喷灌系统的组成-盘古文库

喷灌系统的组成

来源：莲生三十二

作者：开心麻花

2025-09-19

喷灌系统的组成（精选10篇）

喷灌系统的组成第1篇

水资源匮乏是我国经济社会持续稳定长期面临的突出问题, 缓解这一问题的根本出路在于节约用水, 主要是发展节水灌溉。基于PLC控制的喷灌系统是利用大气、土壤、作物水分运移理论和农田水分调度原理, 根据作物的需水规律和灌溉制度, 准确、科学地预报作物最佳灌水时间的灌水量, 并自动控制喷灌设备完成实时调控灌溉, 实现作物生育期内水分的全自动调控。

2. PLC的控制方案

由于喷灌系统由电动机拖动, 所以, 对喷灌系统的自动化控制, 实际上就是对动力电动机的自动化控制。该控制系统是一个单体控制的系统, 没有特殊的控制要求, 同时根据I/O点的分配表, 笔者选用了FP0-C32型PLC, 其输入、输出点点数为32个, 其中输入点16个, 输出点16个, 其输入、输出点点数能够满足系统使用要求, 而且其内存容量也满足系统扩展要求。

3. PLC控制方案的程序设计

根据控制要求, 程序应由手动控制和自动控制两部分组成 (见图1) 。

当选择手动控制时, 将手动/自动转换按纽置于手动位置。按手动控制的启动按纽SB3时, 电动机串电阻降压启动 (见图2) 。

当选择自动控制工作方式时, 将手动/自转换按纽置于自动位置。可编程控制器执行自动工作程序 (见图3) 。

程序由三部分组成:从跳转指令JP0到标签指令LABL0之间的程序是手动控制程序;从主控继电器指令MC0到主控继电器结束指令MCE0时间的程序是自动控制程序;MCE0到ED之间的是输出程序。

本系统中选用2000YZ型土壤负压传感器来测量土壤湿度, 测量范围为为负压值0~85kPa, 基本在作物的需水范围内。当地面湿度足够, 或者当传感器检测到地面足够的湿或者碰上下雨天气, 此时无论喷灌系统处于何种状态, 都实现了电动机的自动停止控制, 也就是使整个灌溉系统停止工作。

当按下停止按纽SB1时, 复合开关SB1就把接触器KM2的线圈接通, 使电动机开始反接制动。当电动机正常转动时, 速度继电器的常开触点闭合, 当电动机的转速接近零时, 速度继电器的常开触点打开, 切断接触器线圈电路, 及时将电动机的电源切除, 使电动机停止转动。

4. PLC控制与其他控制方案的比较

与继电器控制方式比较, 常规继电器控制系统要使用大量的硬件控制电路, 当生产工艺流程或者生产线更改设备, 需要更改方案时, 必须拆除和重接大量的硬件线路。而PLC借助于软件编程来实现系统的控制, 具有在线修改能力;同时由于简化了硬件线路, 也提高了系统的可靠性。

与计算机控制方式比较, 近几年来, 以各种总线结构为支持的PC为基础发展起来的工业控制计算机, 以其专门设计的工业控制 (插件板) 和总线连接方式, 被越来越多地应用于工业现场控制, 其数值运算功能、模拟量和开关信号的处理能力较强, 与PC有良好的兼容性, 有丰富的组态软件功能和强抗干扰能力, 因而有广阔的应用前景。但是计算机控制存在着应用技术相对复杂、价格相对昂贵以及体积较大等缺点, 尤其不适合应用我国的农业领域。

与单片机控制方式比较, 单片机控制采用的是高级编程语言, 而PLC控制采用的是梯形图语言, 对于一般的小型控制程序, 普通人员就能编写程序;而且PLC控制的电源采用了内外电源相互隔离的措施, 提高了系统的抗干扰能力。

5. 结论

本文以PLC控制器为核心构建喷灌控制系统, 系统具有手动控制模式, 该模式不受外部环境的影响, 只受操作者的控制, 适合于紧急情况下使用;系统还具有自动控制模式, 系统启动后, 能够自动地工作, 能每隔一定时间段自动恢复工作, 而且能根据外部环境的变化来调节系统的工作特性;两种控制模式能相互转换。基于PLC控制的喷灌控制系统控制精度高, 又具有很大的灵活性和可扩展性, 能够实现远程控制功能, 操作简便。

参考文献

[1]李荣正.PLC单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2006.

[2]沙占友, 孟志永, 王彦朋.单片机外围电路设计[M].北京:电子工业出版社, 2003.

呼吸系统的组成第2篇

动物体在新陈代谢过程中要不断消耗氧气，产生二氧化碳。机体与外界环境进行气体交换的过程称为呼吸。气体交换地有两处，一是外界与呼吸器官如肺、腮的气体交换，称肺呼吸或腮呼吸（或外呼吸）。另一处由血液和组织液与机体组织、细胞之间进行气体交换（内呼吸）。

呼吸器官的共同特点是壁薄，面积大，湿润，有丰富的毛细血管分布。进入呼吸器官的血管含静脉血，离开呼吸器官的血管含动脉血。

低等水生动物无特殊呼吸器官，依靠水中气体的扩散和渗透进行气体交换。在较高等的水生动物体内腮成为主要呼吸器官。陆生无脊椎动物以气管或是肺交换气体。而陆生脊椎动物中肺成了唯一的气体交换器官。

肺是一个内含大而潮湿的呼吸表面的腔，位于身体内部，受到体壁保护。肺主要由支气管反复分支及其末端构成的肺泡共同构成，气体进入肺泡内，在此与肺泡周围的毛细血管内的血液进行气体交换。吸入空气中的氧气，透过肺泡进入毛细血管，透过血液循环，输送到全身各个器官组织，供给各器官氧化过程的所需，各器官组织产生的代谢产物，如CO2再经过血液循环运送到肺，然后经呼吸道呼出体外。哺乳类的呼吸系统除肺以外还有一套通气结构即呼吸道。在吸气时，膈肌收缩，膈顶部下降，使胸廓的.上下径也增大。呼气时，正好相反，膈肌舒张，膈顶部回升，胸廓的上下径缩小

在所有呼吸系统疾病的治疗中，营养治疗是重要的治疗部分。营养不良可减弱呼吸肌强度，改变通气潜力及损害免疫功能，引起肺功能的下降。营养状况的恢复能改善受损肺功能、能够提高疗效，当经口自然进食不足时，对有消化功能的病人来说，肠内营养比静脉更为常用。

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温室大棚微喷灌系统的使用与管理第3篇

一、设备及安装。微喷灌系统包括水源、供水泵、控制阀门、过滤器、施肥阀、施肥罐、输水管、微喷头等。材料选择与安装：吊管、支管、主管管径宜分别选用4 ~ 5毫米、8 ~ 20毫米、32毫米和壁厚2毫米的PV管，微喷头间距2.8 ~ 3米，工作压力0.18兆帕左右，单相供水泵流量8 ~ 12升/小时。要求管道抗堵塞性能好，微喷头射程直径3.5 ~ 4米，喷水雾化要均匀，布管时两根支管间距2.6米，把膨胀螺栓固定在温棚长度方向距地面2米的位置上，将支管固定，把微喷头、吊管、弯头连接起来，倒挂式安装好微喷头即可。

