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物联网技术在烟草水肥一体化实践中的应用
作者：赵寅星 赵世民 孔德辉 刘文松 付鹏鹏 来源：《农家致富顾问·下半月》2016年第10期
摘 要 本文结合洛阳市烟草公司在洛宁县开展的水肥一体化项目，对物联网在烟草水肥一体化上的应用进行了探索，介绍了本系统的体系架构及功能，分析了物联网技术在水肥一体化实践中的应用效益，为烤烟生产和水肥管理提供指导。 关键词 物联网 烟草 水肥一体化
物联网是将所有物品通过各种信息传感设备，如射频识别装置、基于光声电磁的传感器、3S技术、激光扫描器等各类装置与互联网结合起来，实现数据采集、融合、处理，并通过操作终端，实现智能化识别和管理。实施水肥一体化技术可以很好地解决烟叶生产过程中制约提质增效、生态环保、促农增收等瓶颈问题，是实现现代烟草农业发展的必由之路。物联网技术和水肥一体化技术在烟草生产和科研中的引入与应用，将是现代烟草依托新型信息化应用上迈出的一大步。可以改变粗放的经营管理方式，确保烟叶产量及质量安全，从而引领现代烟叶生产的发展。 1系统组成
水肥一体化管道系统：水源 首部（包括提水泵，施肥罐，叠片过滤器及有关控制测量、保护、设施）主干管 支管 滴灌带（毛管）。选用滴灌带为单翼迷宫式滴灌带，单行直线布置，滴头间距为30cm，烟草株距为55cm，行距为120cm。每单元支管用电磁阀自动化控制。 自动化控制与通讯系统：主要由中心主控系统（计算机和作物灌溉决策软件）、采集控制模块、无线通讯模块、土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器、电磁阀、太阳能模块等设备组成。系统主要基于土壤温度水分传感器、空气温度湿度传感器获取土壤和空气温湿度信息进行综合分析，通过无线通讯模块将采集的信息发送到中心主控系统。
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2数据采集与控制技术
数据采集与控制从字面上理解可以分为“监”和“控”两部分，其中“监”也就是监视，可以分为两大部分：一是对土壤水分参数的监视；二是对控制系统及网络设备（电磁阀、传感器）的监视。远程监视就是指通过控制网络以获得信息为主；而“控”是指控制，即通过控制网络对远程设备进行操控，例如启、停电磁阀等，但它不仅仅包括对远程设备进行重新启动、停止等操作，还包括对远端设备进行日常设置的工作（例如：传感器阈值的设置等）。通过硬件的配合和还可以实现远程开机的功能。
按照自动化灌溉自动控制系统的组成与反馈机理，灌溉自动控制系统可以分为开路自动控制系统和闭路自动控制系统。开路自动控制系统是按照预先设定的时间启、关灌溉系统；闭路自动控制系统是通过传感器数据反馈，通过软件分析确定灌溉系统启、关时间。因此，需要建立两种控制系统条件下主要作物自动化灌溉技术体系。
本系统所采用的数据采集器是专门为烟田精准灌溉施肥系统研发的数据采集器，数据采集器主要分为两种，一种是主管道系统数据采集器，另一种是数据采集器。 a主管道数据采集器
该数据采集器主要采集主管道压力、主管道流量等数据。可进行数据采集、接收和执行上级控制指令。 b数据采集器
该数据采集器主要是根据烟田的精准控制原理，采用小型化、专用化设计的数据采集器。主要功能是采集土壤水分、土壤温度和流量数据。同时，该采集器还可控制电磁阀的工作状态，实现烟田的精准控制。 c数据电气特性及介质
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为了有效传输各株烟田的采集数据和控制信号，又能布线简单，本系统的数据传输采用RS485串行通讯标准。 ？ RS-485的电气特性
RS485采用差分信号负逻辑，+2V-+6V表示“1”，- 6V～- 2V表示“0”。RS485有两线制和四线制两种接线，本系统采用两线制，两线制是半双工通讯方式。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。 ？ 传输电缆
为了提高RS485的传输效率，本系统采用阻抗匹配（一般为120Ω）的RS485专用电缆（STP-120Ω（for RS485 & CAN）one pair 18 AWG）。以保证RS-485的通信速率不低于在100Kpbs。
d数据采集器工作原理及流程
数据采集器的工作原理是采用485通讯协议，将每个烟草采集单元（XX亩）赋予一个固定地址，然后通过地址对水分传感器、土壤电导传感器和流量计进行数据采集，并发送到主控计算机上，经主控计算机处理后，再通过地址，发回一个控制信号，该信号控制电磁阀的工作情况，使每个植株可以精准地控制水分和养分。
烟田精准灌溉施肥系统的精准控制主要取决于数据的采集与处理，只有正确的数据来源，才能实现烟田的灌溉施肥的精准控制，本系统的数据采集包括两大部部分、一部分是用于控制的数据采集，主要包括主管道流量和压力的数据采集；另一部分是用于记录的数据采集，主要包括烟田根部土壤含水量的数据采集、土壤温度。整个数据采集与控制的系统构架如下图。 e数据采集器的接线
在整个烟田的控制中，均采用24V直流电源，同时用一对数据线进行数据采集。其接线方式示于下图。