【摘 要】我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，但是我國(guó)的水資源并不充足。自動(dòng)化控制灌溉將最大限度的發(fā)揮現(xiàn)有節(jié)水灌溉設(shè)備的節(jié)水能力，合理灌溉，提高效益。本文從自動(dòng)化節(jié)水灌溉系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)的任務(wù)和系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，開發(fā)了自動(dòng)化節(jié)水遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】灌溉自動(dòng)化和量水工程 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng) 通用平臺(tái)

一、自動(dòng)化節(jié)水灌溉的設(shè)計(jì)目標(biāo)

灌溉是根據(jù)植物的生長(zhǎng)規(guī)律，在人工控制下解決了自然降水?dāng)?shù)量不足和時(shí)空的不均，保證植物能夠在不同的生長(zhǎng)時(shí)期得到其所需要水分的重要措施。過去的農(nóng)田灌溉，灌溉系統(tǒng)不是很完善，灌溉時(shí)只能采用大水漫灌或人工灑水。水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，由于灌溉系統(tǒng)的不完善作物往往因?yàn)椴荒芗皶r(shí)的澆灌、澆灌不均衡，使作物的正常生長(zhǎng)受到了重要影響。

農(nóng)業(yè)灌溉管理系統(tǒng)的的改革已經(jīng)成為一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的問題，我們要摒棄過去粗放的管理方式，采用集成簡(jiǎn)約的現(xiàn)代化管理方式。如何實(shí)現(xiàn)是農(nóng)業(yè)水資源動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、優(yōu)化配置需要農(nóng)業(yè)科技工作者進(jìn)行深入的思考。解決這個(gè)問題我們需要獲得大量的、動(dòng)態(tài)的農(nóng)業(yè)水資源及相關(guān)信息。根據(jù)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的需求，農(nóng)田節(jié)水灌溉的自動(dòng)化，灌水方式的高效已經(jīng)成為時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)。自動(dòng)化節(jié)水灌溉系統(tǒng)的開發(fā)就是為了滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的需求而出現(xiàn)的。

二、系統(tǒng)方案的研究

隨著科技的不斷的發(fā)展，各種儀器設(shè)備不段的得到改善和提高，促使遠(yuǎn)程系統(tǒng)控制設(shè)備也在不斷的完善，如：自動(dòng)化儀表、傳感器等的發(fā)展?jié)M足了現(xiàn)場(chǎng)控制的需要。

在系統(tǒng)控制中最主要的是數(shù)據(jù)的收集和分析以及通信子系統(tǒng)在維持系統(tǒng)中的正常運(yùn)行等。目前數(shù)據(jù)的收集和分析可以通過單片機(jī)、儲(chǔ)存器的等設(shè)施的實(shí)現(xiàn)，使它對(duì)于遠(yuǎn)程控制不在是難點(diǎn)，而通信子系統(tǒng)，卻成了構(gòu)建遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的難點(diǎn)之一。通信子系統(tǒng)在維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行起著十分關(guān)鍵的作用。現(xiàn)在通用的遠(yuǎn)程控制通信子系統(tǒng)的方式有如下幾種：

（一）有線方式

有線方式主要包括公用電話網(wǎng)絡(luò)（PSTN）、雙絞線方式及以太網(wǎng)等。

采用雙絞線方式通信通常為為總線結(jié)構(gòu)，它的組成如下：RS-485/422總線，這是目前是引用最廣泛的一種通信方式，其價(jià)格低廉，通信速率和通信質(zhì)量都能夠滿足一般遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的需求。

Profibs和bitbus總線，其物理層PS485/RS422相同，加入數(shù)據(jù)鏈路層，用信息包的方式傳送數(shù)據(jù)。它的內(nèi)部軟件完成數(shù)據(jù)打包和數(shù)據(jù)解壓，讓它的穩(wěn)定性大大的提高。

CAN總線，最早應(yīng)用于汽車行業(yè)中，這種通信方式已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)中，CAN在解決總線沖突和仲裁的問題上有很大的優(yōu)勢(shì)，能夠有效的減少芯片借口的意外破損。

（二）無線方式

無線通訊方式主要包括：

無線電話作為最原始的通信方法之一，給當(dāng)時(shí)的社會(huì)帶來的方便，但是由于受科技的局限，使無線電話無法被廣泛的運(yùn)用。此外，用于用于灌溉系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制通信系統(tǒng)，其環(huán)境各異，這些都能夠?qū)o線電傳輸產(chǎn)生巨大的影響。

