兰州天霖节水灌溉科技发展有限公司，甘肃 兰州 730000）

在农业的发展过程当中，一直都存在着线路铺设成本很高并且无法大面积管理等诸多不方便的问题。GPRS远程测控技术可以解决这个问题。这种技术为精细农业的发展提供了非常大的帮助。在灌溉以及施肥的过程当中，可以根据作物的需要对其进行精确控制。虽然这种技术可以解决农业发展过程中的一些问题，但是目前将其成熟的应用起来还是比较少。不合理的灌溉和施肥，目前仍然存在于农业的发展过程当中。这样不仅容易导致水肥的利用率比较低，而且还容易加剧资源的浪费，对于周围环境的污染也比较严重。本文介绍了一个通过互联网进行农业灌溉的智能控制系统，该系统可以在灌溉和施肥过程中收集作物信息。根据收集到的信息，对农作物施肥配方进行指导性的灌溉。中国的水资源一直短缺，过度施肥也可能造成严重的环境污染。在这方面，有必要建立精确灌溉和施肥的智能控制系统，以促进国家经济和社会发展。

1 系统的组成

整个智能化的控制系统主要是由管理方控制级，远程Web页面控制级，灌溉区现场控制以及手机短信控制等几部分共同构成，整个系统在运作的过程当中，主要是由灌溉区将现场的灌溉情况，如农作物的生长环境以及土壤的养分信息，通过DTU模块发到管理级当中。决策阶段由监控组态软件进行决策，然后来决定是否根据现场的情况打开灌水阀以及施肥阀。让我们在灌溉以及施肥的过程当中，就可以根据农作物的具体需求来对其进行灌溉以及施肥，不需要大水漫灌。不仅如此，系统还可以对管道的流量进行自动化的计算，这样方便技术人员对其进行分析。水泵房的管理还可以根据灌溉区的水位高低来决定是否要启动和停止水泵，也可以通过变频器来调节管网的压力，也可以灵活的去配置时间，灌溉量、阀门组以及施肥配方等，这样就可以将其应用在多种农作物的灌溉以及施肥过程当中。

2 主要部分的选型和配置

2.1 系统的编程软件

HORNER公司自主研制出来的测控软件装在PC机上，然后可以对xlt控制器进行逻辑上的编程。这个公司自主研发出来的测控软件是可以对所有的xlt控制器进行编程的。除此之外，对控制器进行监控以及在线调试，测控中心的软件可以跟xlt建立通讯，主要是因为其可以进行模块的转换，比如将rs485模块转换成rs232模块。xlt控制器的通讯方式还有很多，如它可以通过以太网、can总线或者是USB口来进行通讯。所以配置的输出方式有许多种，如数字量输出，模拟量输出以及高数计数器输出等等，对于用户的二次开发来说非常的有帮助。测控中心软件以及组态软件的通信主要是利用串口这样的方式来进行的。我们如果在一台电脑上同时安装了测控中心软件以及组态软件的话，那么就需要该台电脑上必须有两个硬件串口，或者说也可以是两个虚拟串口。测控中心软件和组态软件需要各用一个串口来进行通讯。需要在同一台电脑上建立两个虚拟串口的话，则会使用虚拟串口的软件，增加一对可以互相通讯的虚拟串口，COM2和COM3。

2.2 控制器的选择

控制器以触摸式的OCS XLT102为例，由于自身性能，它应用在热电偶当中是比较方便的，可以完成一个信号的高精度输入的过程，工作的时候电压选择在12V。总的来说是具有非常多的优点的。1)它拥有非常高质量的图形LCD或者是比较高清的触摸屏显示。这样就可以更好的显示出整个灌溉的生产过程以及设备在运行的过程当中，它的运行状态。2)这样的控制器可以显示非常复杂的图形。包括比较复杂的趋势图，仪表显示以及动画等等。3)控制能力比较强，支持很多操作，如高级数学的运算，字符串操作等等。4)储存的能量非常大，最大的储存量可以高达2G左右，可以储存程序，也可以储存历史记录或者是屏幕截图。5)设备具有两个内置串口，这样是比较方便的，因为这样控制器就可以和其他的PLC或者是其他的一些设备进行通讯。