二、安装后的检查。微喷系统安装好后，先检查供水泵，冲洗过滤器和主、支管道，放水2分钟，封住尾部，如发现连接部位有问题应及时处理。发现微喷头不喷水时，应停止供水，检查喷孔，如果是沙子等杂物堵塞，应取下喷头，除去杂物，但不可自行扩大喷孔，以免影响微喷质量，同时要检查过滤器是否完好。

三、微喷系统的使用。喷灌时，通过阀门控制供水压力，使其保持在0.18兆帕左右。微喷灌时间一般宜选择在上午或下午，这时进行微喷灌后地温能快速上升。喷水时间及间隔可根据作物的不同生长期和需水量来确定。随着作物长势的增高，微喷灌时间逐步增加，经测定，在高温季节微喷灌20分钟，可降温6 ~ 8℃。因微喷灌的水直接喷洒在作物叶面，便于叶面吸收，既可防止病虫害流行，又有利于作物生长。

四、利用微喷灌施肥。微喷灌能够随水施肥，提高肥效。宜施用易溶解的化肥，每次3 ~ 4公斤，先溶解（液体肥根据作物生长情况而定），连接好施肥阀及施肥罐，打开阀门，调节主阀，待连接管中有水流即可，一般一次微喷15 ~ 20分钟即可施完，根据需水量，施肥停止后继续微喷3 ~ 5分钟以清洗管道及微喷头。

田间喷灌系统的维护与故障排除第4篇

我国是世界上13 个贫水国之一, 人均水资源占有量仅为2160 m3, 农业用水量约占总用水量的72% , 而且, 许多地区可用的淡水资源越来越有限。传统的灌溉技术都是大水漫灌, 水利用率不高, 浪费现象严重, 田间喷灌技术可有效提高水利用率, 大大节约农业淡水的使用。

1 主要部件的安装

1. 1 管道的安装

安装喷灌系统管道的方法如下:

( 1) 目前, 喷灌系统管道主要有镀锌管和U - PVC管, 由于U - PVC管更具有光滑性, 排放流畅, 较同直径的镀锌管流速提高30% ~ 40% , 且工程成本较低, 成为了喷灌系统的首选管道。

( 2) 安装时先要放样画线, 根据图样确定管道的实际位置, 用石灰画线作为安装的标志。

( 3) 开截面为30 cm × 30 cm的管道沟, 要求沟底平整, 沟底按水流的方向有一定的坡度, 以便排水。

( 4) 连接管道时先从水源处连接, 先连接主管道后连接支管道。连接管道时用毛刷均匀地刷上专用U -PVC黏合剂进行连接。黏合时, 先将管材插入承接口, 直到记号线, 并旋转90°, 将黏合面的气泡除去, 并及时擦去多余的黏合剂。

( 5) 安装带密封圈承插口U - PVC管材, 要注意将密封圈较厚的一侧放在里面, 安装时可在插入的管材上刷上肥皂水, 以增强润滑度, 便于安装。

1. 2 喷头的安装

安装喷灌系统的喷头的方法如下:

( 1) 安装地埋式伸缩喷头时, 喷头的顶部应与地面相平, 同时要考虑新建植被自然沉降。

( 2) 有些场合安装喷头时还要安装活动千秋架。如高尔夫球场、足球场草坪对喷头的高度要求较高, 这时就应考虑选用活动千秋架, 以便灵活调整高度。

( 3) 在平地上安装喷头时要保持喷头的竖直, 灌木型喷头要用支架进行固定。

1. 3 控制系统的安装

安装喷灌控制系统的方法如下:

( 1) 用有颜色标志的电缆线连接喷灌系统的控制器和电磁阀, 每一个电磁阀需一根控制线, 再加一根共用的公用线, 并外加护套。

( 2) 先沿着控制器到电磁阀的路径进行电缆线的敷设, 在每根电缆的拐弯处预留一个绕组的长度, 以保证电缆线维修和防止热胀冷缩。

( 3) 一般控制器上有字母标记, “AC”代表连接电源 ( 交流电) , “C”代表连接公用线, “1”“2”等分别代表连接每个电磁阀的接线往。

( 4) 控制系统安装完毕后, 应该进行初次调试和全面检测, 如有问题应及时调整, 只有系统达到设计要求并能正确运行后, 才能回填土层、平整场地。

2 维护与保养

维护与保养喷灌机械应注意如下事项:

( 1) 对机组松动部位应及时紧固。机组的动力机、水泵的保养应按有关说明书进行。

( 2) 对喷灌机械的各润滑部位要按时润滑, 确保润滑良好和运转正常。

( 3) 作业结束后, 应将输水管道内外壁上的泥沙清理干净, 不要曝晒和雨淋, 以防塑料管老化。管道应洗净晒干 ( 软管卷成盘状) , 放在阴凉干操处, 远离火源和腐蚀性强的物品。

( 4) 喷头工作100 h后, 应进行拆卸检查, 清除泥沙, 擦净水迹, 活动部分加注少许润滑油防锈; 长期不用时, 喷头应拆卸后清洗干净, 用油纸包好存放, 严禁将喷头放在酸碱及高温场所。

( 5) 每次喷灌后, 要将机、泵、喷头擦洗干净, 转动部分及时加油防锈; 冬季要把泵内及管内存水放尽, 以防冻裂。

( 6) 喷灌机组长时间停止使用时, 必须将泵体内的存水放掉, 拆检水泵、喷头, 检查空心轴、套轴、垫圈等转动部件是否有异常磨损, 并及时检修或更换损坏件。擦净水渍, 涂油装配, 进出口包好, 停放在干燥的地方保存。管道内存水要放尽, 防锈脱落要修补, 软管冲洗干净后要晾干。

3 常见故障及排除

喷灌机是一种利用水压使水形成雨点来灌溉作物的机器, 它具有节水、保土、保肥等优点, 其常见故障及检修方法如下。

( 1) 水泵不出水。故障原因及排除: 自吸泵储水不够, 增加储水量; 进水管接头漏水, 更换密封圈; 吸程过高, 降低吸程; 转速过低, 提高转速或调整V带的松紧度。

( 2) 出水量不足。故障原因及排除: 进水管滤网堵塞, 清除滤网; 自吸泵叶轮堵塞, 拆开泵壳清除堵塞物;扬程太高, 降低扬程; 转速太低, 提高转速; 叶轮环口漏水, 更换环口处密封圈。

( 3) 输出管路漏水。故障原因及排除: 输出管裂纹, 更换水管; 快速接头密封圈损坏, 更换密封圈; 接头的接触面有杂物, 清除接头接触面的污物。

( 4) 喷头不转向。故障原因及排除: 摇臂安装角度不对, 调整角度; 摇臂松动, 紧固摇臂; 摇臂弹簧太紧, 调整摇臂弹簧; 水压太小, 用加压泵加压; 空心轴与轴套间隙太小, 调大间隙。

