土壤墑情在線監(jiān)測系統(tǒng)

一、系統(tǒng)概述：

我國做為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，在農(nóng)牧業(yè)機械化方面還有很大的提升空間，為了提高農(nóng)牧業(yè)抗旱防澇的管理水平，快速掌握土地墑情動態(tài)，提前采取預(yù)防措施，智能科學(xué)地判斷農(nóng)情信息，避免或減少旱災(zāi)澇災(zāi)造成的損失，逐步建立起廣泛覆蓋的土壤墑情實時在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為一項十分重要的工作。TINEL-5DS土壤墑情在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠全面、科學(xué)、真實地反映被監(jiān)測區(qū)的土壤變化，可及時、準(zhǔn)確地提供各個監(jiān)測點的土壤墑情狀況，為減災(zāi)抗旱提供重要的基礎(chǔ)信息。

TINEL-5DS土壤墑情在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對土壤濕度（土壤水分）的長時間的連續(xù)的實時的監(jiān)測。用戶可以根據(jù)各區(qū)域的監(jiān)測需要，靈活布置土壤水分傳感器的監(jiān)測數(shù)量及測量深度，將傳感器布置在不同的深度，測量各剖面土壤水分情況。系統(tǒng)還提供了額外的擴展能力，可根據(jù)監(jiān)測需求增加其它環(huán)境要素的傳感器，測量土壤溫度、熱通量、電導(dǎo)率、土壤水勢、土壤PH值、地下水水位、地下水水質(zhì)以及空氣溫度、空氣濕度、光照強度、環(huán)境風(fēng)速、環(huán)境風(fēng)向、降雨量、蒸發(fā)量、大氣壓力，太陽輻照量等信息，從而滿足系統(tǒng)功能升級的需要和各種科研課題的研究需要。連接計算機數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件后可查看測量站點的實時數(shù)據(jù)，并可以預(yù)設(shè)采集設(shè)備各項參數(shù)，灌溉控制參數(shù)，同時數(shù)據(jù)可以下載至數(shù)據(jù)庫，生成報表，以便存儲及打印。該系統(tǒng)可廣泛適用于環(huán)境保護，氣象氣候，生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)墑情，林區(qū)環(huán)境，水利信息，建筑節(jié)能等科研及教學(xué)領(lǐng)域。

二、系統(tǒng)解決方案

1、系統(tǒng)構(gòu)成

     土壤溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)主要由監(jiān)測數(shù)據(jù)采集中心、通信網(wǎng)絡(luò)分線盒、數(shù)據(jù)采集處理器和土壤水分傳感器、土壤溫度傳感器五部分構(gòu)成。

◆ 監(jiān)測中心

     硬件主要由計算機、打印機等組成。

     軟件主要有操作系統(tǒng)平臺、土壤溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)軟件、辦公軟件、數(shù)據(jù)庫軟件等組成。

◆ 通信網(wǎng)絡(luò)

     無線網(wǎng)絡(luò)方式：中國移動GPRS網(wǎng)絡(luò)和INTERNET公網(wǎng)。

   有線通訊方式：系統(tǒng)可采用點對點式，或485數(shù)據(jù)總線組網(wǎng)方式，各傳感器監(jiān)測點設(shè)置分線盒。

◆ 數(shù)據(jù)采集設(shè)備

     數(shù)據(jù)采集設(shè)備可根據(jù)供電類型分為市電供電土壤水分監(jiān)測終端、太陽能供電土壤水分監(jiān)測終端和電池供電土壤水分監(jiān)測終端。

◆ 土壤水分傳感器

根據(jù)監(jiān)測需求，可采用一路土壤水分傳感器實現(xiàn)單點監(jiān)測；也可采用多路土壤水分傳感器，并將傳感器布置在不同的深度，實現(xiàn)監(jiān)測站點的剖面土壤水分檢測。

◆ 土壤溫度傳感器

根據(jù)監(jiān)測需求，可采用一路土壤溫度傳感器實現(xiàn)單點監(jiān)測；也可采用多路土壤溫度傳感器，并將傳感器布置在不同的深度，實現(xiàn)監(jiān)測站點的剖面土壤溫度檢測。

2、系統(tǒng)功能及特點

     TINEL-5DS土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)全天候不間斷監(jiān)測?，F(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備自動采集土壤水分和地溫的實時數(shù)據(jù)，并利用485數(shù)據(jù)總線方式或GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程傳輸；監(jiān)控中心自動接收、自動存儲各監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)主要功能如下：