2.3 变频器的选型

在灌溉的时候，水泵的流速和转速是成正比的，扬程和转速的三次方也是成正比的，电动机的转速以及电源的频率是成正比的。所以，只要我们去改变电动机的电源频率，水泵的转速也会随之改变。这样就可以去调节给水的流量以及水泵的扬程。我们将系统设定为五千瓦，变频器选择的是Goodrive200，dsp控制系统是变频器运作的平台。利用矢量化的控制技术，并且配合多种的保护模式。这样可以将其应用于异步电机当中，它的性能也会更加好。能够更好的稳定电压，控制好电流，能够减少变频器出现故障的概率，并且也能够减少它的维护次数。

3 测控中心软件与GPRS DTU通信

3.1 通信协议简介

GPRS的优点非常多，它的通信速度非常快，使用的费用也比较低，组网相对比较的灵活，GPRS DTU具有协议转换的功能，它不需要客户去提供TCP的支持。只要通过GPRS网络对数据进行传输。即便是终端设备不具备TCP协议，也可以使用GPRS功能，可以通过无线网络把数据发送到远程的电脑上面的测控中心软件当中。测控中心软件就会把数据整理好相应的格式，然后再通过串口发给组态软件。

本通信协议是符合协议标准的，其中组态软件是作为主站，负责去发送读或者是写的命令，测控中心是作为从站来使用的，用来发送应答帧。测控中心的软件不止可以连接一台终端，它是可以连接许多台终端的。并且每一台GPRS的终端它的rs485接口也可以连接多台的对外设备。因此，测控中心和GPRS的终端是一对多的关系。GPRS的终端和外接设备也属于一对多的关系，通过对地址码的分段就可以确定我们操作的是终端的设备还是终端外的设备。

3.2 端口映射

DTU模块只是数据中心的一个信息服务器相互通信的模块，在用户的信息数据服务当中，主要是通过路由器和公网IP相连接后完成的，用户的数据服务器是在局域网中的。可以和公网当中的DTU模块进行直接的联系。二者想要进行通信的话，必须通过端口映射技术来完成。

当中主要介绍的是用路由器来实现端口映射。其中路由器的IP为60.212.57.124。数据中心的局域网IP是192.168.3.11。路由器具有其特定的特点以及转发规则，所以我们在完成端口映射的时候使用虚拟的服务器。利用路由器做好端口映射，也就意味着广域网服务端和局域网服务器之间出现了映射关系。在广域网服务端上面所访问到的信息都会被重新定义到局域网的服务器当中。也就是说，当GPRS网络发送的8080端口当中的所有数据都会被转发到服务器192.168.3.11上面。同样的监控中心的服务器192.168.3.11的数据也会发送到计算机60.212.57.124上面。

4 智能系统应用

（1）管理员会根据农作物在生长和发育的过程当中所需要的水量以及肥量来制定好相应的施肥配方，会将其编制到系统当中，这样系统就可以根据农作物生长的过程当中，有针对性的去进行灌溉和施肥。实现智能化的管理，能够有效地避免大水漫灌，大水漫灌有时并不利于农作物的生长，因为农作物和农作物之间的生长条件和状况都是不同的，并且土壤的营养成分也是不同的。有针对性的智能化控制要比过去的传统的灌溉和施肥更加有利，通过智能化就可以实现精准灌溉以及精量施肥。并且对于灌溉区的农作物的生长情况的查看也是比较方便的，可以通过人工来到现场进行管理，通过网络Web进行远程的管理，包括手机短信，因此管理的途径是非常的多样的。对于农民来说，能够有效地解放生产力，方便了农业的管理。整个系统是非常完善的，运行起来也非常的稳定。包含了许多的功能，包括增加数据，删除数据，修改数据以及保存和打印等功能。

（2）整个智能化灌溉系统以GPRS作为数据的传输方式。通过控制可以实现不受地域控制的目标。突破了地域的限制，也就代表着我们可以降低在农业灌溉过程当中的劳动成本。使用GPRS传输数据也可以有效的简化智能控制的成本，在很大程度上节约劳动力。整个传输系统的开发比较容易，操作起来也非常的简单。

5 结语

将智能化和灌溉施肥有机统一起来，无论是在节水还是节肥方面都有非常大的发展，能够满足现实的农业的水肥管理，也为日后发展奠定了更好的基础，所以说具有非常大的推广价值。