农田作物灌溉预报信息的实时采集系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种农田作物灌溉预报信息的实时采集系统，其包括一体式小型气象站、土壤湿度无线采集器、降雨无线采集器、灌溉水量及地下水位采集器和无线发射装置，所述小型气象站、土壤湿度无线采集器、降雨无线采集器、灌溉水量及地下水位采集器和无线发射装置均分别设有太阳能电池装置；所述太阳能电池装置包括太阳能电池板和与之相连的蓄电池，所述蓄电池分别与上述各传感器、相应的信息采集转换装置和无线发射装置的电源端相连。本实用新型的优点是采集数据种类丰富、及时准确、监测点多、灵活性高、功耗低、测量准、使用简单、可远程无线传输。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于灌溉计量【技术领域】，尤其涉及一种农田作物灌溉预报信息的实时 米集系统。 农田作物灌溉预报信息的实时采集系统
【背景技术】
[0002] 农田作物灌溉预报信息是农业节水、灌溉预报、精准灌溉的重要信息，是判断作物 受旱程度、是否需要灌溉和进行节水灌溉预报、科学灌溉的主要依据。目前，生产中主要靠 人工感知和经验判断，缺乏科学性。近年来随着现代农业的推进，以及自动监测技术、无线 通讯技术和互联网的发展与应用，现代灌溉预报理论和技术有了新的发展，其主要依赖当 地的气象数据，并结合农田作物生长期、生长状况、生态环境以及土壤墒情信息的监测等， 进行实时灌溉预报，远程发布灌溉预报信息，指导农民灌溉。但在对作物灌溉影响因素如： 土壤湿度、地温、灌水量、地下水位、降雨以及田间气候数据等数据的采集获取方面，仅依靠 人工获取，存在人工投入大、劳动强度大、人力资源浪费，无法做到准确、及时，很难适应现 代农业的发展需要。
[0003] 当前，农田灌溉信息获取的主要方式有：手持设备的人工获取方式、基于GPRS监 测方式。利用手持设备人工打点，来获取农田灌溉信息是最原始的方式，该方式不但需要耗 费大量的人力而且不具有实时性，且数据的获取量有限，显然已不能满足当前对农田灌溉 信息的需求。GPRS作为一种先进的无线移动通信技术，具有数据传输快、永远在线和信号覆 盖广等特点。基于GPRS的农田灌溉监测技术是通过将传感器和GPRS通信模块直接相连， 利用通信运行商的GPRS网络，将农田灌溉信息数据发送到指定数据服务器。该方式的优点 在于节点布置灵活，地域局限性较小。但是，目前对于高密度大范围布设于大田的诸多监测 点，存在GPRS通信终端布设数量大、耗电多、通讯费用高的诸多弊端。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种综合性好、灵活性高、功耗低、测量准、使用简单、 可远程无线传输的全方位农田作物灌溉预报信息的实时采集系统，为实时灌溉预报奠定了 基础。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：
[0006] -种农田作物灌溉预报信息的实时采集系统，包括一体式小型气象站、土壤湿度 无线采集器、降雨无线采集器、灌溉水量及地下水位采集器和无线发射装置，所述一体式小 型气象站、土壤湿度无线采集器、降雨无线采集器、灌溉水量及地下水位采集器和无线发射 装置均分别设有太阳能电池装置；
[0007] 所述一体式小型气象站包括田间环境温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向 传感器、光照传感器、气压传感器以及相应的信息采集转换装置，所述田间环境温度传感 器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、光照传感器、气压传感器布设于田间、高度两米 且周边无遮挡物的气象支架上，所述田间环境温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向 传感器、光照传感器、气压传感器分别通过485串口接所述信息采集转换装置的相应输入 端，所述信息采集转换装置的输出端接无线发射装置的输入端；
[0008] 所述土壤湿度无线采集器包括位于不同土壤深度的土壤墒情传感器、位于耕层的 土壤温度传感器以及相应的信息采集转换装置，所述土壤墒情传感器、耕层土壤温度传感 器分别通过485串口接所述信息采集转换装置的相应输入端，所述信息采集转换装置的输 出端接无线发射装置的输入端；
[0009] 所述降雨无线采集器包括雨量传感器以及相应的信息采集转换装置，所述雨量传 感器安装在高于地面2米且周边无遮挡物的雨量支架上，所述雨量传感器通过485串口接 所述信息采集转换装置的相应输入端，所述信息采集转换装置的输出端接无线发射装置的 输入端；
