CN106681379A - 一种用于低镉积累栽培的农田水位智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水位智能控制系统，可用于低镉积累栽培的农田的水位控制；在单水位控制情况下，在需要进行水位控制时，可以向单水位控制模块中的水位控制节点发指令，使得相应IO端口输出低电平，从而使得第五光耦继电器、第六光耦继电器置位，继而使得浮筒控制模块能够得电，从而根据浮筒行程，实现水位的自动控制；在多水位控制情况下，在多水位控制模块中，可以将多个浮筒控制模块接至水位控制节点不同的IO端口，各个浮筒控制模块所携带的浮筒行程不同，水位控制节点在某个时间段只向1个IO端口输出低电平，其余均输出高电平，从而使得这段时间内只有某个智能模块工作，水位由该智能模块浮筒开关的行程决定，进而实现多水位的自动控制。

Description

一种用于低镉积累栽培的农田水位智能控制系统

技术领域

本发明涉及水位控制技术领域，更具体地，涉及一种用于低镉积累栽培的农田水位智能控制系统。

背景技术

镉及其它重金属污染，严重危害我国农业生产，以及农产品安全。为了降低农作物的镉积累，科研人员采取了多种措施，包括筛选低镉积累品种，改进栽培措施等方面。其中，浸水栽培是一种能够有效降低农产品中镉及其它重金属积累的农艺措施。基于此，本发明提出了一种田间水位自动控制的系统，使得田间水位能自动保持在预设值附近。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种用于低镉积累栽培的农田水位智能控制系统，通过引入无线传感网络的终端节点，通过IO端口输入电平控制继电器导通，进而根据浮筒行程实现水位的自动控制。

根据本发明的一个方面，提供一种用于低镉积累栽培的农田水位智能控制系统，包括水位控制节点，所述水位控制节点连接有浮筒控制模块，所述浮筒控制模块连接有入水闸；所述浮筒控制模块用于对入水闸进行控制，当水位过低时，控制入水闸打开进行注水，并在水位达到设定阈值时控制入水闸关闭。

作为优选的，所述浮筒控制模块包括第一光耦继电器、第二光耦继电器、第三光耦继电器、第四光耦继电器、第五光耦继电器、第六光耦继电器，浮筒开关；所述入水闸包括第一直流卷扬机；

所述第一光耦继电器、第三光耦继电器的常闭触点分别连接所述第一直流卷扬机，用于控制卷扬机正转，所述第二光耦继电器、第四光耦继电器的常开触点分别连接所述第一直流卷扬机，用于控制所述卷扬机反转；所述第一直流卷扬机连接所述入水闸，所述第一直流卷扬机正转时拉起入水闸，所述第一直流卷扬机反转时关闭所述入水闸；

所述浮筒开关在水位过低的状态下断开，在水位到达设定阈值时导通，并输出低电平信号；

所述浮筒开关带有一定裕量，防止水位在临界值时，电路震颤；

所述第一光耦继电器、第二光耦继电器、第三光耦继电器、第四光耦继电器分别连接所述浮筒开关，并在第一、第二、第三、第四光耦继电器的In端加电容，防止电路震颤；所述第一光耦继电器、第二光耦继电器、第三光耦继电器、第四光耦继电器均为低电平触发，其中第一、第三继电器触点常闭，第二、第四继电器触点常开。

作为优选的，所述入水闸还包括第一行程限位开关和第二行程限位开关；

所述第一行程限位开关设于入水闸的导轨顶部，所述第二行程限位开关设于入水闸的导轨底部；所述第一行程限位开关分别连接所述第三光耦继电器的常闭触点和地(以下简称GND)，所述第二行程限位开关分别连接所述第四光耦继电器的常开触点和正电源(以下简称+12V)；