     ● 符合最新水分監(jiān)測規(guī)范SL 364-2006。

     ● 實時監(jiān)測土壤水分，各監(jiān)測點可靈活進行單路測量或多路剖面測量。

     ● 可選配智能灌溉功能，土壤水分超過預(yù)設(shè)下限值時，可實時控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)啟動。

     ● 可擴展土壤溫度、水勢、電導(dǎo)率、PH值以及地下水參數(shù)、氣象參數(shù)等監(jiān)測功能。

     ● 數(shù)據(jù)采集、存儲頻率可靈活調(diào)整，可遠程設(shè)置監(jiān)測設(shè)備工作參數(shù)。

     ● 監(jiān)測設(shè)備只在采集數(shù)據(jù)時才給傳感器供電，節(jié)電高效。一方面節(jié)約了能源，另一方面避免了因長期供電導(dǎo)致土壤物理性質(zhì)變化所形成的測量誤差。

     ● 支持點對點、485數(shù)據(jù)總線、GPRS、局域網(wǎng)等多種通訊方式。

     ● 可同時監(jiān)測上百個點的土壤含水量和地溫數(shù)據(jù)。

    ● 具備監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析功能，數(shù)據(jù)報表可導(dǎo)出、可存檔、可打印輸出。

3、系統(tǒng)主要硬件設(shè)備

（1）土壤墑情監(jiān)測數(shù)據(jù)采集儀

◆ 安裝方式：三角架/立桿/壁掛式安裝。

◆ 供電方式：太陽能供電DC 12～24V/市電AC 220V。

◆ 傳感器供電電壓：12～24V。

◆ 與監(jiān)控中心通信方式：點對點式/485數(shù)據(jù)總線方式/GPRS無線通訊方式。

◆ 數(shù)據(jù)上傳方式：采集器按頻率采數(shù)存儲+實時上傳。

◆ 核心產(chǎn)品：TINEL-5DS土壤墑情監(jiān)測采集儀內(nèi)核采用16位高性能微處理器，系統(tǒng)時鐘可達36MHz，整機功耗不大于0.2W，低功耗作業(yè)、執(zhí)行效率高，且集成2MB大容量據(jù)存儲芯片，存儲時間間隔1～240分鐘自由設(shè)定，按分鐘存儲可保存三十天以上的數(shù)據(jù)，整點存儲可達五百天以上；數(shù)采儀可實時監(jiān)測多路土壤含水量數(shù)值，并根據(jù)用戶預(yù)設(shè)灌溉參數(shù)值進行智能比對及自動管控，當(dāng)達到預(yù)設(shè)閥值時，即會向執(zhí)行單元下達操作指令。內(nèi)置高品質(zhì)電源適配器，交直流兩用電源。配有大屏幕液晶顯示屏（115*65(mm)），結(jié)合輕觸薄膜按鍵，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢，功能設(shè)定，參數(shù)修改等功能，并集成有USB/RS232/RS485/GPRS等多種通訊接口，靈活組網(wǎng)，穩(wěn)定性強。

     ● 產(chǎn)品特點

     1、數(shù)據(jù)采集、傳輸一體化設(shè)計。

     2、點對點式/485數(shù)據(jù)總線方式/GPRS無線通訊方式在線功耗低，在線平均電流≤10mA。

     3、可選配水文、水資源等多種數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約。

     4、支持各家組態(tài)軟件，支持用戶自行開發(fā)軟件系統(tǒng)。

     ●  技術(shù)參數(shù)

