农田智能喷灌设备在线监测控制方案
时间：2025-12-11
涉川
一、方案介绍
现代农业对节水、节能、精准施肥与高效种植的需求不断提升，传统人工喷灌方式存在劳动强度大、水资源利用率低、缺乏数据监测及无法实现自动化的问题。为此，构建基于物联网的智能喷灌设备在线监测与自动控制系统，可实现“实时监测—智能判断—自动喷灌—远程管理”的闭环运行，提高灌溉效率与作物产量。
本方案通过土壤墒情、气象、管网压力、阀门状态、水泵运行等数据的实时采集，利用智能控制终端和云平台，实现农田喷灌设备的自动开启、关闭、定时运行、循环灌溉及远程管理，构建数字化、网络化、可视化的智能灌溉系统。
二、监测目标
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监测土壤含水量、气温、空气湿度、太阳辐射、降雨等环境参数。
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监测喷灌管网压力、水流量、水泵运行状态。
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对喷头、电磁阀、喷灌机进行在线控制。
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根据监测数据智能判断作物需水量并自动灌溉。
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实现手机、电脑、小程序的远程控制。
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实现异常工况报警，包括低水压、阀门故障、泵异常、供水不足等。
三、需求分析
智能喷灌系统需满足：
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适应室外日晒雨淋环境，设备长期稳定运行；
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支持大规模农田的多节点部署；
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具备自动化灌溉策略和人工干预能力；
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支持云平台管理，实现跨区域多农田统一调度；
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能对喷灌行为进行记录与分析，提高水资源利用率；
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具备阈值控制、定时控制、循环控制、气象耦合控制等模式；
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支持太阳能供电，降低布线成本；
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可与其他农业系统（气象站、施肥系统）联动。
四、监测方法
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土壤墒情传感器埋设于不同深度，持续监测土壤含水率。
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小型气象站实时采集空气温湿度、风速、日照、降雨等数据。
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在主管道安装压力传感器和流量计监测管网供水状态。
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通过智能终端采集所有传感器数据，并上传至云平台。
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云平台根据设定策略控制电磁阀、喷头或喷灌机进行灌溉。
五、应用原理
1. 需水量判断
系统根据作物种类、土壤类型、季节、天气状况综合计算需水量，实现精准灌溉。
2. 弱电控制强电
控制终端通过弱电信号控制继电器，驱动水泵、电磁阀等强电设备，使系统运行安全可靠。
3. 智能策略
包括：
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土壤墒情阈值自动灌溉
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气象联动灌溉（降雨时自动停止）
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定时灌溉
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智能循环灌溉
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多区分时段供水策略
4. 数据分析与预测
平台对灌溉数据进行建模，通过趋势分析优化灌溉策略，减少水资源浪费。
六、功能特点
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自动化喷灌，无需人工值守；
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土壤墒情驱动灌溉，高精度节水；
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管网压力监测，防止喷灌故障和设备损坏；
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云平台可视化管理，支持手机与电脑远程操作；
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喷灌区分区控制，支持大田、绿化带等多场景；
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多种控制模式灵活切换；
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自动生成灌溉报表、历史曲线和用水统计；
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系统支持扩展气象、虫情、水肥一体化等功能。
七、硬件清单
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土壤含水率（墒情）传感器
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农田小型气象采集设备
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管道压力传感器、流量传感器
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电磁阀、喷头或喷灌机末端执行器
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水泵自动控制模块
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数据采集主机（含通讯模块）
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太阳能供电系统或市电电源
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远程监测平台（网页/小程序）
八、硬件参数（量程、精度）
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土壤含水率测量范围：0～100%（精度 ±3%）
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压力测量范围：0～1 MPa（精度 ≤0.5% F.S.）
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流量测量范围：适配不同管径，精度 ±2%
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温湿度测量精度：温度 ±0.5℃，湿度 ±3%RH
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风速量程：0～30 m/s
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通信方式：4G/NB-IoT/LoRa
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工作环境温度：–20℃～+70℃
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防护等级：IP65～IP67
九、方案实现
1. 现场部署
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墒情传感器按深浅分层布设；
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气象采集设备安装在开阔区域；
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电磁阀安装于各喷灌支路；
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水泵控制柜设置在供水点；
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采集主机集中安装于配电箱或防水机箱。
2. 控制逻辑
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达到土壤含水量下限 → 自动开启喷灌
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超过设定上限 → 自动停止
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降雨量超限 → 自动停止喷灌
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管网压力不足 → 自动报警并停机
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支持远程人工强制开启或关闭
3. 平台功能
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实时显示所有监测参数
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喷灌状态、阀门开度、水泵启停可远程控制
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自动生成灌溉建议
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越限报警推送至手机
十、数据分析
系统可生成：
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土壤湿度变化趋势
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喷灌区耗水量统计
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管网压力曲线
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日/月累计灌溉量
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喷灌效率评估
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作物需水模型预测结果
十一、预警决策
支持以下预警类型：
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低水压报警
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墒情过湿报警
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水泵故障报警
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电磁阀故障报警
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数据通信中断警告
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供水不足预警
平台自动记录报警时间与处理结果，形成闭环管理。
十二、方案优点
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显著提高灌溉效率与作物产量；
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节省大量人工巡检成本；
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节约水资源，避免过度灌溉；
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完全无人值守自动化运行；
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可与水肥一体化、农业气象、病虫害监测联动；
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系统扩展性强，可满足不同规模农场需求。
十三、应用领域
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大田作物喷灌
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经济作物灌溉
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智慧农业示范区
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数字乡村建设
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现代农场、水利灌区
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绿化带、果园、牧场喷灌
十四、效益分析
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节水率可提高至 30%～50%；
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人工成本降低 60% 以上；
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作物生长一致性提升，增产显著；
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灌溉全程可追溯，便于管理与考核；
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长期运行成本低，维护简便；
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提升乡村数字化治理能力和农业现代化水平。
十五、国标规范
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《农业灌溉技术规范》
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《智能灌溉系统技术要求》
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《农田水利工程技术规范》
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《物联网技术总体要求》
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《农业农村信息化建设指南》
十六、参考文献
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智慧农业灌溉系统研究文献
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智慧水务数据模型研究资料
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农田水利自动化与节水灌溉研究报告