所述入水闸打开并沿导轨到达顶部时压下第一行程限位开关，所述第一行程限位开关断开，卷扬机失电停止正转，水闸停止上升，此时所述第二行程限位开关为闭合状态；所述入水闸关闭并沿导轨到达底部时，压下第二行程限位开关，所述第二行程限位开关断开，卷扬机失电停止反转，水闸停止下降，此时所述第一行程限位开关为闭合状态。

作为优选的，还包括水位控制节点，所述水位控制节点还包括IO输出端口、IO输入端口；所述IO输出端口与浮筒控制模块中的第五光耦继电器、第六光耦继电器连接；所述第五光耦继电器、第六光耦继电器均为低电压触发，常开触点；

所述IO输入端口包括IO输入端口1和IO输入端口2；所述IO输入端口1与第六光耦继电器常开触点的输出侧连接，所述IO输入端口2与第三光耦继电器常闭触点的输出侧连接；

当所述水位控制节点指定IO端口输出低电平时，所述浮筒控制模块第五、第六继电器置位，使得所述浮筒控制模块接入电路，第一、第二、第三、第四继电器与电源连通，此时水闸开启、关闭根据田间水位自行动作；

当田间水位未达预定水位时，浮筒开关断开，此时第一、第二、第三、第四光耦继电器均为复位状态，而第一、第三光耦继电器常闭触点保持导通状态，第二、第四光耦继电器常开触点保持断开状态，电流由+12V经第五、第一光耦继电器，直流卷扬机，第三光耦继电器，第一行程限位开关，GND流动，卷扬机正转，水闸开启，使得水位增加；

当水闸运行至顶部时，压下第一行程开关，使得卷扬机失电，此时第二行程开关处于导通状态，但由于浮筒开关未到位，第二、第四光耦继电器仍处于复位状态，常开触点保持断开状态，因而闸门保持打开状态，且水位控制节点IO输入端口1得高电平，值1，IO输入端口2得低电平，值0；

当田间水位达到预定水位时，浮筒开关导通，此时第一、第二、第三、第四光耦继电器的In端与GND连接，使得上述光耦继电器均处于置位状态，第一、第三光耦继电器常闭触点保持断开状态，第二、第四光耦继电器常开触点保持导通状态，电流由+12V经第四继电器，直流卷扬机，第二、第六光耦继电器，第二行程限位开关，GND流动，卷扬机反转，水闸关闭，使得水位保持；

当水闸运行至底部时，压下第二行程开关，使得卷扬机失电，此时第一行程开关处于导通状态，但由于浮筒开关已到位，第一、第三光耦继电器仍处于置位状态，常闭触点保持断开状态，因而闸门保持关闭状态，且水位控制节点IO输入端口1得低电平，值0，IO输入端口2得高电平，值1；

当水闸未运行到位，水位控制节点IO输入端口1、2均为得低电平，值0；IO输入端口1、2的值，可供查询，以判明水闸状态；

待田间水位因蒸发等原因回落到设定最低水位阈值时，浮筒开关再次断开，浮筒控制模块使得水闸再次打开，周而复始。

作为优选的，还包括排水控制模块，所述排水控制节点包括IO输出端口、所述排水控制模块包括排水控制节点，第七光耦继电器、第八光耦继电器、第九光耦继电器、第十光耦继电器、排水闸、第二直流卷扬机、第三行程限位开关和第四行程限位开关；

所述第七光耦继电器、第八光耦继电器、第九光耦继电器、第十光耦继电器连接所述IO输出端口；

所述第七光耦继电器的常闭触点和第八光耦继电器的常开触点连接所述第二直流卷扬机的一侧；所述第九光耦继电器的常闭触点、第十光耦继电器的常开触点分别连接所述直流卷扬机的另一侧；

所述第九光耦继电器的常闭触点和GND分别连接所述第三行程限位开关；所述第十光耦继电器的常开触点和+12V分别连接所述第四行程限位开关；

所述IO输出端口输入高电平时，第七光耦继电器、第九光耦继电器导通，第二直流卷扬机正转，排水闸打开排水，排水闸上升到顶部，压下第三行程限位开关，排水闸停止上升；需结束排水时，所述IO输出端口发出低电平，第八光耦继电器、第十光耦继电器导通，第二直流卷扬机反转，放下排水闸，排水闸下降到底部时，第四行程限位开关被压下断开，排水闸停止下降。

