基于GPRS数据传输的无线远程控制灌溉系统研究

周小波　李光辉　阮红丽　李丹丹　李玉玲/四川省农业机械研究设计院



基于GPRS数据传输的
无线远程控制灌溉系统研究

周小波李光辉阮红丽李丹丹李玉玲/四川省农业机械研究设计院

为有效解决丘陵地区管道灌溉系统中管网延伸距离长、敷设阀门电源信号线工程投资大、安全隐患多的问题，本文研发了一种基于GPRS数据传输的无线远程控制灌溉系统。它是一种利用现代信息化技术实现作物有效灌溉的远程控制系统，特别适用于管道长距离输水且分水口较多的场合。它将传统的各自独立的GPRS DTU无线控制终端与PLC控制器进行有机结合，研发GPRS无线控制终端，可有效实现GPRS远程监控、手机短信控制及与PLC进行RS485通讯的一体化控制。通过搭建无线远程控制灌溉综合管理系统平台，实现系统状态的远程控制、远程监测与远程报警，构建手机短信控制、网络控制、组态软件界面控制与手动应急控制四维立体化体系，大大提高了系统的安全可靠性。它采用太阳能电池组件、太阳能充放电控制器及胶体电池为低功耗阀门提供电源，有效解决远距离分散安装阀门的电源供给。它将GPRS无线控制终端、太阳能充放电控制器、太阳电池组件及胶体电池、阀门集成为一个整体结构，有效解决了无线远程控制阀的结构问题，其结构紧凑、体积小、安装方便、控制灵活。

农业灌溉在我国农业生产中有着特别重要的地位和作用。近年来，由于农村青壮年劳动力缺乏、农业机械化程度低、农业社会化服务体系不健全、农业产业现代化发展滞后，导致粗放的灌溉管理模式逐渐体现出弊端。灌溉自动化是提高灌溉效果的必然趋势，而没有灌溉管道化也就没有灌溉自动化。然而在丘陵地区管道灌溉系统中，管网延伸距离长，敷设阀门电源信号线工程投资大，安全隐患多。如何研发一种适合丘陵地区管网输水的灌溉系统就成为了亟需解决的核心问题之一。

1系统组成

基于GPRS数据传输的无线远程控制灌溉系统主要由无线远程控制阀、GPRS传输系统、中心数据控制终端、水泵及控制系统组成。用户利用手机等终端，通过GPRS传输系统给无线远程控制阀发送启停指令，无线远程控制阀接收指令后执行启停动作，并给手机等终端反馈执行状态；该执行状态同时通过GPRS传输系统进入中心数据控制终端，并在网络服务器及其专用管理软件上实现无线远程控制。系统组成框图如图1所示，系统远程控制程序流程图如图2所示。

2无线远程控制阀

无线远程控制阀主要包括开关控制模块、胶体电池、太阳电池组件、开关控制连接器、阀门。无线远程控制阀将无线传输的编码单元及发射单元与接收单元及译码单元进行有机结合，将传统的各自独立的GPRS DTU无线控制终端与PLC控制器进行有机结合，研发智能GPRS无线控制终端，可有效实现GPRS远程监控、手机短信控制及与PLC进行RS485通讯的一体化控制，构建整体式开关控制模块，可有效实现输入指令的远程输入及输出信号的无线发送。

图1　系统组成框图

图2　系统远程控制程序流程图

开关控制模块接收用户无线输入指令后，执行动作输出至开关控制连接器，开关控制连接器将信号传送至阀门，控制其开启或关闭；太阳能电池组件的正负极分别接入太阳能充放电控制器电源端的正负极，作为胶体电池的充电电源；胶体电池通过串联后的正负极分别接入太阳能充放电控制器蓄电池端的正负极，作为系统的充放电电源；太阳能充放电控制器负载端的正负极分别接入开关控制模块的正负极，为开关控制模块提供电源；太阳能充放电控制器具有对胶体电池的过充和过放电的保护功能，远程控制硬件连接如图3所示。

图3　远程控制硬件连接图

3 GPRS传输系统

GPRS传输系统通信网覆盖面积大，系统响应快，组网灵活，作为无线远程控制阀与中心数据控制终端之间的桥梁，使两者之间的信号能够传输与交互。

4中心数据控制终端

中心数据控制终端主要包括网络服务器及专用管理软件等，通过构建无线远程控制灌溉综合管理系统平台，实现系统状态的远程控制、远程监测与远程报警；构建手机短信控制、网络控制、组态软件界面控制多维立体化体系(还可配置手动应急控制)，使系统具有多用户身份自动识别及数据管理功能，大大提高了系统的安全可靠性。

5水泵及控制系统

水泵及控制系统主要包括PLC主机、变频器、水泵机组。PLC主机与网络服务器及专用管理软件连接，接收控制指令后，实现变频器的变工况自动调节及保护功能，从而实现水泵机组的自动起停及可靠运行，为灌溉系统提供水源。

6系统整体结构

系统为整体式结构，太阳电池组件与2 m高的φ89*4立管连接，立管与固定于地面之上的钢板连接；太阳电池组件背面的连接孔通过螺栓与一根连接条连接，连接条上分别固定有开关控制模块和太阳能充放电控制器，连接电缆从立管里面往下穿与阀门及胶体电池连接。

胶体电池安装于防水蓄电池地埋箱内；防水蓄电池地埋箱与阀门固定在一个箱体内，阀门的进、出水口露在箱体外，与管路连接；箱体安装于地面以下，周围用土回填夯实；箱体顶端为一块钢板，与2 m高的φ89*4立管连接。

它采用太阳电池组件及胶体电池为低功耗现地设备阀门提供电源，有效解决了远距离分散安装阀门的电源供给。它将开关控制模块、太阳能充放电控制器、太阳电池组件及胶体电池、阀门集成为一个整体结构，有效解决了无线远程控制阀的结构问题，其结构紧凑、体积小、安装方便、控制灵活。系统整体结构示意图如图4所示。

图4　系统整体结构示意图

7　结论

近年来，管道输水技术在四川省多地的灌区改造中得到应用。迫切需要一种现代化的灌溉管理设备，将操作人员从复杂的灌溉管理中解放出来。本文提出的无线远程控制灌溉系统是一种利用现代信息化技术实现作物有效灌溉的远程控制系统，特别适用于管道长距离输水且分水口较多的应用场合，为解决上述客观现实问题提供了一种有效解决方案。从而为促进作物增产、农民增收、降低生产成本、提高经济效益起到了积极的作用。