一、應用背景

在傳統農業灌溉中，普遍存在著灌溉方式粗放、水資源利用率低、人力成本高、灌溉決策缺乏數據支撐等問題。很多地區仍采用人工漫灌的方式，不僅造成了大量水資源的浪費，還容易因灌溉不均導致農作物生長不良。同時，對于大面積的農田、果園、溫室大棚等種植場景，人工巡檢和控制灌溉設備的效率極低，難以根據農作物的實際生長需求和土壤、環境的實時狀況進行精準灌溉。

隨著物聯網技術的發展，智慧農業成為農業發展的新趨勢。LORA 無線通信技術以其低功耗、遠距離、大連接、抗干擾能力強等特點，非常適合應用于農業灌溉場景，能夠有效解決傳統灌溉的諸多痛點，實現農業灌溉的智能化、精準化和自動化。基于此，推出 LORA 無線灌溉控制系統智慧農業解決方案，助力農業生產提質增效、節水節能。

二、方案原則

實用性：充分結合農業種植的實際需求和現場環境，系統功能貼合灌溉管理的實際操作流程，簡單易用，確保農戶能夠快速上手。

可靠性：LORA 通信技術具備較強的抗干擾能力，系統硬件設備選用工業級材質，適應農業現場的惡劣環境，保證系統長期穩定運行。

可擴展性：系統架構采用模塊化設計，支持后續根據種植規模的擴大、功能需求的增加進行靈活擴展和升級。

節能性：利用 LORA 低功耗特性，傳感器和控制節點可采用電池供電，降低系統運行能耗;同時通過精準灌溉，減少水資源和電能的浪費。

經濟性：在保證系統性能的前提下，優化硬件選型和軟件設計，降低系統建設和維護成本，讓廣大農戶能夠負擔。

三、系統架構

LORA 無線灌溉控制系統主要由感知層、網絡層、應用層三部分組成，形成一個完整的物聯網灌溉體系。

1、感知層

感知層是系統的數據采集終端，主要包括各類傳感器和智能灌溉控制器，負責采集農田的土壤、環境數據以及控制灌溉設備的運行。

土壤傳感器：采集土壤濕度、土壤溫度、土壤 pH 值、土壤電導率等數據，實時反映土壤的墑情狀況，為灌溉決策提供核心依據。

環境傳感器：監測空氣溫度、空氣濕度、光照強度、降雨量、風速風向等環境參數，輔助判斷農作物的生長環境和需水情況。

智能灌溉控制器：與電磁閥、水泵等灌溉設備相連，接收來自應用層的控制指令，實現對灌溉設備的遠程開關控制，同時可通過本地按鍵進行手動操作。

流量計：安裝在灌溉管道上，計量灌溉用水量，實現用水的精準計量和管控。

所有感知層設備均集成 LORA 無線模塊，能夠將采集到的數據和設備狀態信息通過 LORA 無線方式上傳至網絡層，同時接收網絡層下發的控制指令。

2、網絡層

網絡層是系統的數據傳輸和中轉樞紐，由LORA 網關和云服務器組成，負責實現感知層與應用層之間的數據交互。

LORA 網關：部署在農田區域的合適位置，作為 LORA 無線信號的接收和轉發節點，接收感知層設備上傳的無線數據，通過以太網、4G/5G 等方式將數據上傳至云服務器;同時將云服務器下發的控制指令轉發給對應的智能灌溉控制器。一個 LORA 網關可實現對周邊數公里范圍內的 LORA 設備的通信覆蓋，滿足大面積農田的組網需求。