作为优选的，所述水位控制节点、排水控制节点均为无线传感网(以下简称WSN)节点，用于接收远程控制指令，并依指令输出高低电平；

所述水位控制节点，接收客户端发送的指令，所述客户端包括普通用户和手机用户，所述客户端通过访问WEB服务器，提交表单，向水位控制节点下达指令；

所述WEB服务器接收所述客户端通过表单下达的指令，然后通过串口将指令以字符串的形式写入第一移动数传模块，所述第一移动数传模块将指令以短信形式发送到第二数传模块，第二数传模块接收到指令短信后，会通过串口将指令短信传给网关节点，网关节点为WSN节点；

网关节点通过串口回调函数接受到指令后，即根据指令中预设的目标，经路由节点中继，将指令依通信簇发送给目标控制节点，控制节点接收指令后执行指令要求的动作，路由节点为WSN节点；

若为启动水位控制指令，所述目标水位控制节点将接收到指令，输出低电平，让浮筒模块得电，水闸依浮筒的指示打开或关闭，使得田间水位始终维持在一个预设的范围；

若为排空田间水位指令，所述排水控制节点将接收指令，并输出高电平，让水闸正转，开启排水闸门，经验时间后，输出低电平，让水闸反转，关闭排水闸。

作为优选的，包括多水位智能控制模块，在所述多水位控制模块中，可以将多个浮筒控制模块接至水位控制节点不同的IO输出端口、IO输入端口，各浮筒控制模块所携带的浮筒行程不同，所述水位控制节点同一时刻只向某一个IO输出端口输出低电平，并向其余输出端口输出高电平，使得同一时刻下，只有一个浮筒控制模块在工作，即田间水位只在某一预设水位附近自动调节，而IO输入端口也只采集这个浮筒控制模块的工作状态。

所述多水位智能控制模块，可连接多个浮筒控制模块，每个浮筒控制模块均包含第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八继电器，一个预设行程的浮筒，各浮筒控制模块的第五继电器常开触点的输入侧、第八继电器的常开触点输入侧均连接至+12V，第六继电器常开触点的输出侧均连接至第二行程限位开关的输入侧，第七继电器常开触点的输出侧均连接至第一行程限位开关的输入侧，第六继电器常开触点的输出侧连接水位控制节点IO输入端口2，第七继电器常开触点的输出侧连接水位控制节点IO输入端口1，第三继电器常闭触点的输入侧、第四继电器常开触点的输出侧均连接至直流卷扬机的负端，第一继电器常闭触点的输出侧、第二继电器常开触点的输入侧均连接至直流卷扬机的正端，第一行程限位开关的输出侧、第二行程限位开关的输出侧均连接至GND；

所述各浮筒控制模块的第一、第二、第三、第四继电器的In端接收浮筒开关的信号，受浮筒控制，第五、第六、第七、第八继电器受水位控制节点的IO输出端口控制，以决定浮筒控制模块是否接入电路；

某一时段内，水位控制节点只向一个IO端口输出低电平，而向其它IO端口输出高电平，使得任一时段，只有一个浮筒控制模块接入电路，其它浮筒控制模块均与电路断开，田间水位只受接入电路的浮筒控制模块中的浮筒行程所控制；

当预设的浮筒控制模块接入电路时，当田间水位未达预定水位时，浮筒开关断开，此时第一、第二、第三、第四继电器均为复位状态，而第一、第三继电器常闭触点保持导通状态，第二、第四继电器常开触点保持断开状态，电流由+12V经第五、第一继电器，直流卷扬机，第三、第七继电器，第一行程限位开关，GND流动，卷扬机正转，水闸开启，使得田间水位上升；