[0010] 所述灌溉水量及地下水位采集器包括地下水位传感器和水量传感器及相应的信 息采集转换装置；所述地下水位传感器设置于机井水下，所述水量传感器设置于机井出水 管中；所述地下水位传感器和水量传感器分别通过485串口接所述信息采集转换装置的相 应输入端，所述信息采集转换装置的输出端接无线发射装置的输入端；
[0011] 所述太阳能电池装置包括太阳能电池板和与之相连的蓄电池，所述蓄电池分别与 田间环境温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、光照传感器、气压传感器、土 壤墒情传感器、土壤温度传感器、雨量传感器、地下水位传感器、水量传感器、相应的信息采 集转换装置和无线发射装置的电源端相连。
[0012] 进一步的，还包括PDA或掌上无线显示器，所述无线发射装置通过无线局域网络 与所述PDA或掌上无线显示器相连。
[0013] 进一步的，还包括无线汇聚设备，所述无线发射装置通过无线局域网络与所述无 线汇聚设备相连。
[0014] 进一步的，所述无线汇聚设备外壳上设有太阳能电池板和与太阳能电池板相连接 的蓄电池，所述蓄电池与无线汇聚设备的电源端相连。
[0015] 本实用新型的有益效果是：
[0016] (1)本实用新型设有一体式小型气象站、土壤湿度无线采集器、降雨无线采集器、 灌溉水量及地下水位采集器各种类型的监测点，布置灵活，经信息采集转换装置连接无线 发射装置，完成信息数据釆集；实现了集中远传，设计合理，采集数据量全面、准确、及时，安 装使用方便，各个监测点处设备釆用高能电池供电，体积小，功耗低，且具有较好的智能处 理能力，一次布设后，几乎不需要维护，能够实现高密度大范围的采样，对农田原有的生态 环境无任何影响，非常适合应用于农田灌溉信息釆集系统。
[0017] (2)本实用新型中农耕人员配备有PDA或掌上无线显示器，不用到监测现场就可 看到实时数据，方便灵活。
[0018] (3)本实用新型在各监测点周围1km范围内的水利站或供水水厂等便于管理的 地点作为监测站设有无线汇聚设备，汇聚各监测点信息，并由监测站的无线汇聚设备通过 GPRS/Internet网络远程传输至监控管理中心；实现了农田作物灌溉预报信息监测中多信 息监测站点信息的自动采集和快速组网的无线近程（2km)传输和远程传输。
[0019] (4)本实用新型实现了野外无人职守的机井取水量、地下水位埋深的自动计量，且 在距离无线汇聚设备2km以内可灵活布设。
[0020] (5)监测站存储记录可连续存储至少5年，数据掉电不丢失。
[0021] (6)各监测点和监测站采用太阳能配合高能电池供电，可连续阴雨天至少5天正 常工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 附图1为本实用新型的实施例1的系统方框图。
[0023] 附图2为本实用新型的实施例2的系统方框图。
[0024] 附图3为本实用新型的实施例3的系统方框图。
【具体实施方式】
[0025] 下面将结合附图Γ3对本实用新型进行进一步详细的说明。
[0026] 实施例1 :
[0027] 如附图1所示，本实用新型包括一体式小型气象站、土壤湿度无线采集器、降雨无 线采集器、灌溉水量及地下水位采集器和无线发射装置，所述一体式小型气象站、土壤湿度 无线采集器、降雨无线采集器、灌溉水量及地下水位采集器和无线发射装置均分别设有太 阳能电池装置；
[0028] 所述一体式小型气象站包括田间环境温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向 传感器、光照传感器、气压传感器以及相应的信息采集转换装置，所述田间环境温度传感 器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、光照传感器、气压传感器布设于田间、高度两米 且周边无遮挡物的气象支架上，所述田间环境温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向 传感器、光照传感器、气压传感器分别通过485串口接所述信息采集转换装置的相应输入 端，所述信息采集转换装置的输出端接无线发射装置的输入端；
[0029] 所述土壤湿度无线采集器包括位于不同土壤深度的土壤墒情传感器、位于耕层的 土壤温度传感器以及相应的信息采集转换装置，所述土壤墒情传感器、耕层土壤温度传感 器分别通过485串口接所述信息采集转换装置的相应输入端，所述信息采集转换装置的输 出端接无线发射装置的输入端；
[0030] 所述降雨无线采集器包括雨量传感器以及相应的信息采集转换装置，所述雨量传 感器安装高于地面2米且周边无遮挡物的雨量支架上，所述雨量传感器通过485串口接所 述信息采集转换装置的相应输入端，所述信息采集转换装置的输出端接无线发射装置的输 入端；
