自动化智能滴灌控制系统设计方案 陕西颐信网络科技有限责任公司 西安天汇远通水利信息技术有限责任公司 - 2 -

目 录 一. 系统概述............................................................................................................ - 3 - 二. 系统组成............................................................................................................ - 4 - 三. 通信网络............................................................................................................ - 5 - 四. 功能设计............................................................................................................ - 6 - 4.1. 监测中心级设计 ...................................................................................... - 6 - 4.2. 首部控制级设计 ...................................................................................... - 6 - 4.3.1. 设计原则 ....................................................................................... - 7 - 4.3.2. 主要功能 ....................................................................................... - 8 - 4.3.3. 硬件设计 ....................................................................................... - 8 - 4.3.4. 软件设计 ..................................................................................... - 10 - 4.3. 田间控制级设计 .................................................................................... - 13 - 4.3.1. 田间控制器主要功能 ................................................................. - 14 - 4.3.2. 田间控制器性能指标 ................................................................. - 14 - 4.3.3. 田间路由器节点主要功能 ......................................................... - 15 - 4.3.4. 田间路由器节点性能参数 ......................................................... - 15 - 4.3.5. 供电方式 ..................................................................................... - 15 - 五. 系统特性.......................................................................................................... - 16 - 六. 设计研究意义.................................................................................................. - 16 - - 3 -

一. 系统概述 全球用于灌溉土地的水几乎占人类可获得水量的大半，由于灌溉设施和方法落后，其中大部分被浪费掉了。相对于发达国家我国灌溉用水浪费更为严重，用水效率还非常低下，不及发达国家的一半。上世纪50年代，我国便开始引进并推行节水灌溉技术，到现在滴灌、喷灌、低压管道输水灌溉等节水技术已经在全国多个地方得到应用，并取得了良好的效果。然而当前大多数滴灌工程还停留在由人工现场开关阀门来控制灌溉的水平，难于实现精确控制，更为关键的是极大地制约了节灌的潜力，影响了滴灌效益的发挥。因此，想要真正提高滴灌系统运行的水平，保证农作物有效增产，减轻劳动强度，就必须采用现代科技手段，提高滴灌系统的自动化管理程度，发展田间自动化智能滴灌控制系统。

图1-1 自动化智能滴灌控制系统模型 - 4 -

二. 系统组成 自动化智能滴灌控制系统由灌溉监测中心站、首部控制器、田间控制器等组成： 监测中心站：监测中心站总揽整个系统的全局运行情况，对田间各个首部控制器的运行状态、田间控制器的运行状态、田间要素信息能够进行实时数据采集分析，同时可远程指挥首部控制器对其泵房电机进行启停控制及所有隶属于该首部控制器管辖范围内的田间电磁阀进行开闭控制，实现远程自动化灌溉以及轮灌计划执行。 首部控制器：首部控制器是具有ZigBee无线短传及GPRS远传功能的中间控制器，主要负责泵房电机的启闭控制、取用水量的监测、主枢纽管道的压力监测等，通过ZigBee无线自组网络与区域内田间控制器进行交互，向田间控制器下发电磁阀控制命令或索取电磁阀当前运行状态信息；同时首部控制器还需通过GPRS网络与监测中心站进行数据同步，并按照预先配置好的上传机制向监测中心站上传本区域内所有田间控制器的工作状态； 田间控制器：田间控制器是程网状结构分布在农田区域内，开机后与首部控制器自动组成通信网络。田间控制器直接与电磁阀门、电磁阀状态反馈器及田间要素监测传感器相连，通过解析来自首部控制器发送的指令来控制电磁阀的开关，同时上传监测农田区域内降雨、土壤温湿度、光照强度、土壤PH等影响农作物生长的自然要素信息至首部控制器。 - 5 -

图2-1 自动化智能滴灌控制系统结构图 三. 通信网络

自动化智能滴灌控制系统的网络通信分为首部控制器与监测中心站间的通信以及田间控制器与首部控制器间的通信，其中首部控制器与监测中心距离较远数据传输量大故选用GPRS网络通信；而田间控制器与首部控制器间的距离适中数据通信量小，故选用ZigBee自组网通信，同时ZigBee无线通信具备低功耗、无通信费用、投资较低、可适应各种野外环境等优势。 - 6 - 图3-1 自动化智能滴灌控制系统通信网络拓扑图 四. 功能设计

4.1. 监测中心级设计 4.2. 首部控制级设计 在首部控制级布设首部控制器，通过ZigBee网络通信技术与田间控制器连接，实现对灌区所有电磁阀的控制与监控，同时首部控制器通过GPRS移动互联网与监测中心进行数据同步与信息上传。 - 7 -

首部控制器在软件功能设计上应具备农户信息管理模块、操作权限管理模块、自动轮灌计划管理模块、田间控制器管理模块、用水量实时监控模块、终端故障报警模块等功能模块，当首部控制器接收到来自田间控制器上报非计划用水报警信息后应立即向监测中心发出报警信息通知管理员进行人工干预，以更好的协调监测中心对整个灌区进行合理化的灌溉调度。

图4-1 首部控制器功能示意图 4.3.. 设计原则 首部控制器应同时具备GPRS移动通信功能和ZigBee自组网通信功能，由于所有田间控制器和监测中心之间的数据交换都要通过首部控制器进行中转，这就要求首部控制器必须具备高可靠、高速率以及极佳的稳定性。同时首部控制器应提供继电器回路控制方式或通过数字通信接口与泵房电机控制系统相连，实现对泵房电机进行启闭控制。此外首部控制器还应提供人机交互接口，操作方便灵活，易于农户使用。

首部控制器 IC射频卡 水泵 GPRS通信

串口配置 Zigbee无线模块 灌溉计划设置 显示反馈信息 - 8 -

4.3.. 主要功能 ❖ 控制泵房电机的启闭 ❖ 监测单井出水量 ❖ 监测主枢纽管道压力 ❖ 具备用户权限管理功能 ❖ 具备田间控制器与监测中心的数据中转功能 ❖ 具备与监测中心实时同步轮灌计划功能 ❖ 具备IC卡刷卡添加轮灌计划的功能 ❖ 具备非计划用水报警功能 ❖ 具备终端异常报警功能 ❖ 具备运行日志导出及数据统计功能 4.3.. 硬件设计

4.2.3.1. 首部控制器性能参数 序号 项目 性能指标 备注 1 显示器尺寸 7寸带触摸 2 CPU SAMSUNG S3C2440-40 3 内存 64MB SDRAM 4 存储空间 128MB NAND Flash 5 外扩存储 U盘/SDCard 6 通信接口 2路RS232、1路RS485、1USB-HOST、1USB-DEVICE 7 操作系统 WINCE5.0 8 供电 12VDC，130mA~380mA