当水闸运行至顶部时，压下第一行程开关，使得卷扬机失电，此时第二行程开关处于导通状态，但由于浮筒开关未到位，第二、第四继电器仍处于复位状态，常开触点保持断开状态，因而闸门保持打开状态，且水位控制节点IO输入端口1得高电平，值1，IO输入端口2得低电平，值0；

当田间水位达到预定水位时，浮筒开关导通，此时第一、第二、第三、第四继电器的In端与GND连接，使得上述继电器均处于置位状态，第一、第三继电器常闭触点保持断开状态，第二、第四继电器常开触点保持导通状态，电流由+12V经第八、第四继电器，直流卷扬机，第二继电器、第六继电器、第二行程限位开关、GND流动，卷扬机反转，水闸关闭，使得田间水位保持，而随时间推延自然回落；

当水闸运行至底部时，压下第二行程开关，使得卷扬机失电，此时第一行程开关处于导通状态，但由于浮筒开关已到位，第一、第三继电器仍处于置位状态，常闭触点保持断开状态，因而闸门保持关闭状态，且水位控制节点IO输入端口1得低电平，值0，IO输入端口2得高电平，值1；

当水闸未运行到位，水位控制节点IO输入端口1、2均为得低电平，值0；IO输入端口1、2的值，可供查询，以判明水闸状态；

待田间水位因蒸发等原因回落到一定程度时，浮筒开关再次断开，浮筒控制模块使得水闸再次打开，周而复始。

在不同时段，所述多水位智能控制模块中的水位控制节点，可向不同的预设IO端口输出低电平，向其它IO端口输出高电平，使得田间水位，在不同时段受不同行程的浮筒所控制，且仅受该浮筒所控制，不同时段需其它水位时，以此类推。

附图说明

图1为根据本发明实施例1中的单水位智能控制模块结构示意图；

图2为根据本发明实施例1的水闸正视示意图；

图3为根据本发明实施例1的水闸侧视示意图；

图4为根据本发明实施例1的水闸俯视示意图；

图5为根据本发明实施例1的排水控制模块示意图；

图6为根据本发明实施例2的多水位智能控制模块示意图；

图7为根据本发明实施例3中应用于农业水位系统拓扑示意图；

图8为根据本发明实施例3的应用与农业水位控制时序示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例中示出了一种用于低镉积累栽培的农田水位智能控制系统，包括单水位控制模块，所述单水位控制模块包含水位控制节点，所述水位控制节点连接有浮筒控制模块，所述浮筒控制模块连接有入水闸；所述浮筒控制模块用于对入水闸进行控制；当水位过低时，控制入水闸打开进行注水，并在水位达到设定阈值时控制入水闸关闭。

实施例1

图1为本实施例的单水位智能控制模块的结构示意图，采用浮筒控制模块控制水闸的开闭，从而对水位进行自动控制。作为优选的，所述浮筒控制模块包括第一光耦继电器、第二光耦继电器、第三光耦继电器、第四光耦继电器、第五光耦继电器、第六光耦继电器，浮筒开关；所述水闸包括第一直流卷扬机，如图2、图3和图4所示，所述卷扬机1安装于外框4之上，外框4通过导轨3进行固定安装限位，所述导轨3上还安装有2个行程限位开关，用于控制水闸的开闭行程，所述卷扬机1通过绞索连接所述入水闸2。

所述第一光耦继电器、第三光耦继电器的常闭触点分别连接所述第一直流卷扬机，用于控制卷扬机正转，所述第二光耦继电器、第四光耦继电器的常开触点分别连接所述第一直流卷扬机，用于控制所述卷扬机反转；所述第一直流卷扬机连接所述入水闸，所述第一直流卷扬机正转时拉起入水闸，所述第一直流卷扬机反转时关闭所述入水闸；

