基于4G DTU土壤墒情无线监测系统方案

一、概述

   为了提高农牧业抗旱管理水平，快速掌握土地旱情动态，避免或减少旱灾造成的损失，逐步建立起广泛覆盖的无线多点土壤墒情监测系统已经成为相应管理部门的重要任务之一。 无线多点土壤墒情监测系统能够实现对土壤墒情（土壤湿度）的长时间连续监测。用户可以根据监测需要，灵活布置土壤水分传感器；也可将传感器布置在不同的深度，测量剖面土壤水分情况。系统还提供了额外的扩展能力，可根据监测需求增加对应传感器，监测土壤温度、土壤电导率、土壤PH值、地下水水位、地下水水质以及空气温度、空气湿度、光照强度、风速风向、雨量等信息，从而满足系统功能升级的需要。 在传统的土壤湿度监测工作中,往往过程复杂、操作不便。如在地形复杂的环境下会遭遇布线困难的情况等。并且传统方式缺乏一定的时效性,很难做到人机脱离下的实时监控。

二、系统组成

系统主要由监控中心、通信网络、远程监测设备和土壤墒情检测设备四部分构成。

1、监控中心 

  硬件主要由服务器、计算机、交换机、打印机等组成。软件主要有操作系统软件、数据库软件、土壤墒情在线监测系统软件组成。 

2、通信平台 

      包括三大运营商4G网络和 INTERNET公网。系统计划采用公网专线的组网方式，监控中心需具备可上外网的固定 IP地址。 

3、远程监测设备 

      远程监测设备可根据供电类型分为市电供电土壤墒情监测终端、太阳能供电土壤墒情监测终端和电池供电土壤墒情监测终端。针对土壤墒情监测点分散分布、不易布线的特点，建议选用太阳能供电型土壤墒情监测终端。

 4、土壤墒情检测设备 

   根据监测需求，可采用 1路土壤水分传感器实现单点墒情检测；也可采用多路土壤水分传感器，并将传感器布置在不同的深度，实现监测点的剖面土壤墒情检测。

三、系统工作原理：

   将传感器埋设于农田、园林、温室等预设目标区域，实时采集温度、湿度、光照、气体浓度等环境信息，精确获取土壤水分、压实程度、电导率、pH 值、氮素等土壤信息，并将这些数据通过 CaiMore 4G DTU数传模块传送到控制中心，进行分析计算，为精确调控提供有效数据。

四、系统功能

● 实时监测土壤水分，各监测点可灵活进行单路测量或多路剖面测量。

● 土壤水分超过预先设定的限值时，立刻上报告警信息。

● 可扩展土壤温度、电导率、PH值以及地下水参数、气象参数等监测功能。

● 数据采集、存储频率可灵活调整，可远程设置监测设备工作参数。

● 远程监测设备只在采集数据时才给传感器供电，一方面节约了能源，另一方面避免 了因长期供电导致土壤物理性质变化所形成的测量误差。

● 支持GPRS、短消息、局域网等多种通讯方式，推荐采用GPRS无线通讯。

● 可同时将监测数据上报至多个中心。

● 具备远程设备维护功能，可扩展远程拍照功能。

● 具备监测数据、报警数据的统计、分析功能，数据报表可导出、可打印输出。

● 监测系统软件具备GIS功能，可在地图上显示各监测点的详细分布位置。

● 监测系统软件支持通过OPC接口与其它系统对接。

五、结论

      随着信息技术和现代通信技术的发展与普及，4G DTU数传模块作为无线通信网络中的一种数据传输媒介，其发展日渐成熟，可以为广大的农田沃土环境提供性能稳定、低成本、低功耗的无线通信解决方案。