     硬件配置：8通道/16通道/24通道/32通道/256通道（485數(shù)據(jù)總線模式）。

     存儲容量：4MB內(nèi)存芯片，可存儲數(shù)據(jù)50000條以上，連續(xù)監(jiān)測整點數(shù)據(jù)五百天以上。

     供電電源：12V～24V DC。

     功    耗：待機電流＜0.1mA/12V；

               在線電流≤5mA/12V；

               發(fā)送電流≤50mA/12V；

               實時在線平均電流：≤10mA/12V。

     工作環(huán)境：環(huán)溫：-40～+80℃；環(huán)濕：≤95%。

4、系統(tǒng)軟件功能：

   TINEL-5DS土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)軟件，可在Windows7以上的操作系統(tǒng)環(huán)境運行，具有強大、平穩(wěn)的程序兼容性，可通過有線接口或無線網(wǎng)絡(luò)等方式與監(jiān)測站點建立連接，人機界面友好，各項功能設(shè)計簡潔直觀，圖文并茂，可實時查看各監(jiān)測站點的觀測數(shù)據(jù)和定時下載歷史數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)查詢與數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，使監(jiān)測成果一目了然，可在系統(tǒng)軟件上遠程設(shè)置現(xiàn)場監(jiān)測站點的各項參數(shù)及功能（系統(tǒng)時鐘、采集時間、灌溉時間、灌區(qū)狀態(tài)，等），RS485/GPRS動態(tài)組網(wǎng)，可支持數(shù)百臺監(jiān)測站點并發(fā)通訊；數(shù)據(jù)下載及存儲時間可以自由設(shè)定，數(shù)據(jù)存儲格式為EXCEL標(biāo)準(zhǔn)文件格式，可生成數(shù)據(jù)圖表，供其它軟件解析調(diào)用。可實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)MODBUS數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，使各種開發(fā)平臺兼容暢通無阻。

運行環(huán)境：可在Windows10、Windows7、Windows8操作系統(tǒng)環(huán)境運行；

采集功能：實時數(shù)據(jù)查看及下載、歷史數(shù)據(jù)下載、實時/歷史數(shù)據(jù)查詢及統(tǒng)計、自動/手動清空存儲器、系統(tǒng)時鐘同步、采集時間設(shè)定、配置站點信息、建立/刪除監(jiān)測站點，等。

控制功能：系統(tǒng)時鐘同步、采集時間設(shè)定、自動/手動控制模式、灌溉控制參數(shù)、實時灌區(qū)狀態(tài)、配置站點信息、建立/刪除監(jiān)測站點，等。

數(shù)據(jù)功能：數(shù)據(jù)查看、存儲、下載、查詢、時間段（年/月/日/時/分）統(tǒng)計、生成報表、清空，等。

組網(wǎng)規(guī)模：RS485總線模式：1～255臺，GPRS無線模式：1～N臺，點對點模式；

通訊接口：USB、RS-232、RS-485、LAN、GPRS、微波傳輸，等。

   通訊協(xié)議：TINEL天諾環(huán)能自定協(xié)議、Modbus標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。

5、儀器觀測支架及安裝配件（可選配）：可選用三角式可伸縮結(jié)構(gòu)或固定式風(fēng)桿結(jié)構(gòu)，三角支架采集優(yōu)質(zhì)鋼材設(shè)計，防腐抗銹，外形設(shè)計美觀，功能齊全，安裝方便。伸展高度約在1.8-2.5米左右，占地面積約3平方米，三個地腳預(yù)留安裝固定孔，可固定在水泥地面、鋼板或木材等基礎(chǔ)設(shè)施上。

6、USB-K2大容量數(shù)據(jù)存儲器（可選配）：若采集儀本身的芯片存儲空間不能滿足用戶數(shù)據(jù)存儲的需求，可在采集儀之外配置大容量數(shù)據(jù)存儲器，采集儀內(nèi)部需要配套有數(shù)據(jù)同步處理模塊，在采集儀面板上采用USB標(biāo)準(zhǔn)接口連接外置大容易優(yōu)盤，優(yōu)盤在使用前，需要通過我公司配套的系統(tǒng)軟件寫入系統(tǒng)文件方能用于數(shù)據(jù)存儲功能，優(yōu)盤容量大于8GB，最大密度存儲數(shù)據(jù)也可以存儲上百年時間，真正的無*存儲。當(dāng)數(shù)據(jù)存儲到一段時間需要導(dǎo)出時，接優(yōu)盤從采集儀上拔下，連接到計算機上，通過系統(tǒng)軟件進行數(shù)據(jù)讀取和導(dǎo)出等操作。

7、供電電源系統(tǒng)（可選配）：可實現(xiàn)交直流兩用的模式，即220V市電電源及12V直流電源可同時使用；在無電地區(qū)，可采用太陽能電池板與可充電電池組配合使用，來完成觀測站點的循環(huán)供電。

交流電源：設(shè)備備用專用的直流電源適配器，可以直接通過市電電源（220V）為設(shè)備供電。

直流電源：可選用任意12V直流電源為設(shè)備供電；在野外無電地區(qū)，可采用太陽能供電方式，備配太陽能電池板30W以上，為蓄電池充電，以完成白天夜間不間斷為設(shè)備供電，適用于太陽光照資源豐富的地區(qū)使用。