[0031] 所述灌溉水量及地下水位采集器包括地下水位传感器和水量传感器及相应的信 息采集转换装置；所述地下水位传感器设置于机井水下，所述水量传感器设置于机井出水 管中；所述地下水位传感器和水量传感器分别通过485串口接所述信息采集转换装置的相 应输入端，所述信息采集转换装置的输出端接无线发射装置的输入端；
[0032] 所述太阳能电池装置包括太阳能电池板和与之相连的蓄电池，所述蓄电池分别与 田间环境温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、光照传感器、气压传感器、土 壤墒情传感器、土壤温度传感器、雨量传感器、地下水位传感器、水量传感器、相应的信息采 集转换装置和无线发射装置的电源端相连。
[0033] 进一步的，其包括PDA或掌上无线显示器，所述无线发射装置通过无线局域网络 与所述PDA或掌上无线显示器相连。
[0034] 具体工作过程如下：
[0035] 田间环境温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、光照传感器、气压传 感器集中布置在一个合理布设于田间、高度两米且周边无遮挡物的气象支架上，将田间环 境信息转变成数字信号，进而分别通过485串口传送于信息采集转换装置；
[0036] 土壤墒情传感器、土壤温度传感器埋设于大田土壤不同深度的土层，将土壤墒情、 土壤温度的变化转变成数字信号，进而通过485串口传送到信息采集转换装置；
[0037] 雨量传感器安装高于地面2米且周边无遮挡物的雨量支架上，将降雨量通过雨量 传感器计量转换成数字量，进而通过485串口传送到信息采集装置；
[0038] 地下水位传感器采用投入试压力传感器，固定放置与机井地下水面以下一定距 离，水位变化转化成压力变化，将压力转换成水深，进而转化成水位数据通过485串口传送 至信息采集转换装置；
[0039] 水量传感器采用超声波流量传感器，串联安装于机井的出水管中，采用超声波监 测，将抽水水量计量、转化，并通过485串口传送至信息采集转换装置；
[0040] 太阳能电池装置为上述各传感器和信息采集转换装置供电；
[0041] 上述采集量通过信息采集转换装置的处理、存储，再传送至无线发射装置，无线发 射装置采用433MHz频率的无线局域网络，每间隔1分钟发送信息数据，由农民随身携带的 PDA或袖珍掌上无线显示器，在一定距离范围内（2km)及时接收、查看灌溉信息。
[0042] 实施例2
[0043] 如附图2所示，利用实施例1的实时采集通信装置，结合无线汇聚设备和监控管理 中心，利用GPRS/Internet网络无线远程发送，形成分站汇总的农田作物灌溉预报信息的 实时采集通信装置。
[0044] 具体工作过程如下：
[0045] 田间环境温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、光照传感器、气压传 感器、土壤墒情传感器、土壤温度传感器、雨量传感器、地下水位传感器和水量传感器作为 各个检测点，通过各个监测点获得的采集量通过信息采集转换装置的处理、存储，再传送至 无线发射装置，无线发射装置采用433MHz频率的无线局域网络，每间隔1分钟发送信息数 据，在各监测点周围lkm范围内的水利站或供水水厂等便于管理的地点设置监测站，监测 站处设有无线汇聚设备，通过监测站的无线汇聚终端，汇聚各监测点信息，并由监测站通过 GPRS/Internet网络远程传输至监控管理中心进行数据处理和应用，监控管理中心通过互 联网实时接收各监测站点信息，分类、分站汇总，并通过监控管理中心的灌溉预报决策支持 系统应用开发，用于农田土壤墒情预测和灌溉预报，指导农民科学灌溉和节水灌溉。
[0046] 实施例3
[0047] 如附图3所示，利用实施例2的实时采集通信装置，结合无线汇聚设备外壳上设有 太阳能电池板和与太阳能电池板相连接的蓄电池，所述蓄电池与无线汇聚设备的电源端相 连。
[0048] 所述一体式小型气象站的型号为PR0-2, 土壤墒情传感器的型号为YR-FDR2, 土 壤温度传感器的型号为YR-WD1，雨量传感器的型号为DY1090A，地下水位传感器的型号 为JYB-L，水量传感器的型号为SCL-60,所述信息采集转换装置的型号为YR-HGY-1，所述 无线发射装置的型号为YR-HW-1，所述太阳能电池板的型号为15W，所述蓄电池的型号为 12V12Ah。
[0049] 进一步的，所述无线汇聚设备包括汇聚设备、太阳能电池板、蓄电池，无线汇聚设 备型号为YR-HGY-1。
[0050] 在本实用新型中各参数如下：
[0051] (1)灌溉水量计量精度：±1. 0% ;流速范围：±0. 01m/s?±12. Om/s ;
[0052] (2)地下水位计量精度：±0. 25% ;量程：0?20m ;
