基于電力載波的指針式灌溉機行程自控系統的研制

戎 娜 梅建虎

（安徽農業大學工學院，安徽合肥 230036；安徽銅陵市國家農業科技園區，安徽銅陵 244000）

1 引言

指針式噴灌機運行過程中不需要導向機構，取水點固定，在農業規?；洜I［1］、提高農業灌溉用水效率［2］和促進水肥一體化［3］的多重背景下，有著廣闊的應用市場［4］。但該設備作業區域通常呈圓形，要求在作業區域內的土地狀況一致，作物種植類型和種植時間盡量一致。實際生產過程中，用戶通常會分區域進行分期、分類型種植，要求灌溉機必須能提供行程控制以達到分區域灌溉的功能。應銅陵國家農業科技園區的項目要求，依托該公司指針式灌溉機現有硬件資源，選擇在灌溉機末端安裝限位裝置開關，并采集信息傳至首部供其控制決策。論文設計和實現了1種基于電力載波通信的行程控制技術解決方案。

2 行程控制

程開關就會觸發閉合，采集端發送信號至載波模塊，控制端通過電力線接受到該信號，控制三相電機停轉且水泵停止送水，待設定時間到達后再繼續反向運動。如此反復，當灌溉往返次數達到設定值時停止澆灌。

圖1 指針式灌溉機系統行程控制示意

2.1 工作原理 如圖1所示，在系統控制端（左側中心支軸附近），控制對象是水泵和三相交流電機；在采集端（右側塔車輪附近）監測對象是行程開關觸碰行程觸發樁所產生的信息。當灌溉機輔助設備碰觸到限位裝置時，行

2.2 系統結構 如圖2所示，系統引入電力載波模塊和微處理器，利用現有的110V電力線作為通訊線，在末端感知限位信息，并把信息狀態傳輸至首端，首部微處理器根據處理結果，發出相關控制指令，進而控制電機轉向或系統制停。

圖2 自動控制系統結構

3 控制系統硬件設計

3.1 電力載波模塊 根據現場特點，系統選用的是BWP11B型電力線調制解調器（圖3）。

圖3 BWP11B嵌入式電力線調制解調器

3.2 行程開關輸入電路 行程開關狀態檢測電路是本灌溉控制系統的重要輸入電路，考慮到控制系統工作在室外環境，輸入電路采用光耦隔離，提高外部開關輸入量抗干擾能力。光耦使用TLP52-4四路開關輸入量，實際使用中只需要兩路，余下兩路作為后期的升級使用（圖4）。

圖4 開關量輸入電哭（左）TLP521-4內部結構（右）

3.3 繼電器電路 繼電器在本設計中為控制和執行機構。在硬件設計中為防止上電后誤動作，選用了低電平控制繼電器，并且采用雙三極管反相式設計，進一步放大電流，驅動繼電器。末端控制電路板的四組繼電器驅動電路均相同，圖5為其中1組繼電器的驅動電路原理圖。

圖5 繼電哭控制電器

4 軟件系統設計

該設計軟件是在KEIL C51開發環境下使用C語言編寫，限位開關信息采集和首部控制程序流程圖如圖6所示。

圖6 工作流程

5 測試與結果

測試中，末端行程開關連接到圖7（b）指定的輸入端口，電力載波模塊連接110V交流電力線；首端控制器的載波模塊連接110V電力線，繼電器輸出接口連接原有的380V交流接觸器控制線圈，控制器輸入接口連接原控制箱的相接正反轉及制停接口。

圖7 現場測試

測試時模擬農田真實灌溉過程，開機設置灌溉機正轉或反轉，相應交流接觸器吸合，三相電機帶動輪胎按照設定方向行走，當到達限位樁時，行程開關被觸發，信號通過電力線傳輸到首端控制箱，吸合另一組交流接觸器，改變三相相序使電機反向轉動。同理到達另一邊時再次返回。此外，末端行程開關在手動條件下也具有對灌溉機運行方向的控制功能；首部控制器在灌溉機運行過程中的可以對設備進行制停操作。

6 結論

根據現場調試結果看，方案設計功能已全部實現，設備運行時的穩定性良好，其他問題有待長期待機測試。本次設計方案中的輸出輸入接口為設備根據需求升級成定時、定量灌溉控制工作預留了空間。本系統為灌溉機智能化提供了1種硬件基礎。