土壤墒情在线监测系统

一、系统概述：

我国做为传统的农业大国，在农牧业机械化方面还有很大的提升空间，为了提高农牧业抗旱防涝的管理水平，快速掌握土地墒情动态，提前采取预防措施，智能科学地判断农情信息，避免或减少旱灾涝灾造成的损失，逐步建立起广泛覆盖的土壤墒情实时在线监测网络已经成为一项十分重要的工作。TINEL-5DS土壤墒情在线监测系统能够全面、科学、真实地反映被监测区的土壤变化，可及时、准确地提供各个监测点的土壤墒情状况，为减灾抗旱提供重要的基础信息。

TINEL-5DS土壤墒情在线监测系统能够实现对土壤湿度（土壤水分）的长时间的连续的实时的监测。用户可以根据各区域的监测需要，灵活布置土壤水分传感器的监测数量及测量深度，将传感器布置在不同的深度，测量各剖面土壤水分情况。系统还提供了额外的扩展能力，可根据监测需求增加其它环境要素的传感器，测量土壤温度、热通量、电导率、土壤水势、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、环境风速、环境风向、降雨量、蒸发量、大气压力，太阳辐照量等信息，从而满足系统功能升级的需要和各种科研课题的研究需要。连接计算机数据系统软件后可查看测量站点的实时数据，并可以预设采集设备各项参数，灌溉控制参数，同时数据可以下载至数据库，生成报表，以便存储及打印。该系统可广泛适用于环境保护，气象气候，生态环境、农业墒情，林区环境，水利信息，建筑节能等科研及教学领域。

二、系统解决方案

1、系统构成

     土壤温湿度监测系统主要由监测数据采集中心、通信网络分线盒、数据采集处理器和土壤水分传感器、土壤温度传感器五部分构成。

◆ 监测中心

     硬件主要由计算机、打印机等组成。

     软件主要有操作系统平台、土壤温湿度监测系统软件、办公软件、数据库软件等组成。

◆ 通信网络

     无线网络方式：中国移动GPRS网络和INTERNET公网。

   有线通讯方式：系统可采用点对点式，或485数据总线组网方式，各传感器监测点设置分线盒。

◆ 数据采集设备

     数据采集设备可根据供电类型分为市电供电土壤水分监测终端、太阳能供电土壤水分监测终端和电池供电土壤水分监测终端。

◆ 土壤水分传感器

根据监测需求，可采用一路土壤水分传感器实现单点监测；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，实现监测站点的剖面土壤水分检测。

◆ 土壤温度传感器

根据监测需求，可采用一路土壤温度传感器实现单点监测；也可采用多路土壤温度传感器，并将传感器布置在不同的深度，实现监测站点的剖面土壤温度检测。

2、系统功能及特点

     TINEL-5DS土壤墒情监测系统可实现全天候不间断监测。现场监测设备自动采集土壤水分和地温的实时数据，并利用485数据总线方式或GPRS无线网络实现数据远程传输；监控中心自动接收、自动存储各监测点的监测数据到数据库中。系统主要功能如下：