( 5) 喷头工作不稳定。故障原因及排除: 摇臂安装位置不正确, 调整摇臂高度; 摇臂弹簧调整不当, 调整或更换摇臂弹簧; 摇臂轴松动, 紧固摇臂轴; 换向器轴磨损严重, 更换换向器或摇臂轴套; 换向器摆块突起高度太低, 调整摆块高度; 换向器摩擦力太大, 向摆块加注润滑油。

( 6) 喷头射程小, 喷洒不均匀。故障原因及排除:摇臂打击频率太高, 调整或更换摇臂弹簧; 摇臂高度不对, 调整摇臂调节螺母, 改变摇臂吃水深度; 压力不够, 调整工作压力; 管路堵塞, 清除管路中的堵塞物。

( 7) 有杂声及振动较大。故障原因及排除: 泵轴弯曲, 修理或更换泵轴; 轴承间隙配合不对, 调整轴承配合间隙; 轴承磨损或破碎, 清洗、加润滑油或更换新轴承。

小区管理系统的组成第5篇

l、安防报警系统

安防报警系统是智能住宅的重要组成部分之一，智能化住宅保安系统具有较高的自动化技术水平及完善的功能，安全性、可靠性高。每个住户单元的防盗、防灾报警装置通过网络系统与小区管理中心的监控计算机连接起来，实现不问断监控。安防报警包括：门禁系统、红外门磁报警、火灾报警、煤气泄漏报警、紧急求助、闭路电视监控、周边防越报警、对讲防盗门系统等。

2、网络通讯系统

网络通讯系统是智能小区的神系统，它将小区内各功能子系统的终端设备和网管中心连成成网络，并与Internet互联，为小区提供信息传输的通道同情外界沟通的桥梁，从而为住户提供完备的牧业管理和综合信息服务。

物业管理系统

利用网络通讯系统实现小区物业管理的科学化和规范化，是智能化建设的重要内容。物业管理系统主要包括以下几项内容：

(1)三表(水、电、气)自动收费系统：《全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点与技术导则》中要求智能化住宅必须设水、电、气三表的远程抄表与收费系统。电子水表、电子煤气表、电子电表输出的脉冲信息由计数器读出，储存于E—PROM中，再通过网络传输到管理中心主机，管理中心计算脉冲数量读出三表读数，实现远程自动抄表，同时和银行联网，定期通过银行实现自动收费，还可以通过区域网向住户提供网上应缴费用的查询、拖欠费用的催缴等服务。

(2)停车场管理系统：一般由出入读卡器、自动出票机、开门机、收费站、车辆感应器、满位指示灯及管理主机等组成。小区车辆的出入停车场采用IC卡管理系统自动收费。在小区出人口设置摄像机对来往车辆进行自动监控，并把车辆的资料传输到管理主机，管理人员可以在办公室浏览到各车库的车辆进出情况及停车数量。车辆离开时，司机所持的IC卡必须和电脑资料一致，才能升杆放行，保证了汽车的安全停放。

(3)小区局域网服务系统：建设小区网站，住户不需要上互联网，就可以从网站获取许多常用的信息服务，如内部电子信箱、小区公告通知、天气预报等公共信息查询、网上图书馆、网络教育、网络游戏、软件下载、视频点播等，数据在局域网内传输的速率比上Intemet快得多，而且费用低。

(4)小区综合信息管理系统：对小区的楼宇分布、公共设施分布、小区居民情况提供查询、管理，建立住户信息库，实现住户档案数据的计算机化管理，使居民的登记与查询简易而快速。

(5)小区主要设备监控系统：设备监控系统对小区的给排水、配电系统以及电梯等设备的工作状况进行实时检测和控制，实现公共设备的最优化管理，降低系统故障率。通过软件控制设备，使设备运行于最经济合理模式中。当设备发生故障时，管理中心发出声光报警并由值班人员通知维修人员处理现场事故。

(6)电子巡更系统：在小区适当位置设置巡更站，规定保安人员巡更路线和巡更时间，当保安人员到达某巡更站时插入钥匙并钮动，主机就会得到保安人员当时的位置和时间信息。采用电子巡更管理技术，可以杜绝保安人员漏岗、失职等现象，是保证小区安全的重要措施。

此外，小区物业管理系统还包括由设备报修、维护管理，社区管线、信息管理，来客访问管理，小区公共机电设备集中监控，设备运行状态信息管理及调控；小区电子公告、背景音乐等功能

小区宽带接入系统

智能化的住宅小区都具有共同的功能特征：首先，住宅内部具备完善的综合了安保防灾措施与生活服务的智能控制器，住宅与小区和社会之间具有高度的信息交互能力。其次，小区内部具备完善的安保措施、全面的公用设施监控管理和信息化的社区服务管理。此外小区还需配有多媒体的多种信息服务。总之智能化住宅小区是综合运用了计算机技术、通信技术、控制技术、由家庭智能控制系统、通信接入网、小区物业管理服务系统和小区综合信息服务系统来支持实现的。智能化小区宽带网络接入系统包括以下几个服务内容： *电子邮件服务 *网上超市

用户可以坐在家中通过小区内部信息网商场购物、购票，由商场送货上门。* VOD视频点播

VOD是为用户提供通过网络点播视频节目的服务。当您打开电视，随时直接点播希望收看的节目。*多媒体教育系统

小区的信息平台通过网络与教育网及各所名校相联，住户在家里就可以学习著名教师的教案，调各所名校的题库。还可以让知名教师解答学习中遇到的疑难问题。*股票交易系统

居民通过小区信息系统即拥有一个全功能的证券信息系统，可以实时查看股市行情，进行证券信息处理。*网上医疗

*宽带数码报刊厅

绿地喷灌系统常见问题分析第6篇

1 喷头布局和选型

1.1 布局

布置喷头间距应充分考虑喷洒半径、风速和水压的影响, 不要单纯考虑节省喷头数量。喷头间距过长, 出现喷洒不均匀甚至漏浇, 是导致喷灌工程失败的最常见因素之一。

1.2 喷头

在选喷头类型时, 所选喷头应满足现场可供水压和流量的要求, 使之满足预期的喷洒效果。喷头应与地形、土壤类型匹配。在小面积草坪上选择喷洒半径小的喷头, 在坡地、土壤渗透性差的地方选择喷灌强度低的喷头, 喷洒时不会形成径流, 节约水资源。

喷头选型应根据使用场地选择专用喷头。如在运动场地选用耐践踏、结实的喷头, 而景观绿地则不宜选用摇臂喷头或微喷。

不同角度的喷头对应不同的喷嘴。在风速较大的地方选用标准仰角喷嘴, 可增加水的漂移。

2 管材选择

管材在喷灌工程材料费中占很大的比例, 受运输条件限制, 管材的供货长度一般为4~6m, 现场安装工作量较大, 管道安装用工一般占总用工量的一半以上。因此, 准确的水力计算, 合理选择材质和管径不但可保证系统功能, 而且可以降低工程造价。