所述浮筒开关在水位过低的状态下断开，在水位到达设定阈值时导通，并输出低电平信号；

所述浮筒开关带有一定裕量，防止水位在临界值时，电路震颤；

所述第一光耦继电器、第二光耦继电器、第三光耦继电器、第四光耦继电器分别连接所述浮筒开关，并在第一、第二、第三、第四光耦继电器的In端加电容，防止电路震颤；所述第一光耦继电器、第二光耦继电器、第三光耦继电器、第四光耦继电器均为低电平触发，其中第一、第三继电器触点常闭，第二、第四继电器触点常开。

作为优选的，所述入水闸还包括第一行程限位开关和第二行程限位开关；

所述第一行程限位开关设于入水闸的导轨顶部，所述第二行程限位开关设于入水闸的导轨底部；所述第一行程限位开关分别连接所述第三光耦继电器的常闭触点和地(以下简称GND)，所述第二行程限位开关分别连接所述第四光耦继电器的常开触点和正电源(以下简称+12V)；

所述入水闸打开并沿导轨到达顶部时压下第一行程限位开关，所述第一行程限位开关断开，卷扬机失电停止正转，水闸停止上升，此时所述第二行程限位开关为闭合状态；所述入水闸关闭并沿导轨到达底部时，压下第二行程限位开关，所述第二行程限位开关断开，卷扬机失电停止反转，水闸停止下降，此时所述第一行程限位开关为闭合状态。

作为优选的，还包括水位控制节点，

所述水位控制节点还包括IO输出端口、IO输入端口；所述IO输出端口与浮筒控制模块中的第五光耦继电器、第六光耦继电器连接；所述第五光耦继电器、第六光耦继电器均为低电压触发，常开触点；

所述IO输入端口包括IO输入端口1和IO输入端口2；所述IO输入端口1与第六光耦继电器常开触点的输出侧连接，所述IO输入端口2与第三光耦继电器常闭触点的输出侧连接；

当所述水位控制节点指定IO端口输出低电平时，所述浮筒控制模块第五、第六继电器置位，使得所述浮筒控制模块接入电路，第一、第二、第三、第四继电器与电源连通，此时水闸开启、关闭根据田间水位自行动作；

当田间水位未达预定水位时，浮筒开关断开，此时第一、第二、第三、第四光耦继电器均为复位状态，而第一、第三光耦继电器常闭触点保持导通状态，第二、第四光耦继电器常开触点保持断开状态，电流由+12V经第五、第一光耦继电器，直流卷扬机，第三光耦继电器，第一行程限位开关，GND流动，卷扬机正转，水闸开启，使得水位增加；

当水闸运行至顶部时，压下第一行程开关，使得卷扬机失电，此时第二行程开关处于导通状态，但由于浮筒开关未到位，第二、第四光耦继电器仍处于复位状态，常开触点保持断开状态，因而闸门保持打开状态，且水位控制节点IO输入端口1得高电平，值1，IO输入端口2得低电平，值0；

当田间水位达到预定水位时，浮筒开关导通，此时第一、第二、第三、第四光耦继电器的In端与GND连接，使得上述光耦继电器均处于置位状态，第一、第三光耦继电器常闭触点保持断开状态，第二、第四光耦继电器常开触点保持导通状态，电流由+12V经第四继电器，直流卷扬机，第二、第六光耦继电器，第二行程限位开关，GND流动，卷扬机反转，水闸关闭，使得水位保持；

当水闸运行至底部时，压下第二行程开关，使得卷扬机失电，此时第一行程开关处于导通状态，但由于浮筒开关已到位，第一、第三光耦继电器仍处于置位状态，常闭触点保持断开状态，因而闸门保持关闭状态，且水位控制节点IO输入端口1得低电平，值0，IO输入端口2得高电平，值1；