[0053] (3) 土壤墒情测量精度：±3% ;范围：0?100% (体积含水率）；
[0054] (4) 土壤温度测量精度：±0. 25°C ;范围：_20?50°C ;
[0055] (5)降雨量测量精度：±4% ;降水强度：4mm/min以内；测量范围：0?999. 9mm ;
[0056] (6)田间小气候监测精度：环境温度：±0.2°C ;环境湿度：±2%RH;风速： (0· 3±0. 03v) m/s ;风向：±5° ;大气压力：±0. 3hpa ;太阳总福射：小于5% ;
[0057] (7)局域无线网络：无线频率：433MHz ;发射功率：100mW ;接收灵敏度：-110dbm ; 数据传输速率：9. 6kbps ;
[0058] (8)使用环境：-l(TC?6(TC。
[0059] 本实用新型集现代自动监测技术、无线通讯技术、互联网技术于一体，实现了农田 作物灌溉预报信息的远程实时采集与管理，为现代农业和农业节水提供了科学化管理支撑 手段，为实现区域范围的实时灌溉预报奠定了基础。
[0060] 以上所述实施方式仅为本实用新型的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷 举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本实用新型原理和精神的前提下对其所作出 的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种农田作物灌溉预报信息的实时采集系统，其特征在于：其包括一体式小型气象 站、土壤湿度无线采集器、降雨无线采集器、灌溉水量及地下水位采集器和无线发射装置， 所述一体式小型气象站、土壤湿度无线采集器、降雨无线采集器、灌溉水量及地下水位采集 器和无线发射装置均分别设有太阳能电池装置； 所述一体式小型气象站包括田间环境温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感 器、光照传感器、气压传感器以及相应的信息采集转换装置，所述田间环境温度传感器、湿 度传感器、风速传感器、风向传感器、光照传感器、气压传感器布设于田间、高度两米且周边 无遮挡物的气象支架上，所述田间环境温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、 光照传感器、气压传感器分别通过485串口接所述信息采集转换装置的相应输入端，所述 信息采集转换装置的输出端接无线发射装置的输入端； 所述土壤湿度无线采集器包括位于不同土壤深度的土壤墒情传感器、位于耕层的土壤 温度传感器以及相应的信息采集转换装置，所述土壤墒情传感器、耕层土壤温度传感器分 别通过485串口接所述信息采集转换装置的相应输入端，所述信息采集转换装置的输出端 接无线发射装置的输入端； 所述降雨无线采集器包括雨量传感器以及相应的信息采集转换装置，所述雨量传感器 安装在高于地面2米且周边无遮挡物的雨量支架上，所述雨量传感器通过485串口接所述 信息采集转换装置的相应输入端，所述信息采集转换装置的输出端接无线发射装置的输入 端； 所述灌溉水量及地下水位采集器包括地下水位传感器和水量传感器及相应的信息采 集转换装置；所述地下水位传感器设置于机井水下，所述水量传感器设置于机井出水管中； 所述地下水位传感器和水量传感器分别通过485串口接所述信息采集转换装置的相应输 入端，所述信息采集转换装置的输出端接无线发射装置的输入端； 所述太阳能电池装置包括太阳能电池板和与之相连的蓄电池，所述蓄电池分别与田间 环境温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、光照传感器、气压传感器、土壤墒 情传感器、土壤温度传感器、雨量传感器、地下水位传感器、水量传感器、相应的信息采集转 换装置和无线发射装置的电源端相连。
2. 根据权利要求1所述的农田作物灌溉预报信息的实时采集系统，其特征在于：其还 包括PDA或掌上无线显示器，所述无线发射装置通过无线局域网络与所述PDA或掌上无线 显示器相连。
3. 根据权利要求1所述的农田作物灌溉预报信息的实时采集系统，其特征在于：其还 包括无线汇聚设备，所述无线发射装置通过无线局域网络与所述无线汇聚设备相连。
4. 根据权利要求3所述的农田作物灌溉预报信息的实时采集系统，其特征在于：所述 无线汇聚设备外壳上设有太阳能电池板和与太阳能电池板相连接的蓄电池，所述蓄电池与 无线汇聚设备的电源端相连。
【文档编号】G01D21/02GK203893883SQ201420222848
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】王福卿, 高明山, 金江波, 赵志辉, 刘希庆, 常玉同 申请人:河北省水利技术试验推广中心