一种新型自动化田间灌溉系统的设计

张志鹏 李艳 李新疆 王丹

摘 要：针对传统人力农业灌溉水资源浪费、灌溉效率低等问题，设计了基于西门子S7-200型PLC、MCGS触摸屏和SIM800A短信模块的自动节水灌溉系统。系统首先对自动节水灌溉系统的设计方案进行了论述，其次介绍了自动节水灌溉系统的硬件组成，最后介绍了自动节水灌溉系统的软件设计。实验结果表明该灌溉系统能够高效率、准确无误的满足系统设计要求，实现了节水灌溉的初衷，解决了人力灌溉对水资源的浪费和无法精确控制灌溉量的问题，并且系统能通过SIM800A短信模块发送短信至目标手机，实现远程对农田灌溉情况的监测，在农业生产灌溉方面有很高的应用价值。

关键词：自动灌溉；PLC；组态触摸屏；土壤水分；SIM800A

中图分类号：S274.2 文献标志码：A 文章编号：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

系統设计主要致力于解决农业生产中的灌溉难题、解放生产力，让农业灌溉不再那么的费时费力，不再让种植户觉得繁重工作。并且灌溉过程自动化、灌溉过程可监控，具有很好的推广应用价值。

1 系统组成

系统结合PLC、现代传感器技术MCGS组态触摸屏技术和SIM800A短信技术，能够按照预先设置好的程序及灌溉量，精确地按量实施灌溉，能通过触摸屏实时监控整个灌溉系统，并能按照设定好的程序实现灌溉状态的短信监控。

系统设计主要依靠以下几个部分来实现自动灌溉功能。自动灌溉控制系统是整个自动灌溉系统设计的核心，将西门子S7-200型PLC作为自动灌溉控制系统的核心，MCGS触摸屏实现了人机交互界面的设计；通过PLC伺服系统精准的电磁阀来控制出水口的水量；对于土壤水分含量的检测，主要是使用建大仁科RS-WS-I20-TR模拟量型土壤温度水分传感器来实现土壤温湿度数据采集。基于PLC的自动灌溉系统的设计框图如图1所示。

2 系统设计

PLC程序设计流程图如图2所示。

第一部分：传感器检测模块：主要包括土壤适宜含水量区间的确定、传感器探头的灵敏度和校正和PLC可编程控制器内部对数据寄存器的分配和对应I/O口的分配。

第二部分：人机交互模块：由组态触摸屏来实现机器与人员的信息交换，实现对土壤温湿度的可视化、灌溉过程的监控以及预警。

第三部分：电磁阀控制模块：电磁阀主要是用来控制灌溉时出水口的打开和关闭。通过用户已经编辑的PLC程序，控制电磁阀的开启关闭，开启关闭时长，从而精确地控制灌溉水量。

第四部分：系统主控制模块，也是自动灌溉系统的核心工作部分，PLC中央处理器模块。当把设计好的程序下载至PLC内部以后，启动PLC后，系统自动进入运行状态。

第五部分：短信控制模块，短信模块通过一块STC89C52单片机检测两个电磁阀的输出信号，当检测到输出高电平信号时，发送命令至短信模块。让短信模块发送短信。短信模块电气原理图如图3所示。

当PLC的一个扫描周期完成后，通过对传感器发送回的含水量数据，PLC继续对土壤的含水量与设定值作对比，若不在设定值之间，则继续保持灌溉；若处于设定值之间，则不在灌溉，且系统自动进入待机状态，传感器继续采集土壤水分数据。同时，若单片机检测到系统灌溉，那么便发送短信至用户手机。如此往复循环，实现自动灌溉。PLC的I/O分配表如表1所示。

3 结束语

设计使用西门子PLC和MCGS组态软件，设计的自动灌溉系统主要针对当前农业生产灌溉中的水资源浪费严重、灌溉效率低的问题。该系统能够实现自动灌溉过程中各设备的状态显示、历史数据、报警等功能。该自动灌溉节水系统具有设计合理、运行可靠、实用性强的优点，很好地满足了自动灌溉控制的要求，解决了传统灌溉水资源浪费大、稳定性差的问题，实现了节水灌溉的目的，可以适应不同地域的不同植物，在农业灌溉方面有很高的实际生产应用价值。

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