中心支軸式噴灌機智能控制系統(tǒng)的研發(fā)

張明慧+鄧宇+彭君峰+吳景文

摘要中心支軸式噴灌機噴灑效果好、節(jié)水、節(jié)能，在許多國家和國內(nèi)都應用較廣。但是因為其行走緩慢，完成一圈噴灌作業(yè)往往需要2～20天的時間，其控制形式單一，只能通過手工啟動停止，啟動后需要工人看管，不能定時、定圈停機，如果機器遇到故障不好判斷是第幾跨故障，不便于故障排除和維修，這些都制約了指針噴灌機的發(fā)展。本文主要介紹中心支軸式噴灌機智能控制系統(tǒng)的研發(fā)，使中心支軸式噴灌機的控制更加多元化、人性化，更利于推廣與應用。

關(guān)鍵詞中心支軸式噴灌機智能控制

一、智能控制系統(tǒng)概述

1.在已有條件基礎(chǔ)上研制中心支軸式噴灌機地角臂系統(tǒng)，使噴灌機實現(xiàn)在地角時開啟地角臂系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以360°旋轉(zhuǎn)，使灌溉面積近似方形，增加噴灌機有效灌溉面積。

2.創(chuàng)新研究設(shè)計電子控制壓力補償系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)水壓過低或停水時自動關(guān)閉噴灌機和水泵，并在噴灌機工作時自動控制實現(xiàn)壓力補償，提高噴灌均勻性的同時精確控制灌水定額。

3.創(chuàng)新研制遠程計算機或者手機終端控制系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)反饋土壤水分情況，發(fā)送指令，實現(xiàn)噴灌機自動開啟，自動調(diào)節(jié)行走速度，并自動回旋或停機。

4.優(yōu)勢特點：自動化程度高，減少方形地塊的漏噴現(xiàn)象；可調(diào)節(jié)當?shù)匦夂颍岣咧脖桓采w率，有利于作物的生長；與地面灌溉相比可節(jié)省 90%以上的勞力，與其他噴灌機相比，可節(jié)省25%～75%的勞力，能晝夜自動噴灌，效率高，灌水質(zhì)量好；灌水定額可在 5～100 mm 內(nèi)調(diào)節(jié)，均勻度高；噴灌機可通過遠程控制實現(xiàn)自動開啟，同時調(diào)節(jié)噴灌機行走速度，并自動回旋或停機。

二、新增加安全保護措施

1.避雷設(shè)施；

2.過流保護；

3.不銹鋼雙層門電控箱，防水防塵；

4.施耐德二層門開箱門斷電保護功能，保護人身安全以防意外觸電；

5.地輪正常行走整機校直，異常行走急停保護，以免整機塌架。

三、電控系統(tǒng)配置

過去的指針噴灌機只有電控箱、集電環(huán)、塔盒等控制元件，在考察了農(nóng)民的實際需求并為了更好的控制指針噴灌機，我們新加入了單片機、觸摸屏、溫度傳感器、濕度傳感器、風速傳感器、角位移傳感器、壓力變送器、水表和GPRS模塊。指針式噴灌機自動控制系統(tǒng)主要包括：（如下表）表指針式噴灌機自動控制系統(tǒng)組成序號名稱數(shù)量作用備注1電控箱1內(nèi)裝所有控制電機的電器元件與觸摸屏必配2集電環(huán)1電控箱與塔盒的電線由此相連，保證行走時電線的可靠連接必配3塔盒N=跨數(shù)控制電機的行走必配4溫度傳感器1測定土壤溫度選配5濕度傳感器1測定即時土壤濕度選配6風速傳感器1測定即時風速選配7角位移傳感器1行走角度監(jiān)測，計算噴灌面積，設(shè)定噴灌圈數(shù)必配8壓力變送器1水壓監(jiān)測，如水壓過低則噴灌機與水泵停止運行選配9水表1流量監(jiān)測選配10GPRS模塊1遠程控制選配11尾燈1夜間提示尾跨行走位置必配

