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基于自动化限制技术的智能化浇灌系统解决方案设计

1引言

浇灌是弥补自然降水在数量上的不足与时空上的不均，保证适时适量地满意

作物生长所须要水分的重要措施。以往的农田浇灌，许多没有配套完整的浇灌系

统，灌水时只能采纳大水漫灌或人工洒水。不但造成水的奢侈，而且往往由于不

能刚好灌水、过量灌水或灌水不足，难以限制水匀称度，对植物的正常生长产生

不利影响。我国是一个水资源短缺，水旱灾难常见的国家。虽然水资源的总量居

世界第六位，但是人均占有量约为世界人均水量的1/4，排在世界110位，已被

联合国列为13个贫水国家之一，同时，我国水资源的分布很不匀称，有些地区

的人均占有量甚至低于世界最贫水的国家埃及和以色列的水平。我国农业用水量

约为总用水量的80%，农业浇灌用水的利用率普遍低下，水的利用率仅为45%，

而水资源利用率高的国家已达70%～80%。建立农田节水浇灌的自动化系统，采

纳高效的灌水方式已势在必行。一方面可以集中管理，加强限制;一方面可以按

时按需定量供水，严格限制浇灌用水量，达到节水用水目的，另一方面，可以通

过自动量测设备，实施精确计量，为按方收费供应依据，促进用水观念更新，为

农业生产和人民生活带来巨大的社会效益和经济利益。笔者利用组态软件作为开

发平台，开发的农田节水浇灌自动限制系统，已在江苏省泰兴市农业科学探讨所

节水浇灌示范区得到应用。

2节水浇灌自动化限制系统的总体结构

农科所节水浇灌示范区的130亩土地，主要由固定喷灌区，大蓬滴灌区，露

地微灌区，草坪喷灌区，低压管道输水浇灌区等部分组成，主要采纳滴灌、喷灌、

微喷灌和低压管道输水浇灌四种浇灌方式。整个灌区采纳自动限制系统，在分干

管的放水孔口设置电磁阀和信号收发设备，通过电缆传输到泵房内的限制中心，

限制中心依据需水的孔口数量确定打开电磁阀的个数，自动或手动开机浇灌。由

泵站出水口沿浇灌区设主干管，主干管沿线再设分干管，分干管上共设有36个

给水口，由电磁阀限制后连接支管，每个给水口设置用户给水信号开关一只，当

用户须要供水时，按动信号开关，限制中心就会有相应的声光报警提示，限制中

心可以远程限制水泵和相应的电磁阀，实现供水，当达到预定的浇灌量水量时，

可以自动停泵或关闭电磁阀。限制系统主要是利用PC机远程限制一台水泵、四

台加压泵以及36个电磁阀来实现各种浇灌方式。整个限制系统由3个现场限制

单元，每个现场限制单元由继电器输出模块，数字量输入模块，开关电源，限制

电源等组成，依据系统要求，本系统采纳每十六个限制量由一个现场限制单元限

制。节水浇灌自动化限制系统的总体结构如图1所示。

3自动化限制系统结构

整个自动化限制系统的结构采纳总线型结构，全部的节点共享一个公共物理

通道（总线）。这种结构的特点是网络不封闭，很简洁加扩新的节点，节点之间

通过总线干脆通信，速度较快;当某个节点出现故障时不会影响其他节点的工作，

不会导致整个系统瘫痪。但总线式结构对硬件的实现要求相对较高，因为总线式

网络的各个节点都是挂在一条总线上的，总线的负载很重。由于考虑到本系统传

输的数据量相对较小，以及系统结构的可扩容性，故采纳了总线式结构。一条

485总线上挂接了17个模块（11个继电器输出模块，6个数字量输入模块），限

制一台水泵、四台加压泵和36个电磁阀等设备。由于每个继电器输出模块能输

出4路信号，而每个数字量输入模块能接收8路信号，在本系统中，共采纳了

11个继电器输出模块、6个数字量输入模块。系统由数字量输入模块采集输入数

字量信号以获得供水恳求信息;电磁阀由继电器输出模块输出开关限制信号限

制，水泵和加压泵由继电器输出模块输出开关限制信号并通过限制中间继电器和

交接触器来进行限制，电磁阀、水泵和加压泵均可手动限制。自动化限制系统如

图2所示.

4通信介质的选择

传输介质是计算机网络系统重要组成部分，是网络数据牢靠、快速、精确传

输的重要保证，所以选择合理的传输介质是计算机网络通信的重要部分。依据本

系统计算机通讯的特点，采纳有线传输介质。

双绞线（TP）是计算机网络系统中最常用的一种传输介质，其特点是连接简

洁，走线便利，价格便宜。双绞线又分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）

两种。国际电气工业协会（EIA）为双绞线定义了5种不同规格。计算机网络综

合布线通常运用3、4、5类。3类双绞线最高传输速率为10Mbit/s;4类为20Mbit/s;5