紅外線方式，紅外線沿直線傳播的能力很強(qiáng)勁，幾乎乜有產(chǎn)生繞射的現(xiàn)象。所以其碰到墻壁會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象由于紅外線沿直線傳播的能力比較強(qiáng)，幾乎沒有繞射。碰到墻壁時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象，這就是它明顯的缺點(diǎn)之一。

SMS（short message service）方式，短消息方式。SMS具有隨時(shí)隨地的獲取信息的便利，這種傳輸方式的應(yīng)用系統(tǒng)相對(duì)比較簡(jiǎn)約，推廣很容易。使用現(xiàn)在的SMS承載網(wǎng)絡(luò)，就可以根據(jù)自己的需求建立一個(gè)獨(dú)立的SMS系統(tǒng)。灌溉遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信包括大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳送，SMS的費(fèi)用是0.1元一條，對(duì)于大量數(shù)據(jù)的傳送成本太高。

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通信方式的選取有綜合考慮如地理環(huán)境的特點(diǎn)、管理體制和投資成本等因素，需要我們進(jìn)行系統(tǒng)的考慮、合理規(guī)劃。

三、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

（一）系統(tǒng)的總線設(shè)計(jì)

為了滿足對(duì)系統(tǒng)的要求，開發(fā)新的系統(tǒng)通用平臺(tái)，通過RS-485借口接受現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)，通過另一個(gè)RS-485接口與現(xiàn)場(chǎng)控制中心通信。為進(jìn)一步提高平臺(tái)的通用性，還可以擴(kuò)展以太網(wǎng)接口，實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)組網(wǎng)的功能。

（二）系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在自動(dòng)化節(jié)水灌溉系統(tǒng)中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)儀表的運(yùn)行特征和系統(tǒng)的要求，我們需要開發(fā)出灌溉自動(dòng)化與量水工程的上位機(jī)軟件。在系統(tǒng)軟件可以選擇多線程、COM組件等技術(shù)、使系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)多任務(wù)處理的功能。在系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，我們可以使系統(tǒng)通過驅(qū)動(dòng)程序和外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序都是一個(gè)COM對(duì)象。這樣系統(tǒng)就能夠進(jìn)行合理數(shù)據(jù)處理和采集，讓系統(tǒng)具有一定的規(guī)模。

（三）系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)需要控制給水泵、加壓泵、和電磁閥等設(shè)備?？梢愿鶕?jù)澆灌面積的大小配置設(shè)備的數(shù)量。在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，決定是否需要灌溉。如果需要灌水時(shí)工作人員可以主控灌水也可以有系統(tǒng)自己操作灌水。

（四）系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的許多設(shè)備都處在野外，防雷設(shè)備非常重要。系統(tǒng)的防雷主要包括電纜的防雷、控制設(shè)施的防雷。系統(tǒng)可以在設(shè)備的每一個(gè)控制點(diǎn)設(shè)置一個(gè)接入點(diǎn)，通過大地的電阻放走感應(yīng)電?？梢栽谥匾O(shè)備上加裝浪涌保護(hù)模塊。

（五）系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

在需要進(jìn)行灌溉的操作區(qū)域安裝各種控制檢測(cè)儀表，通過相應(yīng)設(shè)備對(duì)使數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)經(jīng)過嵌入式平臺(tái)處理之后，通過RS-485接口傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)控制中心的灌溉自動(dòng)化與量水工程系統(tǒng)。系統(tǒng)就需一個(gè)嵌入式通用平臺(tái)就可以完成數(shù)據(jù)的采集和儀表的控制，是系統(tǒng)的成本大大降低。

四、結(jié)束語

自動(dòng)化節(jié)水灌溉遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要綜合考慮，系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)各種控制儀表的運(yùn)行特點(diǎn)，灌溉環(huán)境的差異選取經(jīng)濟(jì)合理的遠(yuǎn)程通信控制系統(tǒng)。本文根據(jù)各個(gè)遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)選取了最為可靠、經(jīng)濟(jì)的通信控制系統(tǒng)，是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、便于維護(hù)、控制準(zhǔn)確。

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作者簡(jiǎn)介：

馬曉慧（1972.11- ），女，漢族，內(nèi)蒙古阿盟黃河高揚(yáng)程灌溉管理局，大學(xué)本科，主要研究方向：工業(yè)電氣自動(dòng)化。