当水闸未运行到位，水位控制节点IO输入端口1、2均为得低电平，值0；IO输入端口1、2的值，可供查询，以判明水闸状态；

待田间水位因蒸发等原因回落到设定最低水位阈值时，浮筒开关再次断开，浮筒控制模块使得水闸再次打开，周而复始。

图4位本发明实施例中排水控制模块示意图；所述排水控制模块包括排水控制节点，所述排水控制节点包括IO输出端口、第七光耦继电器、第八光耦继电器、第九光耦继电器、第十光耦继电器、排水闸、第二直流卷扬机、第三行程限位开关和第四行程限位开关；

所述第七光耦继电器、第八光耦继电器、第九光耦继电器、第十光耦继电器连接所述IO输出端口；

所述第七光耦继电器的常闭触点和第八光耦继电器的常开触点连接所述第二直流卷扬机的一侧；所述第九光耦继电器的常闭触点、第十光耦继电器的常开触点分别连接所述直流卷扬机的另一侧；

所述第九光耦继电器的常闭触点和GND分别连接所述第三行程限位开关；所述第十光耦继电器的常开触点和+12V分别连接所述第四行程限位开关；

所述IO输出端口输入高电平时，第七光耦继电器、第九光耦继电器导通，第二直流卷扬机正转，排水闸打开排水，排水闸上升到顶部，压下第三行程限位开关，排水闸停止上升；需结束排水时，所述IO输出端口发出低电平，第八光耦继电器、第十光耦继电器导通，第二直流卷扬机反转，放下排水闸，排水闸下降到底部时，第四行程限位开关被压下断开，排水闸停止下降。所述排水控制模块和水闸设备的连接与所述单水位控制模块相同，因此不再赘述。

作为优选的，所述水位控制节点、排水控制节点均为无线传感网(以下简称WSN)节点，用于接收远程控制指令，并依指令输出高低电平；

所述水位控制节点，接收客户端发送的指令，所述客户端包括普通用户和手机用户，所述客户端通过访问WEB服务器，提交表单，向水位控制节点下达指令；

所述WEB服务器接收所述客户端通过表单下达的指令，然后通过串口将指令以字符串的形式写入第一移动数传模块，所述第一移动数传模块将指令以短信形式发送到第二数传模块，第二数传模块接收到指令短信后，会通过串口将指令短信传给网关节点，网关节点为WSN节点；

网关节点通过串口回调函数接受到指令后，即根据指令中预设的目标，经路由节点中继，将指令依通信簇发送给目标控制节点，控制节点接收指令后执行指令要求的动作，路由节点为WSN节点；

若为启动水位控制指令，所述目标水位控制节点将接收到指令，输出低电平，让浮筒模块得电，水闸依浮筒的指示打开或关闭，使得田间水位始终维持在一个预设的范围；

若为排空田间水位指令，所述排水控制节点将接收指令，并输出高电平，让水闸正转，开启排水闸门，经验时间后，输出低电平，让水闸反转，关闭排水闸。

实施例2

本发明示出了一种用于低镉积累栽培的农田水位智能控制系统，如图6所示，包括多水位智能控制模块，在所述多水位控制模块中，可以将多个浮筒控制模块接至水位控制节点不同的IO输出端口、IO输入端口，各浮筒控制模块所携带的浮筒行程不同，所述水位控制节点同一时刻只向某一个IO输出端口输出低电平，并向其余输出端口输出高电平，使得同一时刻下，只有一个浮筒控制模块在工作，即田间水位只在某一预设水位附近自动调节，而IO输入端口也只采集这个浮筒控制模块的工作状态。

所述多水位智能控制模块，可连接多个浮筒控制模块，每个浮筒控制模块均包含第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八光耦继电器，一个预设行程的浮筒，各浮筒控制模块的第五光耦继电器常开触点的输入侧、第八光耦继电器的常开触点输入侧均连接至+12V，第六光耦继电器常开触点的输出侧均连接至第二行程限位开关的输入侧，第七光耦继电器常开触点的输出侧均连接至第一行程限位开关的输入侧，第六光耦继电器常开触点的输出侧连接水位控制节点IO输入端口2，第七光耦继电器常开触点的输出侧连接水位控制节点IO输入端口1，第三光耦继电器常闭触点的输入侧、第四光耦继电器常开触点的输出侧均连接至直流卷扬机的负端，第一光耦继电器常闭触点的输出侧、第二光耦继电器常开触点的输入侧均连接至直流卷扬机的正端，第一行程限位开关的输出侧、第二行程限位开关的输出侧均连接至GND；