     ● 符合最新水分监测规范SL 364-2006。

     ● 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。

     ● 可选配智能灌溉功能，土壤水分超过预设下限值时，可实时控制节水灌溉系统启动。

     ● 可扩展土壤温度、水势、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。

     ● 监测设备只在采集数据时才给传感器供电，节电高效。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。

     ● 支持点对点、485数据总线、GPRS、局域网等多种通讯方式。

     ● 可同时监测上百个点的土壤含水量和地温数据。

    ● 具备监测数据的统计、分析功能，数据报表可导出、可存档、可打印输出。

3、系统主要硬件设备

（1）土壤墒情监测数据采集仪

◆ 安装方式：三角架/立杆/壁挂式安装。

◆ 供电方式：太阳能供电DC 12～24V/市电AC 220V。

◆ 传感器供电电压：12～24V。

◆ 与监控中心通信方式：点对点式/485数据总线方式/GPRS无线通讯方式。

◆ 数据上传方式：采集器按频率采数存储+实时上传。

◆ 核心产品：TINEL-5DS土壤墒情监测采集仪内核采用16位高性能微处理器，系统时钟可达36MHz，整机功耗不大于0.2W，低功耗作业、执行效率高，且集成2MB大容量据存储芯片，存储时间间隔1～240分钟自由设定，按分钟存储可保存三十天以上的数据，整点存储可达五百天以上；数采仪可实时监测多路土壤含水量数值，并根据用户预设灌溉参数值进行智能比对及自动管控，当达到预设阀值时，即会向执行单元下达操作指令。内置高品质电源适配器，交直流两用电源。配有大屏幕液晶显示屏（115*65(mm)），结合轻触薄膜按键，可实现数据查询，功能设定，参数修改等功能，并集成有USB/RS232/RS485/GPRS等多种通讯接口，灵活组网，稳定性强。

     ● 产品特点

     1、数据采集、传输一体化设计。

     2、点对点式/485数据总线方式/GPRS无线通讯方式在线功耗低，在线平均电流≤10mA。

     3、可选配水文、水资源等多种数据传输规约。

     4、支持各家组态软件，支持用户自行开发软件系统。

     ●  技术参数

     硬件配置：8通道/16通道/24通道/32通道/256通道（485数据总线模式）。

     存储容量：4MB内存芯片，可存储数据50000条以上，连续监测整点数据五百天以上。

     供电电源：12V～24V DC。

     功    耗：待机电流＜0.1mA/12V；

               在线电流≤5mA/12V；

               发送电流≤50mA/12V；

               实时在线平均电流：≤10mA/12V。

     工作环境：环温：-40～+80℃；环湿：≤95%。

4、系统软件功能：

   TINEL-5DS土壤墒情监测系统软件，可在Windows7以上的操作系统环境运行，具有强大、平稳的程序兼容性，可通过有线接口或无线网络等方式与监测站点建立连接，人机界面友好，各项功能设计简洁直观，图文并茂，可实时查看各监测站点的观测数据和定时下载历史数据，并提供数据查询与数据统计功能，使监测成果一目了然，可在系统软件上远程设置现场监测站点的各项参数及功能（系统时钟、采集时间、灌溉时间、灌区状态，等），RS485/GPRS动态组网，可支持数百台监测站点并发通讯；数据下载及存储时间可以自由设定，数据存储格式为EXCEL标准文件格式，可生成数据图表，供其它软件解析调用。可实现标准MODBUS数据通讯协议，使各种开发平台兼容畅通无阻。

运行环境：可在Windows10、Windows7、Windows8操作系统环境运行；

采集功能：实时数据查看及下载、历史数据下载、实时/历史数据查询及统计、自动/手动清空存储器、系统时钟同步、采集时间设定、配置站点信息、建立/删除监测站点，等。

控制功能：系统时钟同步、采集时间设定、自动/手动控制模式、灌溉控制参数、实时灌区状态、配置站点信息、建立/删除监测站点，等。

数据功能：数据查看、存储、下载、查询、时间段（年/月/日/时/分）统计、生成报表、清空，等。

组网规模：RS485总线模式：1～255台，GPRS无线模式：1～N台，点对点模式；

通讯接口：USB、RS-232、RS-485、LAN、GPRS、微波传输，等。

   通讯协议：TINEL天诺环能自定协议、Modbus标准数据通讯协议。

5、仪器观测支架及安装配件（可选配）：可选用三角式可伸缩结构或固定式风杆结构，三角支架采集优质钢材设计，防腐抗锈，外形设计美观，功能齐全，安装方便。伸展高度约在1.8-2.5米左右，占地面积约3平方米，三个地脚预留安装固定孔，可固定在水泥地面、钢板或木材等基础设施上。

6、USB-K2大容量数据存储器（可选配）：若采集仪本身的芯片存储空间不能满足用户数据存储的需求，可在采集仪之外配置大容量数据存储器，采集仪内部需要配套有数据同步处理模块，在采集仪面板上采用USB标准接口连接外置大容易优盘，优盘在使用前，需要通过我公司配套的系统软件写入系统文件方能用于数据存储功能，优盘容量大于8GB，最大密度存储数据也可以存储上百年时间，真正的无*存储。当数据存储到一段时间需要导出时，接优盘从采集仪上拔下，连接到计算机上，通过系统软件进行数据读取和导出等操作。