四、觸摸屏控制

觸屏控制是一套獨立于按鈕箱控制的操作程序，當按鈕箱上的“手動/自動”開關(guān)打到自動位置時，觸屏可以控制噴灌機所有操作。觸屏主畫面如圖4-1。

畫面左側(cè)為噴灌機各控制狀態(tài)，右側(cè)為畫面顯示與數(shù)據(jù)顯示，下方為操作按鈕。

1.設(shè)備狀態(tài)：當按鈕箱“手動/自動”開關(guān)打到自動位置時，手動/自動狀態(tài)顯示為綠色字體“自動”。

當噴灌機開始運行轉(zhuǎn)動時，若正向轉(zhuǎn)動，則正向轉(zhuǎn)動狀態(tài)顯示為綠色字體“運行”，同理，若反向轉(zhuǎn)動，則反向轉(zhuǎn)動狀態(tài)顯示為綠色字體“運行”。

當1跨開始行走時，則1跨塔盒運行狀態(tài)顯示為綠色字體“運行”，2跨、3跨與4跨塔盒運行狀態(tài)同理；如圖4-2所示。

當1跨塔盒出現(xiàn)故障時，1跨塔盒故障狀態(tài)顯示為紅色字體“故障”，并自動停止所有運行狀態(tài)，2跨及3跨塔盒故障狀態(tài)同理，如圖4-3所示。

自動噴灌狀態(tài)是指當噴灌機啟動自動噴灌后，噴灌機按設(shè)定時間自動行走或停止，此時自動噴灌狀態(tài)顯示為綠色字體“已啟動”。

2.畫面顯示：當噴灌機開始正向或反向運行轉(zhuǎn)動時，深井出口位置圓圈顯示為綠色，如圖4-4所示。

當1跨開始行走時，1跨塔盒位置圓圈顯示為綠色，2跨、3跨與4跨塔盒位置圓圈同理；如圖4-5所示。

當1跨塔盒出現(xiàn)故障時，1跨塔盒位置圓圈顯示為紅色， 2跨及3跨塔盒位置圓圈顯示同理，如圖4-6所示。

3.數(shù)據(jù)顯示：數(shù)據(jù)顯示現(xiàn)場各環(huán)境實時數(shù)據(jù)，如圖4-7所示：圖4-1觸屏主畫面圖4-2運行時控制狀態(tài)圖4-3故障時控制狀態(tài)圖4-4正向或反向運行轉(zhuǎn)動時畫面顯示狀態(tài)圖4-5行走時畫面顯示狀態(tài)圖4-6故障時畫面顯示狀態(tài)圖4-7數(shù)據(jù)顯示4.按鈕操作：點擊“自動噴灌啟動”按鈕，噴灌機即按設(shè)定的行走停止時間自動噴灌；點擊“自動噴灌停止”按鈕，噴灌機停止自動噴灌。

點擊“定時設(shè)置”按鈕，彈出定時設(shè)置畫面，如圖4-8所示。

圖4-8定時設(shè)置畫面在自動噴灌定時設(shè)置中，可以設(shè)置定時噴灌時間及方式：

（1）設(shè)定每天定時啟動自動噴灌時間及圈數(shù)，每天噴灌機會按設(shè)置時間自動啟動并噴灌設(shè)定圈數(shù)（注：當設(shè)定圈數(shù)為0時，表示該時間不啟動）；

（2）設(shè)定噴灌機行走方向（正向或反向）；

（3）設(shè)定噴灌機行走時間及停止時間（注：若行走時間為0，則噴灌機一直處于停止狀態(tài)；若停止時間為0，則噴灌機一直處于行走狀態(tài)）

系統(tǒng)配置按鈕用于彈出系統(tǒng)配置窗體進行系統(tǒng)初始化配置，該配置在產(chǎn)品出廠時已配置完畢，用戶不需要再行配置。

五、注意事項

觸摸屏正常使用的溫度范圍為-10～60 ℃，不能在低溫下使用，故冬季需將液晶屏取下于室內(nèi)保存。

參考文獻：

＼[1＼]方承運，王炳勛.電氣控制原理與設(shè)計＼[M＼].寧夏：寧夏人民出版社，1989.

