基于智能手機的節水灌溉智能控制系統

趙致鈞（中）親自講解手機控制灌溉的創新成果

中國是農業大國，農業是國民經濟的基礎，是占人類四分之一人口的泱泱大國生存的先決條件，而水是農業的命脈，是農業生產、經濟發展和環境改善不可取代的極為寶貴的自然資源。沒有水就沒有農業。中國能以占世界8%的耕地養活占全球22%的人口，其根本條件之一就是有40%的耕地是灌溉農田以及在灌溉條件下的農作物多熟制，使中國在世界創造了奇跡。但中國的基本國情是水資源短缺，水災害頻繁，水資源總量雖居世界第六位，可人均占有量僅為世界人均占有量的1/4，在世界排第110位，已經被聯合國列為13個貧水國家之一，也是農業水資源短缺的國家之一。中國農業用水占用水總量的70%，是水資源開發利用的大戶。

近二十多年來，隨著人口的增加，國民經濟的高速發展及工業化、城市化進程的加快，城市與農村、工業與農業爭水的矛盾越來越突出，造成農業水資源的嚴重缺失。有專家預測，21世紀水資源短缺對我國農業和農業經濟發展的制約作用可能超過耕地資源。因此，在工農業生產中合理用水、節約用水已成為當今最重要的研究課題之一。

溫家寶總理在今年的政府工作報告中指出，要加快農業科技進步，加強農業農村基礎設施建設。要搞好灌區配套改造和小型農田水利建設，大力發展節水農業，加大土地開發整理復墾力度，大規模建設旱澇保收的標準基本農田。

張家口冀雨科技有限公司于2009年在時代的大背景下應運而生，是一家以科技創新為企業發展的根本推動力，專業從事節水灌溉控制、精準農業測控及信息系統平臺的高科技公司，目前已擁有多項國家發明專利，技術居國際先進水平。總經理趙致鈞畢業于蘭州大學物理系，從事計算機相關應用開發二十幾年，醉心于計算機技術開發，針對我國節水灌溉控制器高端市場被國外產品統治的局面，他不甘心，立志成為中國國產節水灌溉高端市場的佼佼者，打破國外產品一統天下的局面，為我國農業提供實用的、用得起的最新技術產品。技術創新首先是觀念的突破。經過分析研究，趙致鈞決定不開發跟隨產品，而是充分利用目前世界先進技術，開發更適合我國客戶當前需求的產品。

經過三年的努力，冀雨實現了的第一個目標—開發出了“基于智能手機的節水灌溉智能控制系統”。該系統具有完全自主知識產權，是將當前最先進的物聯網技術應用于節水灌溉，其原理是通過遠程無線與本地近程無線通信的無縫連接，建立基于智能手機的遠程無線測控平臺、中間件以及智能手機客戶端，實現了對節水灌溉系統特別是中心支軸式噴灌機的不限距離的遠程控制和實時狀態監測。這是我國首個將物聯網技術應用于節水灌溉的實用產品，解決了大到大型農場、小到個體農戶都感到非常迫切需要解決的節水灌溉費時費力費人工的問題。該套產品填補了國內空白，達到國際先進水平，一推出就受到國內農業科研單位和農場客戶的歡迎。

該系統由硬件系統和軟件系統兩部分組成。硬件系統主要包括服務器、智能手機或PC機，以及田間集控器、中心控制器、泵控制器、閥控制器以及各種智能無線傳感器等。軟件系統包括灌溉助理服務器軟件和客戶端軟件（見圖1）。

圖1 系統軟件架構示意圖

為管理方便，灌區的全部噴灌機可分成若干組。每組中心支軸式噴灌機配一臺SS2001田間集控器和一臺SS6501中心控制器；中心支軸式噴灌機的每一塔架配一臺SS6731塔架傳感器；每臺水泵配一臺SS6601水泵控制器。可選配SS6711無線智能液體壓力傳感器、SS66712智能無線土壤溫度傳感器、SS6715 無線智能雨量傳感器、SS6713無線智能土壤水分傳感器，以實現種植環境的全面檢測，并進一步實現根據環境的自動灌溉控制。