2.1 推荐选择PVC材质

选择材质时, 应综合考虑性能、质量、价格和施工难度。铸铁管的管道内壁不光滑, 易生锈、堵塞, 施工难度大。PVC、PP-R、PE和ABS等新型塑料管道内壁光滑, 不生锈, 施工简单。但PP-R、PE和ABS成本高, 作一般的给水管道有些浪费, 推荐使用PVC材质。

2.2 管径

管径过小, 管道水头损失大, 末端喷头压力不足;管径过大, 管网系统造价迅速增加, 造成不必要的资金浪费。

3 压力和流量常引起的故障

3.1 压力故障

喷头工作半径偏短, 以水柱形式出现, 喷洒不均匀, 出现漏浇。造成这种情况的原因主要是水源压力不足。应调校加压装置为适当值, 或减低地形起伏对管道压力的影响。

喷头寿命短, 破裂或损坏齿轮驱动部件。主要是水源压力过高、水泵选型偏大或地形起伏大时低处压力高, 喷头超负荷工作造成的。

3.2 流量不足

喷头不能工作或喷头工作半径偏短, 水泵不能在正常情况下工作。在喷灌安装时要收集准确的水源资料 (包括压力、流量以及用水高峰期对喷灌系统流量的影响等) , 并结合水源资料进行正确的喷头选型及轮灌组划分, 进行正确的水力计算, 选择合适的管径, 安装必要的增压设备或减压设备, 保证喷头在正常压力范围内工作。

4 过滤设备和安全保护装置

根据过滤要求 (喷灌要求80~100目过滤;微灌要求80~120目过滤) 和水质情况结合管路流量选择合适的过滤设备。因为水质是影响喷灌系统成败的重要因素, 如果水质不好, 会引起喷头堵塞及水泵使用寿命。微灌系统对过滤要求更高, 因为微灌系统的灌水器流速低、流量复杂一旦出现堵塞, 很可能使整个系统瘫痪, 难以恢复。

喷灌系统的组成第7篇

关键词：中心支轴式,喷灌机,智能,控制

一、智能控制系统概述

1.在已有条件基础上研制中心支轴式喷灌机地角臂系统, 使喷灌机实现在地角时开启地角臂系统, 该系统可以360°旋转, 使灌溉面积近似方形, 增加喷灌机有效灌溉面积。

2.创新研究设计电子控制压力补偿系统, 该系统可以实现水压过低或停水时自动关闭喷灌机和水泵, 并在喷灌机工作时自动控制实现压力补偿, 提高喷灌均匀性的同时精确控制灌水定额。

3.创新研制远程计算机或者手机终端控制系统, 根据系统反馈土壤水分情况, 发送指令, 实现喷灌机自动开启, 自动调节行走速度, 并自动回旋或停机。

4.优势特点:自动化程度高, 减少方形地块的漏喷现象;可调节当地小气候, 提高植被覆盖率, 有利于作物的生长;与地面灌溉相比可节省90%以上的劳力, 与其他喷灌机相比, 可节省25%~75%的劳力, 能昼夜自动喷灌, 效率高, 灌水质量好;灌水定额可在5~100 mm内调节, 均匀度高;喷灌机可通过远程控制实现自动开启, 同时调节喷灌机行走速度, 并自动回旋或停机。

二、新增加安全保护措施

1.避雷设施;

2.过流保护;

3.不锈钢双层门电控箱, 防水防尘;

4.施耐德二层门开箱门断电保护功能, 保护人身安全以防意外触电;

5.地轮正常行走整机校直, 异常行走急停保护, 以免整机塌架。

三、电控系统配置

过去的指针喷灌机只有电控箱、集电环、塔盒等控制元件, 在考察了农民的实际需求并为了更好的控制指针喷灌机, 我们新加入了单片机、触摸屏、温度传感器、湿度传感器、风速传感器、角位移传感器、压力变送器、水表和GPRS模块。指针式喷灌机自动控制系统主要包括: (如下表)

四、触摸屏控制

触屏控制是一套独立于按钮箱控制的操作程序, 当按钮箱上的“手动/自动”开关打到自动位置时, 触屏可以控制喷灌机所有操作。触屏主画面如图4-1。

画面左侧为喷灌机各控制状态, 右侧为画面显示与数据显示, 下方为操作按钮。

1.设备状态:当按钮箱“手动/自动”开关打到自动位置时, 手动/自动状态显示为绿色字体“自动”。

当喷灌机开始运行转动时, 若正向转动, 则正向转动状态显示为绿色字体“运行”, 同理, 若反向转动, 则反向转动状态显示为绿色字体“运行”。

当1跨开始行走时, 则1跨塔盒运行状态显示为绿色字体“运行”, 2跨、3跨与4跨塔盒运行状态同理;如图4-2所示。

当1跨塔盒出现故障时, 1跨塔盒故障状态显示为红色字体“故障”, 并自动停止所有运行状态, 2跨及3跨塔盒故障状态同理, 如图4-3所示。

自动喷灌状态是指当喷灌机启动自动喷灌后, 喷灌机按设定时间自动行走或停止, 此时自动喷灌状态显示为绿色字体“已启动”。

2.画面显示:当喷灌机开始正向或反向运行转动时, 深井出口位置圆圈显示为绿色, 如图4-4所示。

当1跨开始行走时, 1跨塔盒位置圆圈显示为绿色, 2跨、3跨与4跨塔盒位置圆圈同理;如图4-5所示。

当1跨塔盒出现故障时, 1跨塔盒位置圆圈显示为红色, 2跨及3跨塔盒位置圆圈显示同理, 如图4-6所示。

3.数据显示:数据显示现场各环境实时数据, 如图4-7所示:

4.按钮操作:点击“自动喷灌启动”按钮, 喷灌机即按设定的行走停止时间自动喷灌;点击“自动喷灌停止”按钮, 喷灌机停止自动喷灌。

点击“定时设置”按钮, 弹出定时设置画面, 如图4-8所示。

在自动喷灌定时设置中, 可以设置定时喷灌时间及方式:

(1) 设定每天定时启动自动喷灌时间及圈数, 每天喷灌机会按设置时间自动启动并喷灌设定圈数 (注:当设定圈数为0时, 表示该时间不启动) ;

(2) 设定喷灌机行走方向 (正向或反向) ;

(3) 设定喷灌机行走时间及停止时间 (注:若行走时间为0, 则喷灌机一直处于停止状态;若停止时间为0, 则喷灌机一直处于行走状态)

系统配置按钮用于弹出系统配置窗体进行系统初始化配置, 该配置在产品出厂时已配置完毕, 用户不需要再行配置。

五、注意事项

触摸屏正常使用的温度范围为-10~60℃, 不能在低温下使用, 故冬季需将液晶屏取下于室内保存。

参考文献

[1]方承运, 王炳勋.电气控制原理与设计[M].宁夏:宁夏人民出版社, 1989.

[2]方承运.工厂电气控制技术[M].北京:机械工业出版社, 2000.