＼[2＼]方承運.工廠電氣控制技術(shù)＼[M＼].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

＼[3＼]鄭久彬.1000 t油壓機電氣控制系統(tǒng)分析＼[J＼].農(nóng)機使用與維修，2012（4）：39-40.endprint

摘要中心支軸式噴灌機噴灑效果好、節(jié)水、節(jié)能，在許多國家和國內(nèi)都應用較廣。但是因為其行走緩慢，完成一圈噴灌作業(yè)往往需要2～20天的時間，其控制形式單一，只能通過手工啟動停止，啟動后需要工人看管，不能定時、定圈停機，如果機器遇到故障不好判斷是第幾跨故障，不便于故障排除和維修，這些都制約了指針噴灌機的發(fā)展。本文主要介紹中心支軸式噴灌機智能控制系統(tǒng)的研發(fā)，使中心支軸式噴灌機的控制更加多元化、人性化，更利于推廣與應用。

關(guān)鍵詞中心支軸式噴灌機智能控制

一、智能控制系統(tǒng)概述

1.在已有條件基礎(chǔ)上研制中心支軸式噴灌機地角臂系統(tǒng)，使噴灌機實現(xiàn)在地角時開啟地角臂系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以360°旋轉(zhuǎn)，使灌溉面積近似方形，增加噴灌機有效灌溉面積。

2.創(chuàng)新研究設(shè)計電子控制壓力補償系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)水壓過低或停水時自動關(guān)閉噴灌機和水泵，并在噴灌機工作時自動控制實現(xiàn)壓力補償，提高噴灌均勻性的同時精確控制灌水定額。

3.創(chuàng)新研制遠程計算機或者手機終端控制系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)反饋土壤水分情況，發(fā)送指令，實現(xiàn)噴灌機自動開啟，自動調(diào)節(jié)行走速度，并自動回旋或停機。

4.優(yōu)勢特點：自動化程度高，減少方形地塊的漏噴現(xiàn)象；可調(diào)節(jié)當?shù)匦夂?，提高植被覆蓋率，有利于作物的生長；與地面灌溉相比可節(jié)省 90%以上的勞力，與其他噴灌機相比，可節(jié)省25%～75%的勞力，能晝夜自動噴灌，效率高，灌水質(zhì)量好；灌水定額可在 5～100 mm 內(nèi)調(diào)節(jié)，均勻度高；噴灌機可通過遠程控制實現(xiàn)自動開啟，同時調(diào)節(jié)噴灌機行走速度，并自動回旋或停機。

二、新增加安全保護措施

1.避雷設(shè)施；

2.過流保護；

3.不銹鋼雙層門電控箱，防水防塵；

4.施耐德二層門開箱門斷電保護功能，保護人身安全以防意外觸電；

5.地輪正常行走整機校直，異常行走急停保護，以免整機塌架。

三、電控系統(tǒng)配置

過去的指針噴灌機只有電控箱、集電環(huán)、塔盒等控制元件，在考察了農(nóng)民的實際需求并為了更好的控制指針噴灌機，我們新加入了單片機、觸摸屏、溫度傳感器、濕度傳感器、風速傳感器、角位移傳感器、壓力變送器、水表和GPRS模塊。指針式噴灌機自動控制系統(tǒng)主要包括：（如下表）表指針式噴灌機自動控制系統(tǒng)組成序號名稱數(shù)量作用備注1電控箱1內(nèi)裝所有控制電機的電器元件與觸摸屏必配2集電環(huán)1電控箱與塔盒的電線由此相連，保證行走時電線的可靠連接必配3塔盒N=跨數(shù)控制電機的行走必配4溫度傳感器1測定土壤溫度選配5濕度傳感器1測定即時土壤濕度選配6風速傳感器1測定即時風速選配7角位移傳感器1行走角度監(jiān)測，計算噴灌面積，設(shè)定噴灌圈數(shù)必配8壓力變送器1水壓監(jiān)測，如水壓過低則噴灌機與水泵停止運行選配9水表1流量監(jiān)測選配10GPRS模塊1遠程控制選配11尾燈1夜間提示尾跨行走位置必配