8、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)（可選配）：系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的USB/RS232/RS485通訊接口，可以滿足用戶有線長距離數(shù)據(jù)傳輸，還可以通過微波或GPRS無線通訊模塊來實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)組網(wǎng)等功能。

   有線通訊：標(biāo)準(zhǔn)USB/RS232或RS485通訊接口；RS232接口標(biāo)配數(shù)據(jù)通訊線12米；配備RS485接口后，數(shù)據(jù)通訊距離可延長至800米以上。

   無線通訊：可采用微波或GPRS通訊方式；微波通訊是點對點式通訊，一般有效通訊距離在5KM以內(nèi)，無通訊費用，適用于地勢平坦、無高大障礙物阻擋等地區(qū)。GPRS通訊，采用的手機信號與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的通訊方式，按流量收取通訊費用，適用于有手機信號的地區(qū)使用，并要求計算機能夠連接互聯(lián)網(wǎng)（最好有固定IP地址），可實現(xiàn)一個監(jiān)測中心同時連接多個站點的組網(wǎng)通訊，方便快捷，便于管理。

9、TDR-6土壤水分傳感器

 TDR-6土壤水分傳感器是天諾環(huán)能研發(fā)的測量土壤含水量與溫度數(shù)據(jù)的智能一體傳感器，高度集成，使用方便，堅固耐用，是目前比較常用的土壤水分（四探針）和溫度（五探針）測量方法。傳感器將溫度和濕度測量元件高度集成，外殼采用ABS工程塑料和環(huán)氧樹脂密封而成，防護等級達到IP68標(biāo)準(zhǔn)，前端探針采用316級不銹鋼精密加工而成，防腐耐用，可深入各種土質(zhì)測量。傳感器可以根據(jù)用戶需求設(shè)計成模擬信號或數(shù)字信號輸出，性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)測量不受土壤機理影響，適用地域廣闊，性價比高，維護成本低，土壤溫濕度傳感器主要應(yīng)用在農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，土壤墑情監(jiān)測，水文水利監(jiān)測等方面，可與數(shù)據(jù)采集儀及灌溉控制器一起組成自動灌溉控制系統(tǒng)。

 ●性能指標(biāo)

設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：符合《土壤墑情監(jiān)測規(guī)范SL000-2005中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)范要求

測量參數(shù)：土壤容積含水量。

計量單位：%（m3/m3）。

測量范圍：0～100%（m3/m3）。

測量精度：±2%（m3/m3）。

測量區(qū)域：90%的影響在圍繞中央探針的直徑3cm、長為6cm的圓柱體內(nèi)。
穩(wěn)定時間：通電后約1秒。

響應(yīng)時間：響應(yīng)在1秒內(nèi)進入穩(wěn)態(tài)過程。

工作電壓：，或：DC 3～5V。

輸出信號：4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流環(huán)、RS-485數(shù)字信號，或0～2.5V電壓信號

密封材料：ABS工程塑料，密封等級達到IP68標(biāo)準(zhǔn)。

探針材料：316不銹鋼探針，防腐抗銹，堅固耐用。

電纜長度：標(biāo)配長度5m。

10、土壤溫度傳感器測量指標(biāo)：（可選配TDR-6A型）

測量范圍：－40～100℃

測量精度：±0.2℃

信號輸出：標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻

信號轉(zhuǎn)換：可轉(zhuǎn)換為4～20MA標(biāo)準(zhǔn)電流信號，或RS485信號

電纜長度：出廠標(biāo)配5米屏蔽線

芯片封裝：304不銹鋼圓柱外殼，防腐抗銹

集成封裝：可與土壤水分傳感器集成封裝為一體傳感器。

11、土壤熱通量傳感器測量指標(biāo)：（可選配JZRL-2型）

  JZRL-2熱通量傳感器根據(jù)熱電效應(yīng)原理，采用繞線電鍍的方式，構(gòu)成多結(jié)點熱電堆來測量溫度梯度，由其不同的金屬性能決定，可實現(xiàn)由熱輻射導(dǎo)熱性引起的瞬時驟變的熱傳遞數(shù)值的測量，可通過兩個不同材料結(jié)點之間的溫差熱電勢來直接測定熱通量，輸出的毫伏電壓信號與熱通量值成正比，熱傳感器由于采用硅導(dǎo)熱橡膠封裝，該熱流傳感器堅固耐用，并抗腐蝕，適用于墻面、保溫材料、管道等，或土壤等各種使用環(huán)境。

技術(shù)參數(shù)：