一種新型自動(dòng)化田間灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張志鵬 李艷 李新疆 王丹

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)人力農(nóng)業(yè)灌溉水資源浪費(fèi)、灌溉效率低等問題，設(shè)計(jì)了基于西門子S7-200型PLC、MCGS觸摸屏和SIM800A短信模塊的自動(dòng)節(jié)水灌溉系統(tǒng)。系統(tǒng)首先對(duì)自動(dòng)節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了論述，其次介紹了自動(dòng)節(jié)水灌溉系統(tǒng)的硬件組成，最后介紹了自動(dòng)節(jié)水灌溉系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該灌溉系統(tǒng)能夠高效率、準(zhǔn)確無誤的滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水灌溉的初衷，解決了人力灌溉對(duì)水資源的浪費(fèi)和無法精確控制灌溉量的問題，并且系統(tǒng)能通過SIM800A短信模塊發(fā)送短信至目標(biāo)手機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)農(nóng)田灌溉情況的監(jiān)測，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉方面有很高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)灌溉；PLC；組態(tài)觸摸屏；土壤水分；SIM800A

中圖分類號(hào)：S274.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）01-0090-02

Abstract： An automatic water-saving irrigation system based on Siemens S7-200 PLC， MCGS touch screen and SIM800A short message module is designed to solve the problems of waste of water resources and low irrigation efficiency in traditional manual agriculture irrigation. Firstly， the design scheme of automatic water-saving irrigation system is discussed. Secondly， the hardware composition of automatic water-saving irrigation system is introduced. Finally， the software design of automatic water-saving irrigation system is introduced. The experimental results show that the irrigation system can meet the system design requirements with high efficiency and accuracy， realize the original intention of water-saving irrigation， solve the problem of manpower irrigation waste water resources and can not accurately control the irrigation volume. The system can send the short message to the target mobile phone through the SIM800A short message module to realize the remote monitoring of farmland irrigation， which has a high application value in agricultural production irrigation.

Keywords： automatic irrigation； PLC； configuration touch screen； soil moisture； SIM800A

引言

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要致力于解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的灌溉難題、解放生產(chǎn)力，讓農(nóng)業(yè)灌溉不再那么的費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不再讓種植戶覺得繁重工作。并且灌溉過程自動(dòng)化、灌溉過程可監(jiān)控，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)結(jié)合PLC、現(xiàn)代傳感器技術(shù)MCGS組態(tài)觸摸屏技術(shù)和SIM800A短信技術(shù)，能夠按照預(yù)先設(shè)置好的程序及灌溉量，精確地按量實(shí)施灌溉，能通過觸摸屏實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)灌溉系統(tǒng)，并能按照設(shè)定好的程序?qū)崿F(xiàn)灌溉狀態(tài)的短信監(jiān)控。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要依靠以下幾個(gè)部分來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉功能。自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)是整個(gè)自動(dòng)灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，將西門子S7-200型PLC作為自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)的核心，MCGS觸摸屏實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)；通過PLC伺服系統(tǒng)精準(zhǔn)的電磁閥來控制出水口的水量；對(duì)于土壤水分含量的檢測，主要是使用建大仁科RS-WS-I20-TR模擬量型土壤溫度水分傳感器來實(shí)現(xiàn)土壤溫濕度數(shù)據(jù)采集?；赑LC的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PLC程序設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

第一部分：傳感器檢測模塊：主要包括土壤適宜含水量區(qū)間的確定、傳感器探頭的靈敏度和校正和PLC可編程控制器內(nèi)部對(duì)數(shù)據(jù)寄存器的分配和對(duì)應(yīng)I/O口的分配。

第二部分：人機(jī)交互模塊：由組態(tài)觸摸屏來實(shí)現(xiàn)機(jī)器與人員的信息交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤溫濕度的可視化、灌溉過程的監(jiān)控以及預(yù)警。

第三部分：電磁閥控制模塊：電磁閥主要是用來控制灌溉時(shí)出水口的打開和關(guān)閉。通過用戶已經(jīng)編輯的PLC程序，控制電磁閥的開啟關(guān)閉，開啟關(guān)閉時(shí)長，從而精確地控制灌溉水量。

第四部分：系統(tǒng)主控制模塊，也是自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的核心工作部分，PLC中央處理器模塊。當(dāng)把設(shè)計(jì)好的程序下載至PLC內(nèi)部以后，啟動(dòng)PLC后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。

第五部分：短信控制模塊，短信模塊通過一塊STC89C52單片機(jī)檢測兩個(gè)電磁閥的輸出信號(hào)，當(dāng)檢測到輸出高電平信號(hào)時(shí)，發(fā)送命令至短信模塊。讓短信模塊發(fā)送短信。短信模塊電氣原理圖如圖3所示。

當(dāng)PLC的一個(gè)掃描周期完成后，通過對(duì)傳感器發(fā)送回的含水量數(shù)據(jù)，PLC繼續(xù)對(duì)土壤的含水量與設(shè)定值作對(duì)比，若不在設(shè)定值之間，則繼續(xù)保持灌溉；若處于設(shè)定值之間，則不在灌溉，且系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，傳感器繼續(xù)采集土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)。同時(shí)，若單片機(jī)檢測到系統(tǒng)灌溉，那么便發(fā)送短信至用戶手機(jī)。如此往復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉。PLC的I/O分配表如表1所示。

3 結(jié)束語

設(shè)計(jì)使用西門子PLC和MCGS組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)主要針對(duì)當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉中的水資源浪費(fèi)嚴(yán)重、灌溉效率低的問題。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)灌溉過程中各設(shè)備的狀態(tài)顯示、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警等功能。該自動(dòng)灌溉節(jié)水系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行可靠、實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，很好地滿足了自動(dòng)灌溉控制的要求，解決了傳統(tǒng)灌溉水資源浪費(fèi)大、穩(wěn)定性差的問題，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水灌溉的目的，可以適應(yīng)不同地域的不同植物，在農(nóng)業(yè)灌溉方面有很高的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值。

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