喷灌系统的组成第8篇

关键词：节水灌溉技术,喷灌系统,优点,缺点

引言

我国作为水资源严重缺乏的主要国家之一, 相关地区及部门对提高水资源利用效率的重视力度一直很高。农业作为耗水量最为严重的产业, 推广及发展节水灌溉技术, 对于我国经济、社会及生态的可持续发展具有很重要的作用与意义。基于此, 笔者结合自己的经历与经验, 对农业节水灌溉技术中喷灌系统的组成、分类及优缺点进行了系统的分析。

1 农业节水灌溉技术

近年来, 农业节水灌溉技术得到快速的发展, 各地区与相关部门加大了对相关技术的推广及运用力度。节水灌溉技术其实是一种以农作物的实际需要为依据, 高效合理利用水资源的方式与手段的概称。节水灌溉技术不仅可以促进农业的发展, 产生巨大的经济效益, 而且具有很强的正外部性, 对生态及社会的发展也具有一定的积极作用。总之, 节水灌溉技术的最终目的就是确保在农业生产的过程中以最小的水消耗, 获得最大的经济、社会及生态效益。值得强调的是:节水灌溉技术是一个系统的工程。不仅包括水资源的利用, 还包括水资源的开发、优化、输配、量测、监控等方面的技术。具体来说, 农业节水灌溉技术主要包括渠道防渗技术、低压管道输水灌溉技术、喷灌、微灌技术以及农业节水措施等。

2 喷灌的系统的组成

通过上面的分析可以看出, 喷灌是农业节水灌溉技术中的一种, 而喷灌系统则是对这一技术运用过程中各要素的系统化描述。所以, 喷灌系统一般由以下几个部分组成:水源、动力设备、管网、喷头及田间工程等[1], 具体如下。

水源主要是指河流、渠道、渠道、湖泊、塘库、井泉等。值得强调的是水源的选取必须结合实际的需求, 水源提供的水量、流量、水质必须满足喷灌系统的要求。不然的话, 不仅不能达到灌溉的目的, 而且对于设备的损伤非常严重。

动力设备主要是水泵, 一般情况下, 水源与灌溉区域的高度差不能满足灌溉的要求, 甚至很多时候, 水源的地势要地域灌溉地, 所以必须要借助外力将灌溉水吸提加压, 而水泵就是起到这个作用。其实, 水泵不是真正的动力源, 因为水泵还要通过电动机、柴油机或者汽油机等设备来带动。另外, 拖拉机也可以作为动力机带动水泵。

管网是结合灌溉的需求, 用管件铺设成的供水网络。一般来说管网包括干管和支管2级, 还有一些连接及控制的部分[2]。管网的作用主要是将有压力的灌溉水输送、分配到田间。管网不仅起到输送灌溉水的作用, 而且提高了灌溉的针对性。

喷头是一种喷灌系统中专用的部件, 由竖管支撑与支管连接, 不然的话, 很容易被顺坏。喷头的作用是将灌溉水喷射到空中, 形成细小的水滴。细小的水滴不仅有利于农作物的吸收, 而且有利于灌溉效率及水资源利用效率的提高。

3 喷灌系统的优缺点分析

喷灌系统主要是利用管网将灌溉水输送及分配到田间, 然后通过喷头喷射到空中, 形成雾状水, 然后均匀地洒落在灌溉区域, 以供农作物吸收。由此可以看出, 喷灌系统存在一定的优缺点。

3.1 优点

3.1.1 灌溉均匀, 节约用水

喷灌系统可以有效地提高灌溉水的利用效率, 据相关部门统计喷灌水均匀度可以高达80%~90%, 利用率高达60%~85%[3]。

3.1.2 喷灌系统能够提高农作物的产量

这主要是因为喷灌系统可以根据农作物的实际需要, 进行适宜的灌溉, 使得土壤中的水、热、气比较协调, 这对于农作物的成长具有积极的作用, 而且能够调节田间小气候。

3.1.3 喷灌系统的灵活性比较强

喷灌的过程对于地形及其平整度要求不高。传统的地面灌溉, 土地不平整, 很容易在低洼地积水, 凸出地又达不到灌溉的效果。

3.1.4 喷灌系统的土地占用量及工作量都相对比较小

一般来说, 喷灌技术可提高土地利用率7%~10%[4], 相对地面灌溉来说, 也可以节约大量的劳动力。据相关数据统计, 喷灌相对于地面灌溉大概能节省50%左右的劳动力。

3.2 喷灌系统的缺点

喷灌系统的运用受风的影响较大, 因为喷灌的雾状水滴, 如果风大的话, 很容用被吹散, 这样不仅不能节约灌溉用水, 还有可能造成一定的浪费;喷灌系统是通过管网输水, 而且需要动力设备做支撑。

投资相对来说比较大, 一些欠发达地区很难运用。另外, 如果采用移动式或者半固定式喷灌设备的话, 虽然可以在一定程度上减少投资。但是, 移动的过程比较麻烦, 而且对农作物的损伤比较严重。总的来说, 喷灌系统运用虽然存在一定的弊端, 但利大于弊。值得在农业生产中推广。

4 结语

通过论文的研究可以看出节水灌溉技术在农业生产中具有很重要的作用与地位, 不仅可以带来一定的经济效益, 而且有利于社会及生态的可持续发展。而节水灌溉技术中的喷灌系统不仅能够提高水资源的利用效率, 而且对灌溉地面的要求不是很高, 所以运用范围比较广。

希望论文的研究为相关的工作者及研究人员提供一定的借鉴与参考价值。

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喷灌系统的组成第9篇

在诸多缺水国家之中,我国是水资源严重短缺的国家之一。我国的水资源总量约为2.8万亿m3,居世界第6位;但人均水资源占有量仅为2 200m3,约为世界人均占有量的1/4;耕地平均每公顷水资源占有量仅为12 000 m3,也只有世界平均水平的1/2[1]。而我国传统的灌溉方法是采用大水漫灌,它是使作物分布区域的土壤含水量达到饱和,然后逐步下渗补给下层土壤,确保作物根系对水分的需求,通常称为灌溉土壤。其水分利用率仅20%～30%,使植物根系处于其理想的水、气组合条件的时间仅有40%～50%[2]。灌溉是为了植物生长,节水灌溉是为了提高作物产量和水分利用率,克服灌溉土壤的不足之处。因此,在20世纪90年代,国际上提出了灌溉植物的新概念,其主要内涵如下:一是把灌溉的水分尽可能地被植物利用,二是通过灌溉确保植物根系尽可能地处于最适宜的土壤湿度范围内;三是借助灌溉手段,调节土壤水、肥、气、热等4大要素,使其达到优化组合,并使土壤肥力达到极大值。灌溉植物的方法是以多次少量的灌溉确保植物根系周围95%以上的时间处于最理想的环境中,水分利用率可达70%～80%[2]。灌溉植物概念的提出改变了传统的灌溉思想,是节水灌溉技术发展的重要理论基础。计算机技术、传感器技术及电子技术的发展为计算机控制自动灌溉系统的出现提供了技术保障。真正的计算机控制灌溉源于以色列[3]。以色列是一个极其缺水的国家,从自然条件上讲必须发展节水农业。美国的用水管理水平也很高,一些灌区做到了土壤墒情监测和灌水预报相结合,从渠道取水、渠道(或管道)输水、田间灌水全部实行自动化管理,统一调度、优化配水,减少了输配水损失和渠道弃水,大大提高了水的利用率。加拿大、澳大利亚和韩国等国家和地区也都有开发成功并形成系列的灌溉控制器产品。国内在开发灌溉自动控制系统方面处于研制、试用阶段,能实际投入应用且应用较广的灌溉控制系统还不多见。随着我国农业现代化进程的加快、农业结构的调整以及节能环保意识的增强,人们对农业灌溉自动化技术的要求会越来越高,自动化灌溉控制系统在我国将有巨大的市场。