7、供电电源系统（可选配）：可实现交直流两用的模式，即220V市电电源及12V直流电源可同时使用；在无电地区，可采用太阳能电池板与可充电电池组配合使用，来完成观测站点的循环供电。

交流电源：设备备用专用的直流电源适配器，可以直接通过市电电源（220V）为设备供电。

直流电源：可选用任意12V直流电源为设备供电；在野外无电地区，可采用太阳能供电方式，备配太阳能电池板30W以上，为蓄电池充电，以完成白天夜间不间断为设备供电，适用于太阳光照资源丰富的地区使用。

8、数据通讯系统（可选配）：系统提供标准的USB/RS232/RS485通讯接口，可以满足用户有线长距离数据传输，还可以通过微波或GPRS无线通讯模块来实现远程数据传输、系统组网等功能。

   有线通讯：标准USB/RS232或RS485通讯接口；RS232接口标配数据通讯线12米；配备RS485接口后，数据通讯距离可延长至800米以上。

   无线通讯：可采用微波或GPRS通讯方式；微波通讯是点对点式通讯，一般有效通讯距离在5KM以内，无通讯费用，适用于地势平坦、无高大障碍物阻挡等地区。GPRS通讯，采用的手机信号与互联网结合的通讯方式，按流量收取通讯费用，适用于有手机信号的地区使用，并要求计算机能够连接互联网（最好有固定IP地址），可实现一个监测中心同时连接多个站点的组网通讯，方便快捷，便于管理。

9、TDR-6土壤水分传感器

 TDR-6土壤水分传感器是天诺环能研发的测量土壤含水量与温度数据的智能一体传感器，高度集成，使用方便，坚固耐用，是目前比较常用的土壤水分（四探针）和温度（五探针）测量方法。传感器将温度和湿度测量元件高度集成，外壳采用ABS工程塑料和环氧树脂密封而成，防护等级达到IP68标准，前端探针采用316级不锈钢精密加工而成，防腐耐用，可深入各种土质测量。传感器可以根据用户需求设计成模拟信号或数字信号输出，性能稳定，数据测量不受土壤机理影响，适用地域广阔，性价比高，维护成本低，土壤温湿度传感器主要应用在农业灌溉系统，土壤墒情监测，水文水利监测等方面，可与数据采集仪及灌溉控制器一起组成自动灌溉控制系统。

 ●性能指标

设计标准：符合《土壤墒情监测规范SL000-2005中华人民共和国水利行业标准》的规范要求

测量参数：土壤容积含水量。

计量单位：%（m3/m3）。

测量范围：0～100%（m3/m3）。

测量精度：±2%（m3/m3）。

测量区域：90%的影响在围绕中央探针的直径3cm、长为6cm的圆柱体内。
稳定时间：通电后约1秒。

响应时间：响应在1秒内进入稳态过程。

工作电压：，或：DC 3～5V。

输出信号：4～20mA标准电流环、RS-485数字信号，或0～2.5V电压信号

密封材料：ABS工程塑料，密封等级达到IP68标准。

探针材料：316不锈钢探针，防腐抗锈，坚固耐用。

电缆长度：标配长度5m。

10、土壤温度传感器测量指标：（可选配TDR-6A型）

测量范围：－40～100℃

测量精度：±0.2℃

信号输出：标准铂电阻

信号转换：可转换为4～20MA标准电流信号，或RS485信号

电缆长度：出厂标配5米屏蔽线

芯片封装：304不锈钢圆柱外壳，防腐抗锈

集成封装：可与土壤水分传感器集成封装为一体传感器。

11、土壤热通量传感器测量指标：（可选配JZRL-2型）

  JZRL-2热通量传感器根据热电效应原理，采用绕线电镀的方式，构成多结点热电堆来测量温度梯度，由其不同的金属性能决定，可实现由热辐射导热性引起的瞬时骤变的热传递数值的测量，可通过两个不同材料结点之间的温差热电势来直接测定热通量，输出的毫伏电压信号与热通量值成正比，热传感器由于采用硅导热橡胶封装，该热流传感器坚固耐用，并抗腐蚀，适用于墙面、保温材料、管道等，或土壤等各种使用环境。

技术参数：