四、觸摸屏控制

觸屏控制是一套獨立于按鈕箱控制的操作程序，當按鈕箱上的“手動/自動”開關(guān)打到自動位置時，觸屏可以控制噴灌機所有操作。觸屏主畫面如圖4-1。

畫面左側(cè)為噴灌機各控制狀態(tài)，右側(cè)為畫面顯示與數(shù)據(jù)顯示，下方為操作按鈕。

1.設(shè)備狀態(tài)：當按鈕箱“手動/自動”開關(guān)打到自動位置時，手動/自動狀態(tài)顯示為綠色字體“自動”。

當噴灌機開始運行轉(zhuǎn)動時，若正向轉(zhuǎn)動，則正向轉(zhuǎn)動狀態(tài)顯示為綠色字體“運行”，同理，若反向轉(zhuǎn)動，則反向轉(zhuǎn)動狀態(tài)顯示為綠色字體“運行”。

當1跨開始行走時，則1跨塔盒運行狀態(tài)顯示為綠色字體“運行”，2跨、3跨與4跨塔盒運行狀態(tài)同理；如圖4-2所示。

當1跨塔盒出現(xiàn)故障時，1跨塔盒故障狀態(tài)顯示為紅色字體“故障”，并自動停止所有運行狀態(tài)，2跨及3跨塔盒故障狀態(tài)同理，如圖4-3所示。

自動噴灌狀態(tài)是指當噴灌機啟動自動噴灌后，噴灌機按設(shè)定時間自動行走或停止，此時自動噴灌狀態(tài)顯示為綠色字體“已啟動”。

2.畫面顯示：當噴灌機開始正向或反向運行轉(zhuǎn)動時，深井出口位置圓圈顯示為綠色，如圖4-4所示。

當1跨開始行走時，1跨塔盒位置圓圈顯示為綠色，2跨、3跨與4跨塔盒位置圓圈同理；如圖4-5所示。

當1跨塔盒出現(xiàn)故障時，1跨塔盒位置圓圈顯示為紅色， 2跨及3跨塔盒位置圓圈顯示同理，如圖4-6所示。

3.數(shù)據(jù)顯示：數(shù)據(jù)顯示現(xiàn)場各環(huán)境實時數(shù)據(jù)，如圖4-7所示：圖4-1觸屏主畫面圖4-2運行時控制狀態(tài)圖4-3故障時控制狀態(tài)圖4-4正向或反向運行轉(zhuǎn)動時畫面顯示狀態(tài)圖4-5行走時畫面顯示狀態(tài)圖4-6故障時畫面顯示狀態(tài)圖4-7數(shù)據(jù)顯示4.按鈕操作：點擊“自動噴灌啟動”按鈕，噴灌機即按設(shè)定的行走停止時間自動噴灌；點擊“自動噴灌停止”按鈕，噴灌機停止自動噴灌。

點擊“定時設(shè)置”按鈕，彈出定時設(shè)置畫面，如圖4-8所示。

圖4-8定時設(shè)置畫面在自動噴灌定時設(shè)置中，可以設(shè)置定時噴灌時間及方式：

（1）設(shè)定每天定時啟動自動噴灌時間及圈數(shù)，每天噴灌機會按設(shè)置時間自動啟動并噴灌設(shè)定圈數(shù)（注：當設(shè)定圈數(shù)為0時，表示該時間不啟動）；

（2）設(shè)定噴灌機行走方向（正向或反向）；

（3）設(shè)定噴灌機行走時間及停止時間（注：若行走時間為0，則噴灌機一直處于停止狀態(tài)；若停止時間為0，則噴灌機一直處于行走狀態(tài)）

系統(tǒng)配置按鈕用于彈出系統(tǒng)配置窗體進行系統(tǒng)初始化配置，該配置在產(chǎn)品出廠時已配置完畢，用戶不需要再行配置。

五、注意事項

觸摸屏正常使用的溫度范圍為-10～60 ℃，不能在低溫下使用，故冬季需將液晶屏取下于室內(nèi)保存。

參考文獻：

＼[1＼]方承運，王炳勛.電氣控制原理與設(shè)計＼[M＼].寧夏：寧夏人民出版社，1989.

