基于低压电力载波的灌溉远程监控系统的设计

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1、2015年7月农机化研究第7期基于低压电力载波的灌溉远程监控系统的设计王润涛，夏爽，杨方，莫家宝，赵朝阳，刁磊，倪欣桐(东北农业大学电气与信息学院，哈尔滨150030)摘要:在我国农业生产中，大田多选用机井灌溉方式，使用人工操作水泵的形式来实现，灌溉人员需要到井房现场进行操作，自动化程度低。由于人工计量计费，操作员通常需要步行于多个井房间进行启停水泵的操作，这造成了水资源和人力资源的大量浪费。为此，采用低压电力载波技术设计开发一种灌溉远程监控系统可根据植物种类、生长时期和土壤状况确定传感器埋设深度和土壤水分

2、阈值，对于解决水资源日益短缺的问题、实现水资源的可持续利用、提高农业生产效率及降低生产成本有着非常重要的意义。关键词:低压电力载波;灌溉;土壤水分中图分类号:S24;TV93文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)07－0123－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.07.028供电模块给系统各个部分进行供电，传感器负责监测0引言区域内水分、湿度，单片机控制器负责处理传感器数在我国灌溉农业中，广泛使用机井灌溉。井灌区据，控制继电器的开闭进而控制水泵的启停对数据进保证率

3、较高，以其稳定可靠的水源，可根据农艺要求行处理和分析，如图1所示。对农作物进行适量灌溉，便于管理与耕作，使灌区成为旱涝保收的高产田。据统计，全国有超过1/4的粮食，1/2以上的经济作物和蔬菜产自于井灌区，所以说［1］机井灌溉方式在农业生产中占有重要地位。随着电力载波通信技术的发展，电力载波通信已经广泛应用于工业生产及日常生活中，例如基于低压［2］电力载波的远程抄表系统和电源监控系统等。本文设计一种针对农田机井灌溉的远程灌溉监控系统，可实现上位机对多个机井水泵远程开停、状态监测、故障关断及采集数据上传等功能。

4、1系统整体设计从成本低、可靠性高、功耗低、可远控的角度出图1系统硬件结构发，集成了低压电力载波技术、数据采集控制、单片机Fig．1Systemhardwarestructure及传感器等于一体的系统。同时，结合农业灌溉和农2太阳能蓄电池管理模块业自动化技术特点，提出了基于低压电力载波和单片机控制器作为节点配合组态上位机的整体架构。电压源的电流输出能力自动调整充电电流，同时系统硬件由低压电力载波模块、单片机控制器、可根据输入电压源的最大电流输出能力设置充电电各传感器感知模块、串口通讯及电源等组成。太阳能流，最

5、大限度地利用了输入电压源的电流输出能力。CN3063还采用恒流/恒压/恒温模式充电，既可以使收稿日期:2013－09－17充电电流最大化，又可以防止芯片过热［3］。当输入电基金项目:黑龙江省教育厅科学技术研究项目(1253100)压掉电或者输入电压低于电池电压时，充电器进入低作者简介:王润涛(1983－)，男，河南新乡人，讲师，博士，(E－mail)wangruntao@neau．edu．cn。功耗的睡眠模式，电池端消耗的电流小于3μA，从而通讯作者:杨方(1957－)，男，哈尔滨人，教授，硕士生导师，(E

6、－增加了待机时间。太阳能蓄电池原理如图2所示。mail)yangfang0451@163．com。·123·2015年7月农机化研究第7期感器控制开关电路如图4所示。表1FDS－100的参数Table1ParametersofFDS－100特征描述特征描述测量参数土壤容积含水率测量稳定时间2s量程0～100%响应时间＜1s测量精度±3%工作温度范围－40～85℃工作电压5～12V(电压型)探针长度5．3cm工作电流21～26mA探针材料不锈钢输出信号0～1．875VDC探针直径3mm图2太阳能蓄电池原理Fi

7、g．2Solarbatteryprinciple测量主频100MHz密封材料环氧树脂3感知模块本设计中，由于土壤水分在实际监测中无需严格实时测量，只需要按照需求的定时时间上传数据即可。3．1空气温湿度传感器此传感器最大电流达到26mA，采集节点采用太阳能供AM2301是用单总线传输数据，起始阶段都需要电，电量有限。所以，针对此种情况设计了传感器电源将总线置为低电平，然后再拉为高电平，所以需要上的开关电路，便于系统的功耗控制。拉电阻，阻值大约为1kΩ。AM2301(见图3)采用外部电源方式供电，供电电压范围3

8、．3～5V，采样周期1～2。在外部电源供电方式下，整个电路工作稳定可靠、抗干扰能力强，同时总线上挂接多个AM2301传感器，组成多点测量温湿度系统。图4传感器开关控制电路Fig．4Sensorswitchcontrolcircuit3．3电力载波模块电力载波(PowerLineCommunication)是电力系统图3AM2301接口电路图特有的、基本的通信方式，具有可同时复用信号等特Fig．3AM2301int