喷灌是节水灌溉技术中比较普遍采用的一种方式,它是将灌溉水通过由喷灌设备组成的喷灌系统或喷灌机组形成具有一定压力的水,由喷头喷射到空中形成细小的水滴,均匀地喷洒到土壤表面,为植物正常生长提供必要的水分。灌溉水通过各种喷灌设备输送并分配到田间,这一过程是在有控制的状态下工作的,可以根据供水条件和作物需水量进行精确供水。此外,喷灌还能够调节田间小气候,增加空气湿度,降低气温。实践表明,喷灌比地面灌可提高产量15%～25%。目前,将自动控制技术、计算机技术以及无线通信技术与喷灌技术结合起来是发展高效节能农业和园艺的重要手段。该自动喷灌系统按需、按期、按量喷灌,既可节省宝贵的水资源,又可节省人工费用,具有较强的实用性,有助于“建设节约型社会”,具有很好地经济效益和社会效益。

1 系统总体构架

该系统主要由太阳能电源模块、环境信息采集模块、无线数据传输模块和控制模块组成。传感器(土壤水分传感器、空气温湿传感器、光照传感器、雨量传感器)输出信号,部分经信号调理电路及A/D转换等预处理后送单片机AT89C52。单片机判断温度是否低于10℃,如果低于10℃,不开启水泵;否则,继续判断湿度,湿度大于70%不开启水泵;否则,再次判断温度是否高于阈值35℃,如果低于阈值则开启水泵;否则,判断光强是否高于阈值15 000 lx,高于阈值关水泵,低于阈值开水泵。到此,单片机完成1次数据测量与判断。雨量的设定值可根据具体的环境而定,判断到雨量高于设定值时,水泵停止工作。下位机的所有数据可通过无线收发模块PTR2000发送给计算机,便于对整体喷灌系统做出全面的监控。同时,计算机也可通过PTR2000向喷灌系统控制核心CPU发送命令和数据,总体结构如图1所示。

2 太阳能独立光伏发电系统

独立光伏发电系统是指未与公共电网相连接,其输出功率提供给本地负载(交流负载或直流负载)的太阳能光伏发电系统。它主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场所,也可为通信中继站、气象台站和边防哨所等特殊处所提供电源。

本系统采用的独立光伏发电系统结构框图如图2所示[4]。该系统主要由太阳能电池阵列、BOOST变换器、负载、双向BUCK-BOOST变换器、蓄电池以及控制电路组成。

当日照较强、太阳能电池阵列输出功率大于负载功率时,太阳能电池阵列输出的电能经BOOST变换器给负载供电,多余的电能通过双向BUCKBOOST变换器传输给蓄电池将能量储存起来;当日照较弱时,太阳能电池阵列输出功率小于负载功率时,由太阳能电池阵列和蓄电池共同给负载供电,太阳能电池阵列输出的电能经BOOST变换器给负载供电,不足的电能由蓄电池通过双向BUCK-BOOST变换器给负载供电;当无日照、光伏阵列输出功率为零时,由蓄电池单独给负载供电;当有日照、太阳能电池阵列输出功率大于零且负载断开时,太阳能电池阵列输出的电能经BOOST变换器和双向BUCK-BOOST变换器后给蓄电池充电,以将能量储存起来。另外,如果蓄电池放电至低于过放电压或者蓄电池充电至超过过充电压时,双向变换器将被强行控制关断,以保护蓄电池不被损坏,延长蓄电池的使用寿命。

3 环境信息拾取模块

3.1 土壤水分传感器

土壤墒情是最重要和最常用的土壤信息,它是科学地控制调节土壤水分状况、进行节水灌溉、实现科学用水的基础。土壤墒情通常用土壤湿度(土壤含水量/率或土壤水张力/负压)表示,因此土壤墒情的监测是通过监测土壤湿度或土壤负压方法进行的。作物一般在土壤水分占田间持水量的60%～80%时生长最好[1]。快速准确地测定土壤水分对于探明作物生长发育期内土壤水分盈亏,以便适时做出灌溉施肥决策或排水措施等具有重要的意义。本系统选用北京惠泽农科技有限公司提供的SWRZ型土壤水分传感器来采集土壤水分实时变化信息数据。SWRZ采用最新技术设计,测量的是土壤容积含水量,性能已与时域反射仪(TDR)和中子反射仪(NeutronProbe)相当,并具有一定突破。其具有测量精度高、响应速度快、土质影响较小、应用地区广泛、密封性好、可长期埋入土壤中使用且不受腐蚀等优点。

3.2 温湿度传感器

系统选用温湿度一体数字式传感器SHT11。该传感器将温湿度敏感元件、信号放大器、A/D转换器、标准数据存储器和I2C总线等外围电路集成在了一个芯片上,不需外围电路,直接输出经过标定了的相对湿度和温度的数字信号。信号强度增加,抗干扰性增强,且长期稳定性也得到了保证,有效地克服了传统温湿度传感器的不足。另外,它还可以精确地测定露点,不会因为温湿度之间的温度差而引入误差[5]。

3.3 光照传感器

系统采用硅光电池2DU6作为光照传感器。该传感器的短路电流信号对此进行放大到0～5V供A/D模块转换之用。硅光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件,可把太阳能直接变电能,因此又称为太阳能电池。它是基于光生伏特效应制成的,是发电式有源元件。它具有较大面积的PN结,当光照射在PN结上时,在结的两端出现电动势。

3.4 雨量传感器

翻斗式雨量传感器用于检测是否有下雨以及下雨量,进而对喷灌系统是否工作作出判断。它由承水口、过滤网、上筒、联接螺钉、磁钢、干式舌簧管、下筒、翻斗、限位螺钉、锁紧螺母、底座、水准泡和调平螺钉等主要部分所组成。承水口收集的雨水经过上筒(漏斗)过滤网注入计量翻斗翻斗是用工程塑料注射成型的用中间隔板分成两个等容积的三角斗室。它是一个机械双稳态结构,当一个斗室接水时,另一个斗室处于等待状态。当所接雨水的容积达到预定值(3.14,6.28ml)时,其中一个斗室由于重力作用使自己翻倒,处于等待状态,另一个斗室处于接水工作状态。当其接水量达到预定值时,又自己翻倒,处于等待状态。在翻斗侧壁上装有磁钢,它随翻斗翻动时从干式舌簧管旁扫描,使干式舌簧管通断。即翻斗每翻倒一次,干式舌簧管便接通一次送出一个开关信号(脉冲信号)。这样翻斗翻动次数用磁钢扫描干式舌簧管通断送出脉冲信号计数,每记录一个脉冲信号,便代表0.1,0.2mm降水,实现降水遥测的目的。