＼[2＼]方承運.工廠電氣控制技術(shù)＼[M＼].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

＼[3＼]鄭久彬.1000 t油壓機電氣控制系統(tǒng)分析＼[J＼].農(nóng)機使用與維修，2012（4）：39-40.endprint

摘要中心支軸式噴灌機噴灑效果好、節(jié)水、節(jié)能，在許多國家和國內(nèi)都應用較廣。但是因為其行走緩慢，完成一圈噴灌作業(yè)往往需要2～20天的時間，其控制形式單一，只能通過手工啟動停止，啟動后需要工人看管，不能定時、定圈停機，如果機器遇到故障不好判斷是第幾跨故障，不便于故障排除和維修，這些都制約了指針噴灌機的發(fā)展。本文主要介紹中心支軸式噴灌機智能控制系統(tǒng)的研發(fā)，使中心支軸式噴灌機的控制更加多元化、人性化，更利于推廣與應用。

關(guān)鍵詞中心支軸式噴灌機智能控制

一、智能控制系統(tǒng)概述

1.在已有條件基礎(chǔ)上研制中心支軸式噴灌機地角臂系統(tǒng)，使噴灌機實現(xiàn)在地角時開啟地角臂系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以360°旋轉(zhuǎn)，使灌溉面積近似方形，增加噴灌機有效灌溉面積。

2.創(chuàng)新研究設(shè)計電子控制壓力補償系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)水壓過低或停水時自動關(guān)閉噴灌機和水泵，并在噴灌機工作時自動控制實現(xiàn)壓力補償，提高噴灌均勻性的同時精確控制灌水定額。

3.創(chuàng)新研制遠程計算機或者手機終端控制系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)反饋土壤水分情況，發(fā)送指令，實現(xiàn)噴灌機自動開啟，自動調(diào)節(jié)行走速度，并自動回旋或停機。

4.優(yōu)勢特點：自動化程度高，減少方形地塊的漏噴現(xiàn)象；可調(diào)節(jié)當?shù)匦夂?，提高植被覆蓋率，有利于作物的生長；與地面灌溉相比可節(jié)省 90%以上的勞力，與其他噴灌機相比，可節(jié)省25%～75%的勞力，能晝夜自動噴灌，效率高，灌水質(zhì)量好；灌水定額可在 5～100 mm 內(nèi)調(diào)節(jié)，均勻度高；噴灌機可通過遠程控制實現(xiàn)自動開啟，同時調(diào)節(jié)噴灌機行走速度，并自動回旋或停機。

二、新增加安全保護措施

1.避雷設(shè)施；

2.過流保護；

3.不銹鋼雙層門電控箱，防水防塵；

4.施耐德二層門開箱門斷電保護功能，保護人身安全以防意外觸電；

5.地輪正常行走整機校直，異常行走急停保護，以免整機塌架。

三、電控系統(tǒng)配置

過去的指針噴灌機只有電控箱、集電環(huán)、塔盒等控制元件，在考察了農(nóng)民的實際需求并為了更好的控制指針噴灌機，我們新加入了單片機、觸摸屏、溫度傳感器、濕度傳感器、風速傳感器、角位移傳感器、壓力變送器、水表和GPRS模塊。指針式噴灌機自動控制系統(tǒng)主要包括：（如下表）表指針式噴灌機自動控制系統(tǒng)組成序號名稱數(shù)量作用備注1電控箱1內(nèi)裝所有控制電機的電器元件與觸摸屏必配2集電環(huán)1電控箱與塔盒的電線由此相連，保證行走時電線的可靠連接必配3塔盒N=跨數(shù)控制電機的行走必配4溫度傳感器1測定土壤溫度選配5濕度傳感器1測定即時土壤濕度選配6風速傳感器1測定即時風速選配7角位移傳感器1行走角度監(jiān)測，計算噴灌面積，設(shè)定噴灌圈數(shù)必配8壓力變送器1水壓監(jiān)測，如水壓過低則噴灌機與水泵停止運行選配9水表1流量監(jiān)測選配10GPRS模塊1遠程控制選配11尾燈1夜間提示尾跨行走位置必配