錦囊谷? 灌溉助理客戶端通過操控界面獲取操作者發出的操控命令，通過運營商遠程無線網絡（GSM/GPRS/3G）或寬帶網絡將其發給錦囊谷?灌溉助理服務器；錦囊谷?灌溉助理服務器通過運營商遠程無線網絡（GSM/GPRS/3G）將操控命令傳給水手?SS2000系列田間集控器；水手?SS2000系列田間集控器轉化為本地命令，通過本地無線網絡將操控命令發給水手?SS6500系列中心控制器或水手?SS6600系列泵控制器、閥控制器；水手?SS6500系列中心控制器或水手?SS6600系列泵控制器、閥控制器執行控制命令，實現對中心支軸式噴灌機或泵、閥的遠程操控。

另一方面，系統中的水手?SS6700系列智能無線傳感器將采集的現場數據通過本地無線網絡傳給水手?SS2000系列田間集控器，水手?SS2000系列田間集控器通過運營商遠程無線網絡（GSM/GPRS/3G）將數據傳給錦囊谷?灌溉助理服務器，錦囊谷?灌溉助理服務器通過運營商遠程無線網絡（GSM/GPRS/3G）或寬帶網絡將數據傳給錦囊谷?灌溉助理客戶端，錦囊谷?灌溉助理客戶端以易于理解的界面顯示出來。錦囊谷?灌溉助理服務器同時記錄操控的歷史和傳感器采集的現場數據歷史，供查詢、統計、分析之用。具體工作過程如圖2所示。

圖2 冀雨灌溉助理系統典型工作過程示意圖

該系統主要功能：1.通過智能手機遠程遙控，可實現中心支軸式噴灌機電源通斷，機組啟停，行走方向和運行速度，以及水泵運行和停機等遠程控制；2.在智能手機上顯示中心支軸式噴灌機的運行狀態；3.實時檢測電壓、水壓、地溫、土壤濕度；4.一部手機可遠程控制多臺中心支軸式噴灌機；5.一臺中心支軸式噴灌機也可受控于多臺智能手機；6.當中心支軸式噴灌機的某一塔架發生故障，系統會向發送智能手機報警；7.可在手機上進行參數配置；8.可設定為自動控制模式，在此模式下，通過依據實時測量的土壤濕度等環境因素自動控制灌溉。9.查詢統計灌溉過程，以及降雨、光照、地溫、土壤水分等環境的數據歷史。

冀雨灌溉助理系統的特點：1.全程無線連接，省去布線的投資、施工的時間和線路維護的煩惱；2.操控界面全中文，傻瓜化，操作簡單；3.遙控距離不受限制，只要有手機信號的地方就可以控制；4.檢測控制操控順序，保證不出現誤操作；5、進入操控界面時，自動偵測并顯示當前噴灌機狀態；6.發生報警時，提醒信息自動定時重發，直到得到報警處理的響應，保證報警及時得到處理；7.內部身份認證機制，保證操控獨立性和安全性；8.完全保留傳統操控方式，在智能控制系統發生故障時，還可使用傳統手工方式控制；9.具備全自動控制模式，在此模式下系統無需人工干預；10.具備自檢測功能，維護簡單易行。

精準農業是未來農業的發展方向，精準灌溉是伴隨著精準農業的產生而產生，并伴隨著精準農業的發展而發展的。當前，農業節水技術正日益走向精準化和可控化，根據作物的需水量進行適時、適量的灌溉，才能滿足現代農業今后發展的要求。因此，冀雨制定了自己的使命：以智能化、數字化、電子化、自動化技術服務于農業，用高科技的理念打造中國智慧農場。

農博會上介紹手機控制灌溉系統