4 无线传输模块

本系统采用的新型无线收发模块PTR2000是一种超小型、超低功耗、高速率的无线数据传输模块。它采用串口传输和FSK调制,而且接收发射功能合一,因而抗干扰能力很强。它采用低发射功率、高灵敏度设计,是目前低功率无线数据传输的理想选择。

PTR2000的工作模式是由其内部寄存器的设置决定的。CS为频道选择端,CS=0时,选择工作频道433.92MHz;CS=1时,选择工作频道434.33 MHz。TXEN为收发选择端,为0时接收,为1时发送。通信速率最高为19.20kbit/s,但是也可以工作在4800bps和9600bps下。在本系统应用中,进行通信的数据量并不大,且通信距离要求并不远,所以采用了4800bps的时速。这主要是由于在低速的情况下,通信质量比较高,整个系统的稳定性也随之得以增强。

PTR2000的CS,DO,DI,PWR,TXEN直接接AT89C52的串口或I/O口。连接时,PTR2000无线模块的DI端应接AT89C52串口的发送端TXD,DO端应接AT89C52串口的接收端RXD。

在发送数据之前,一般应将模块置于发射模式,即置TXEN为1,然后再等待至少5ms(接收到发射的转换时间需要)才可以发送任意长度的数据。发送结束后,应将模块置于接收状态,即置TXEN为0。发射到接收的转换时间仍为5ms,接收到的数据可直接送到AT89C52串口。无线收发电路如图3所示。

5 结论

节水灌溉技术对农业生产的发展起着至关重要的作用。随着中国农村经济的发展和国家对农业投入的增加,节水灌溉技术日益受到人们的重视。而喷灌系统在节约成本、降低能耗、科学种植等方面的明显优势使得其必定被广泛应用,势必有着广阔的前景。节水灌溉技术应用于农业生产中对推动我国农业现代化和设施化进程、实现工厂化农业、提高农业的高技术水平都将起到积极的作用。

本系统将太阳能技术、自动控制技术和节水灌溉技术结合起来,同时采用无线信道进行数据传输和控制,不仅减少线路敷设,降低成本,而且节能环保,可以不考虑控制区域的地形,具有很大的灵活性。总之,在自动化灌溉系统中采用太阳能技术及无线数据传输技术具有非常广阔的应用前景。

摘要：在我国水资源严重短缺、节水灌溉技术日益受到人们重视的大背景下,将太阳能技术与无线传输技术应用到农田自动喷灌系统中,可以根据供水条件、气候条件及作物需水量进行精确供水,从而实现了计算机自动控制以及按需、按期、按量喷灌,具有环保节能、减少线路敷设成本、节水和省力等特点,实用性和灵活性很强。

关键词：无线传输,太阳能,喷灌,节水

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喷灌系统的组成第10篇

节水农业对于保障我国粮食安全、转变农业发展方式具有重要意义。喷灌作为节水农业的主要形式，在国外的发展已日趋成熟；卷盘喷灌机是大中型喷灌设备的一种，现已成为欧洲较为流行的节水灌溉机械[1]。在我国，卷盘式喷灌机发展前景广阔[2,3]，但是目前还不能满足市场的需求；另外，发展高效、低能耗排灌机械是我国排灌机械的发展趋势，但国内现有的卷盘喷灌机效率低下，亟须改进[4,5,6]。

水涡轮作为卷盘喷灌机的核心部件，其水力效率直接影响卷盘喷灌机的效率。为了提高水涡轮的效率，对水涡轮内部结构进行优化设计，需要对水涡轮进行性能测试。

传统的实验测量方法是通过读取机械式仪表的读数完成的。由于管路中存在的压力脉动使得机械式仪表指针产生震颤，影响读数的准确性，且读取多个测量数据时间长，数据不同步；在改变流量及控制水涡轮转速时，通过人工调节阀门和制动扭矩很难达到理想的效果，这些因素都会影响实验效率和数据可靠性。

近年来，虚拟仪器技术在性能试验方面的应用越来越广泛[7]，但是对于水力性能测试而言，构建虚拟仪器的测试系统成本高，系统复杂，而且往往因为没有进行校准而存在较大的测量误差[8,9]。

为了有效地采集实验数据，提高实验效率，设计并研制了一套水涡轮性能测试系统，对水涡轮的进出口压力、流量、输出轴转速和扭矩进行同步采集，并通过调节磁粉制动器输出扭矩改变水涡轮转速，进行了水涡轮性能试验。

1 系统设计

图1为水涡轮性能测试装置，其对应的系统示意图如图2。水涡轮的水力功率由水泵来提供。在水涡轮的入水口和出水口都安装有压力传感器，在出水口安装有电磁流量计，在水涡轮输出轴与制动器之间安装有转矩转速测量仪，用于测量水涡轮输出轴功率。水涡轮的水力性能主要体现在压力水头、输出轴功率以及效率与流量的关系上。实验中，通过调节阀门开度调节流量，通过控制制动器输出扭矩调节水涡轮转速，以此测量不同流量下的水力参数和输出轴参数，得到了在不同转速时的水头-流量、功率-流量和效率-流量曲线。

1、11-水池；2-三相电机；3-水泵；4-进水管；5-出水管；6、8-压力传感器；7-水涡轮；9-流量计；10-阀门；12、13-联轴器

2 测控系统软硬件开发

2.1 测控系统硬件组成

测控系统完成对水力参数、输出轴参数的测量，并能通过检测独立按键输入实现对制动器输出扭矩的调节。此外，测控系统还能实现水力参数和轴参数的实时显示，其中，水力参数包括水涡轮进出口压力和流量，为水涡轮提供水力功率；轴参数包括转速和扭矩，体现为水涡轮的输出功率。测控系统的硬件组成如图3所示，包括水力参数测量模块、输出轴参数测量模块、制动器控制模块、CPU模块、电源模块和液晶显示。

CPU模块采用TI公司的混合信号处理器MSP430F169，具有同时对模拟信号和数字信号的处理能力且具有DA输出功能，能对模拟量输入设备进行控制，此外，该CPU还具有丰富的IO资源，具有足够的键盘和液晶显示接口。CPU模块通过I2C总线与ADS1115通信，实现水力参数的测量；通过捕获脉冲信号检测转矩和转速；通过扫描独立按键判断输入情况，从而改变DA输出，调节制动扭矩，此外，CPU模块将水力参数和轴参数显示在液晶上。