四、觸摸屏控制

觸屏控制是一套獨立于按鈕箱控制的操作程序，當按鈕箱上的“手動/自動”開關(guān)打到自動位置時，觸屏可以控制噴灌機所有操作。觸屏主畫面如圖4-1。

畫面左側(cè)為噴灌機各控制狀態(tài)，右側(cè)為畫面顯示與數(shù)據(jù)顯示，下方為操作按鈕。

1.設(shè)備狀態(tài)：當按鈕箱“手動/自動”開關(guān)打到自動位置時，手動/自動狀態(tài)顯示為綠色字體“自動”。

當噴灌機開始運行轉(zhuǎn)動時，若正向轉(zhuǎn)動，則正向轉(zhuǎn)動狀態(tài)顯示為綠色字體“運行”，同理，若反向轉(zhuǎn)動，則反向轉(zhuǎn)動狀態(tài)顯示為綠色字體“運行”。

當1跨開始行走時，則1跨塔盒運行狀態(tài)顯示為綠色字體“運行”，2跨、3跨與4跨塔盒運行狀態(tài)同理；如圖4-2所示。

當1跨塔盒出現(xiàn)故障時，1跨塔盒故障狀態(tài)顯示為紅色字體“故障”，并自動停止所有運行狀態(tài)，2跨及3跨塔盒故障狀態(tài)同理，如圖4-3所示。

自動噴灌狀態(tài)是指當噴灌機啟動自動噴灌后，噴灌機按設(shè)定時間自動行走或停止，此時自動噴灌狀態(tài)顯示為綠色字體“已啟動”。

2.畫面顯示：當噴灌機開始正向或反向運行轉(zhuǎn)動時，深井出口位置圓圈顯示為綠色，如圖4-4所示。

當1跨開始行走時，1跨塔盒位置圓圈顯示為綠色，2跨、3跨與4跨塔盒位置圓圈同理；如圖4-5所示。

當1跨塔盒出現(xiàn)故障時，1跨塔盒位置圓圈顯示為紅色， 2跨及3跨塔盒位置圓圈顯示同理，如圖4-6所示。

3.數(shù)據(jù)顯示：數(shù)據(jù)顯示現(xiàn)場各環(huán)境實時數(shù)據(jù)，如圖4-7所示：圖4-1觸屏主畫面圖4-2運行時控制狀態(tài)圖4-3故障時控制狀態(tài)圖4-4正向或反向運行轉(zhuǎn)動時畫面顯示狀態(tài)圖4-5行走時畫面顯示狀態(tài)圖4-6故障時畫面顯示狀態(tài)圖4-7數(shù)據(jù)顯示4.按鈕操作：點擊“自動噴灌啟動”按鈕，噴灌機即按設(shè)定的行走停止時間自動噴灌；點擊“自動噴灌停止”按鈕，噴灌機停止自動噴灌。

點擊“定時設(shè)置”按鈕，彈出定時設(shè)置畫面，如圖4-8所示。

圖4-8定時設(shè)置畫面在自動噴灌定時設(shè)置中，可以設(shè)置定時噴灌時間及方式：

（1）設(shè)定每天定時啟動自動噴灌時間及圈數(shù)，每天噴灌機會按設(shè)置時間自動啟動并噴灌設(shè)定圈數(shù)（注：當設(shè)定圈數(shù)為0時，表示該時間不啟動）；

（2）設(shè)定噴灌機行走方向（正向或反向）；

（3）設(shè)定噴灌機行走時間及停止時間（注：若行走時間為0，則噴灌機一直處于停止狀態(tài)；若停止時間為0，則噴灌機一直處于行走狀態(tài)）

系統(tǒng)配置按鈕用于彈出系統(tǒng)配置窗體進行系統(tǒng)初始化配置，該配置在產(chǎn)品出廠時已配置完畢，用戶不需要再行配置。

五、注意事項

觸摸屏正常使用的溫度范圍為-10～60 ℃，不能在低溫下使用，故冬季需將液晶屏取下于室內(nèi)保存。

參考文獻：

＼[1＼]方承運，王炳勛.電氣控制原理與設(shè)計＼[M＼].寧夏：寧夏人民出版社，1989.

＼[2＼]方承運.工廠電氣控制技術(shù)＼[M＼].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

＼[3＼]鄭久彬.1000 t油壓機電氣控制系統(tǒng)分析＼[J＼].農(nóng)機使用與維修，2012（4）：39-40.endprint