云服務器：采用云平臺架構，具備強大的數據存儲、處理和運算能力，接收來自 LORA 網關的各類數據并進行存儲和分析，同時為應用層提供數據接口和服務支持。

3、應用層

應用層是系統的人機交互界面，主要為用戶提供數據展示、灌溉控制、數據分析等功能，包括電腦端管理平臺和移動端 APP / 小程序。

數據展示：以圖表、數字等直觀形式展示農田的土壤墑情、環境參數、灌溉設備狀態、用水量等實時數據和歷史數據，讓用戶隨時掌握農田的各項情況。

遠程控制：用戶可通過電腦或手機遠程控制智能灌溉控制器的開關，實現對單個或多個灌溉區域的定時、定量灌溉，也可根據傳感器數據手動觸發灌溉操作。

智能決策：系統基于采集到的土壤和環境數據，結合不同農作物的需水模型，自動分析并生成灌溉建議，提醒用戶進行灌溉操作，或直接自動觸發灌溉設備進行精準灌溉。

報警提醒：當土壤濕度低于或高于設定閾值、設備出現故障、用水量異常等情況時，系統通過短信、APP 推送等方式向用戶發送報警信息，及時提醒用戶處理。

數據分析與報表：系統自動統計和分析灌溉數據、農作物生長環境數據等，生成各類報表和分析曲線，為用戶的農業生產管理和決策提供數據支撐，幫助用戶優化灌溉方案。

設備管理：支持對感知層設備進行遠程配置、參數修改、固件升級等操作，方便設備的維護和管理。

四、核心功能

1、精準灌溉控制

定時灌溉：用戶可根據農作物的生長周期和灌溉習慣，設置不同灌溉區域的定時灌溉任務，如每天、每周的特定時間開啟或關閉灌溉設備，實現自動化灌溉。

定量灌溉：根據土壤墑情和農作物需水量，設定每次灌溉的用水量，通過流量計實時監測用水量，達到設定值后自動停止灌溉，避免過度灌溉。

智能觸發灌溉：系統根據土壤濕度傳感器采集的數據，當土壤濕度低于設定的閾值時，自動觸發灌溉設備進行灌溉，當土壤濕度達到適宜值時自動停止，實現按需灌溉。

分區灌溉：將農田劃分為不同的灌溉區域，每個區域配備獨立的智能灌溉控制器和傳感器，可針對不同區域的農作物類型、土壤狀況進行差異化灌溉控制。

2、數據監測與分析

實時監測：不間斷采集土壤、環境、設備運行等數據，實時上傳至云平臺并展示，用戶可隨時查看農田的動態狀況。

歷史數據查詢：支持按時間維度(小時、天、周、月、年)查詢各類數據的歷史記錄，便于用戶分析農作物生長環境的變化規律和灌溉效果。

數據對比分析：可對不同地塊、不同時間段的數據進行對比分析，為優化種植和灌溉方案提供依據。

需水模型構建：基于長期采集的數據，結合不同農作物的生長特性，構建農作物需水模型，實現更精準的灌溉預測和控制。

3、設備遠程管理

遠程控制：通過電腦端或移動端遠程控制水泵、電磁閥等灌溉設備的啟停，無需現場操作，節省人力成本。

設備狀態監測：實時監測灌溉設備的運行狀態，如電壓、電流、開關狀態等，及時發現設備故障并報警。

遠程參數配置：可遠程修改傳感器的閾值、灌溉控制器的工作參數等，方便系統調試和維護。

4、報警與預警

墑情報警：當土壤濕度超出設定的適宜范圍時，系統立即發送報警信息，提醒用戶及時采取灌溉或排水措施。

設備故障報警：當灌溉設備出現短路、斷路、過載等故障時，系統發出報警，并顯示故障設備位置和故障類型，便于快速排查和維修。

用水異常報警：當灌溉用水量突然增加或減少，超出正常范圍時，系統報警，防止因管道破裂、設備異常等造成水資源浪費。

氣象預警：結合天氣預報數據，當即將出現暴雨、高溫、霜凍等極端天氣時，系統提前發送預警信息，用戶可提前調整灌溉計劃。

五、實施步驟

1、現場勘查與需求分析

安排專業技術人員前往農田現場，勘察種植面積、地形地貌、農作物類型、現有灌溉設施等情況，與用戶深入溝通，了解用戶的灌溉需求、管理模式和預算等，制定個性化的系統實施方案。

2、設備選型與配置

根據現場勘查結果和用戶需求，選擇合適型號的傳感器、智能灌溉控制器、LORA 網關、電磁閥、水泵等設備，進行設備配置和系統組網設計，確保設備的性能和數量滿足實際應用需求。

3、設備安裝與調試

感知層設備安裝：按照設計方案，將土壤傳感器、環境傳感器埋置或安裝在農田的合適位置，將智能灌溉控制器與灌溉設備連接，并完成 LORA 模塊的配對和調試。

LORA 網關部署：選擇信號覆蓋良好的位置安裝 LORA 網關，完成網關與網絡的連接調試，確保網關能夠穩定接收和轉發感知層設備的數據。

應用層平臺部署：完成云服務器的配置和應用層管理平臺的部署，進行數據接口調試，確保平臺能夠正常接收和展示數據，實現對設備的遠程控制。

系統整體調試：對整個系統進行聯調測試，檢查數據采集的準確性、設備控制的有效性、通信的穩定性等，及時解決調試過程中出現的問題。

4、人員培訓與交付

為用戶提供系統操作培訓，包括設備使用、平臺操作、數據查看、故障處理等方面的內容，確保用戶能夠熟練掌握系統的使用方法。培訓完成后，進行系統交付，提供設備清單、操作手冊、維保說明等資料。

5、后期運維與服務

建立完善的售后服務體系，定期對系統進行巡檢和維護，及時處理用戶反饋的問題。為用戶提供技術支持和系統升級服務，確保系統長期穩定運行。

六、應用價值

1、經濟效益

節約水資源：通過精準灌溉，根據農作物的實際需水情況進行灌溉，避免了傳統漫灌造成的水資源浪費，可節約用水 30%-60%，大幅降低用水成本。

降低人力成本：實現灌溉設備的遠程自動化控制，無需人工現場巡檢和操作，減少了人力投入，尤其對于大面積種植戶，人力成本節約效果顯著。

提升農作物產量和品質：精準的灌溉控制為農作物提供了適宜的生長環境，減少了因灌溉不當導致的病蟲害和生長不良等問題，可使農作物產量提升 10%-20%，品質也得到明顯改善，增加農產品的市場價值。

減少設備損耗：系統對灌溉設備進行智能監測和控制，避免設備空載運行、過載運行等情況，延長設備使用壽命，降低設備維修和更換成本。

2、社會效益

推動農業現代化發展：LORA 無線灌溉控制系統的應用，將物聯網技術與農業生產深度融合，提升了農業生產的智能化水平，推動傳統農業向智慧農業轉型。

節約能源：精準灌溉減少了水泵等灌溉設備的運行時間和能耗，同時 LORA 設備的低功耗特性也降低了系統的整體能耗，符合節能減排的發展理念。

保護生態環境：減少水資源的過度開采和浪費，避免因漫灌導致的土壤鹽堿化、水土流失等生態問題，有利于保護農業生態環境，促進農業可持續發展。