一種新型自動化田間灌溉系統的設計

張志鵬 李艷 李新疆 王丹

摘 要：針對傳統人力農業灌溉水資源浪費、灌溉效率低等問題，設計了基于西門子S7-200型PLC、MCGS觸摸屏和SIM800A短信模塊的自動節水灌溉系統。系統首先對自動節水灌溉系統的設計方案進行了論述，其次介紹了自動節水灌溉系統的硬件組成，最后介紹了自動節水灌溉系統的軟件設計。實驗結果表明該灌溉系統能夠高效率、準確無誤的滿足系統設計要求，實現了節水灌溉的初衷，解決了人力灌溉對水資源的浪費和無法精確控制灌溉量的問題，并且系統能通過SIM800A短信模塊發送短信至目標手機，實現遠程對農田灌溉情況的監測，在農業生產灌溉方面有很高的應用價值。

關鍵詞：自動灌溉；PLC；組態觸摸屏；土壤水分；SIM800A

中圖分類號：S274.2 文獻標志碼：A 文章編號：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

系統設計主要致力于解決農業生產中的灌溉難題、解放生產力，讓農業灌溉不再那么的費時費力，不再讓種植戶覺得繁重工作。并且灌溉過程自動化、灌溉過程可監控，具有很好的推廣應用價值。

1 系統組成

系統結合PLC、現代傳感器技術MCGS組態觸摸屏技術和SIM800A短信技術，能夠按照預先設置好的程序及灌溉量，精確地按量實施灌溉，能通過觸摸屏實時監控整個灌溉系統，并能按照設定好的程序實現灌溉狀態的短信監控。

系統設計主要依靠以下幾個部分來實現自動灌溉功能。自動灌溉控制系統是整個自動灌溉系統設計的核心，將西門子S7-200型PLC作為自動灌溉控制系統的核心，MCGS觸摸屏實現了人機交互界面的設計；通過PLC伺服系統精準的電磁閥來控制出水口的水量；對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現土壤溫濕度數據采集。基于PLC的自動灌溉系統的設計框圖如圖1所示。

2 系統設計

PLC程序設計流程圖如圖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可編程控制器內部對數據寄存器的分配和對應I/O口的分配。

第二部分：人機交互模塊：由組態觸摸屏來實現機器與人員的信息交換，實現對土壤溫濕度的可視化、灌溉過程的監控以及預警。

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

第四部分：系統主控制模塊，也是自動灌溉系統的核心工作部分，PLC中央處理器模塊。當把設計好的程序下載至PLC內部以后，啟動PLC后，系統自動進入運行狀態。

第五部分：短信控制模塊，短信模塊通過一塊STC89C52單片機檢測兩個電磁閥的輸出信號，當檢測到輸出高電平信號時，發送命令至短信模塊。讓短信模塊發送短信。短信模塊電氣原理圖如圖3所示。

當PLC的一個掃描周期完成后，通過對傳感器發送回的含水量數據，PLC繼續對土壤的含水量與設定值作對比，若不在設定值之間，則繼續保持灌溉；若處于設定值之間，則不在灌溉，且系統自動進入待機狀態，傳感器繼續采集土壤水分數據。同時，若單片機檢測到系統灌溉，那么便發送短信至用戶手機。如此往復循環，實現自動灌溉。PLC的I/O分配表如表1所示。

3 結束語

設計使用西門子PLC和MCGS組態軟件，設計的自動灌溉系統主要針對當前農業生產灌溉中的水資源浪費嚴重、灌溉效率低的問題。該系統能夠實現自動灌溉過程中各設備的狀態顯示、歷史數據、報警等功能。該自動灌溉節水系統具有設計合理、運行可靠、實用性強的優點，很好地滿足了自動灌溉控制的要求，解決了傳統灌溉水資源浪費大、穩定性差的問題，實現了節水灌溉的目的，可以適應不同地域的不同植物，在農業灌溉方面有很高的實際生產應用價值。

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