电源模块从220V市电接入，经变压器降压、整流后经三端稳压产生系统所需的电压，图3中仅画出了电源模块部分连接情况，实际上，电源模块为其他各个模块进行供电。

液晶显示模块采用12864液晶显示器，能同时显示水力参数和轴参数，为试验的控制和测量提供了便利。

2.2 水力参数测量模块

水力参数包括入口压力、出口压力和流量，使用压力传感器和电磁流量计进行测量，其输出信号均为4～20mA电流信号。水力参数测量模块首先将4～20mA电流信号转换成1～5V的电压信号。由于单片机的片内模数转换器（A/D）会产生漂移，设计中采用了外部A/D采样芯片ADS1115。ADS1115是一款具有内部基准的超小型、低功耗、16位模数转换器，可编程数据速率达860SPS，且内部电压基准漂移小，具有内部可编程增益放大器（PGA），通过I2 C总线与单片机通信，可以实现4个单通道的模拟量采集，满足系统中水力参数测量的要求。

水力参数测量模块中采用0.1%精度的250Ω电阻完成流压（I/V）转换。在实际系统中，为了消除电源侧的工频干扰和测试装置中压力脉动，使得信号更加稳定，在每个I/V转换电阻上还并联了470μF的电解电容，由于测量的是静态的压力和流量，并联的电解电容不会影响测量值。

软件部分主要完成与ADS1115的通信，对外部参数的采集和显示。由于实际压力和流量信号存在脉动，对水力参数进行了64次采样取平均值。程序流程图如图4所示。

为了得到精确的电压采样值，要对采样值进行校正。设计中使用4位半数字万用表进行校正，校正后的电压采样精度能达0.1%。

2.3 轴参数测量模块

输出轴参数包括转速、转矩和轴功率。该测量模块中测量了输出轴的转速和转矩，然后由式（1）计算输出轴功率。

式中：n为转速，r/min;T为转矩，N·m;P为输出轴功率，W。

对转矩和转速信号测量是通过JN338型智能数字式转矩转速测量仪（以下简称转矩转速测量仪）完成的[10]。由于其输出为频率信号，设计中通过光电耦合将其转换为TTL电平，再使用单片机捕捉频率信号并将其转换为转矩和转速值，最后在液晶屏上显示出来。

转矩转速测量仪所能测量的最大转矩为20N·m，最大转速为6 000r/min，齿数Z=60，转矩准确度为0.5%，转速不确定度为60脉冲/r。由于转矩转速信号均为频率信号输出，其与实际值的关系分别表示为式（2）和式（3）。

式中：n为转速，r/min;fn为转速信号频率，Hz;Z为齿数。

式中：Tm为最大转矩，即20N·m;f为转矩信号频率，Hz;f0为对应转矩为零时的输出频率，Hz;fm为对应最大转矩时的输出频率，Hz，各参数的关系示意如图5所示。

由于正向转矩与负向转矩关于f0点对称，因此式（3）计算结果为负时表示负转矩。

为了使转矩转速测量仪的输出信号符合单片机的输入要求，防止损坏单片机，在信号输出与单片机输入端加入了光电隔离电路，如图6所示。采用光耦器件为PC817。

单片机捕获转矩转速的频率信号，经式（2）和式（3）处理后显示在液晶屏上。模块程序流程框图如图7所示。

为了保证硬件和程序的可靠性，设计中使用万用表产生1～4 800Hz的方波输入给测量模块，模块液晶显示值与万用表产生的频率完全一致。由于系统主频为1MHz，检测信号频率低于15kHz，因此，该系统能够精确地测量出信号频率。

2.4 制动控制模块

制动器采用BOSENSE公司的POB-012型磁粉制动器，其额定制动扭矩为12N·m，控制电流为0～0.94A。功率驱动采用PSU.01型控制器，其输出电流范围为0～1A，输入控制电压为0～10V。由于磁粉制动器的输出扭矩与励磁电流呈非线性关系，采用电位器控制调节时间长，精度难以控制，因此设计了按键控制的模拟电压输出控制模块，通过粗调加微调的方式调节控制电压，达到精确控制制动扭矩的作用。

4个独立按键分别表示粗调加1、微调加1、粗调减1和微调减1。单片机通过扫描4个独立按键获取命令，调节DA输出值，经过运算放大器LM358调理后提供给功率驱动器，来驱动磁粉制动器，实现调节磁粉制动器输出扭矩的作用。单片机DA输出的电压范围为0～2.5V，经放大后的电压范围为0～10V。

制动控制模块的程序流程图如图8所示。

3 实测数据结果

采用上述试验装置及测控系统，测试了不同转速下各参数随流量的变化情况。测试对象为JP50型卷盘式喷灌机用水涡轮，转速范围为300～900r/min。计算中，轴功率计算如式（1），扬程、水力功率和效率的计算式分别为式（4）、（5）和（6）。

将不同转速点的压力水头～流量、轴功率～流量和效率～流量曲线绘制于图9。

由测试结果可知，在测试流量范围内，被测试水涡轮的压力水头与流量的关系不随转速的变化而变化，即调节制动器扭矩改变转速对水力参数的影响较小，因此，相同流量点下，轴功率越高，水涡轮的转换效率越高。从效率-流量曲线还可以看出，各转速下的最高效率点随着转速的降低呈下降趋势，且朝小流量方向移动。被测试水涡轮的最高效率为16.7%，有进一步提高的空间。

4 误差分析

在测试过程中，由于水流的不稳定引起测量值波动，从而使认为的读数产生误差。实验中，通过多次读数取平均的方法尽量避免随机误差和读数误差。但由于测量系统本身存在的测量误差无法避免，现对系统误差进行估计。

水力参数测量模块的系统误差主要来源于传感器的测量误差、I/V转换误差和电压采样误差。设计中所使用的压力传感器精度为0.25%，电磁流量计的精度为0.3%。由于I/V转换所使用的电阻精度为0.1%，因此I/V转换精度为0.1%。使用ADS1115采样校准后的电压采样精度为0.1%。压力和流量的测量误差公式如下：

式中：Ep1、Ep2为水涡轮入口、出口压力测量误差；EQ为流量误差；EH为压力水头误差。

代入数值计算后，压力水头测量精度为0.58%，流量测量精度为0.33%。

输出轴参数测量模块的系统误差为转矩和转速的测量误差。由于MCU模块采用的系统时钟精度为0.002%，而转速测量所需的时钟精度为0.1%，转矩测量所需的时钟精度为0.007%，且转矩转速测量不存在累计误差，因此，转矩转速的测量误差即为JN338型转矩转速测量仪的精度。转速测量精度为0.02%，转矩测量精度为0.5%。

5 结论

(1）构建了卷盘式喷灌机水涡轮性能测试系统，以MSP430单片机为核心，开发了水涡轮测控系统的软硬件，可实现对性能参数的同步采集；对JP50型卷盘式喷灌机用水涡轮进行了水力性能测试，测试结果表明，该水涡轮在测试流量范围内，最高效率为16.7%，具有较大的提高空间。

(2）对测量参数进行了系统误差分析，得出压力水头和流量测量精度分别为0.58%和0.33%，转速和转矩测量精度分别为0.02%和0.5%。

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