所述各浮筒控制模块的第一、第二、第三、第四光耦继电器的In端接收浮筒开关的信号，受浮筒控制，第五、第六、第七、第八光耦继电器受水位控制节点的IO输出端口控制，以决定浮筒控制模块是否接入电路；

某一时段内，水位控制节点只向一个IO端口输出低电平，而向其它IO端口输出高电平，使得任一时段，只有一个浮筒控制模块接入电路，其它浮筒控制模块均与电路断开，田间水位只受接入电路的浮筒控制模块中的浮筒行程所控制；

当预设的浮筒控制模块接入电路时，当田间水位未达预定水位时，浮筒开关断开，此时第一、第二、第三、第四光耦继电器均为复位状态，而第一、第三光耦继电器常闭触点保持导通状态，第二、第四光耦继电器常开触点保持断开状态，电流由+12V经第五、第一光耦继电器，直流卷扬机，第三、第七光耦继电器，第一行程限位开关，GND流动，卷扬机正转，水闸开启，使得田间水位上升；

当水闸运行至顶部时，压下第一行程开关，使得卷扬机失电，此时第二行程开关处于导通状态，但由于浮筒开关未到位，第二、第四光耦继电器仍处于复位状态，常开触点保持断开状态，因而闸门保持打开状态，且水位控制节点IO输入端口1得高电平，值1，IO输入端口2得低电平，值0；

当田间水位达到预定水位时，浮筒开关导通，此时第一、第二、第三、第四光耦继电器的In端与GND连接，使得上述继电器均处于置位状态，第一、第三光耦继电器常闭触点保持断开状态，第二、第四光耦继电器常开触点保持导通状态，电流由+12V经第八、第四光耦继电器，直流卷扬机，第二光耦继电器、第六光耦继电器、第二行程限位开关、GND流动，卷扬机反转，水闸关闭，使得田间水位保持，而随时间推延自然回落；

当水闸运行至底部时，压下第二行程开关，使得卷扬机失电，此时第一行程开关处于导通状态，但由于浮筒开关已到位，第一、第三光耦继电器仍处于置位状态，常闭触点保持断开状态，因而闸门保持关闭状态，且水位控制节点IO输入端口1得低电平，值0，IO输入端口2得高电平，值1；

当水闸未运行到位，水位控制节点IO输入端口1、2均为得低电平，值0；IO输入端口1、2的值，可供查询，以判明水闸状态；

待田间水位因蒸发等原因回落到一定程度时，浮筒开关再次断开，浮筒控制模块使得水闸再次打开，周而复始。

在不同时段，所述多水位智能控制模块中的水位控制节点，可向不同的预设IO端口输出低电平，向其它IO端口输出高电平，使得田间水位，在不同时段受不同行程的浮筒所控制，且仅受该浮筒所控制，不同时段需其它水位时，以此类推。

实施例3

本发明还示出了本发明的水位智能控制系统应用于农田灌溉领域的具体实施方式，如图7和图8中所示，应用于农田水位控制中，包括客户端、WEB服务器、WSN；通过将农田分区规划，将基地划分为各个小区，并编号，并依据基地的规划，在不同小区依种植作物的不同而选择不同行程的浮筒，以形成不同的水位管理；依据基地的小区规划，完成无线传感网的布设，通过后台电脑终端、手持移动终端访问WEB服务器，并通过因特网、移动网、WSN2.4G无线信道进行指令、状态等数据的传输。

如图7、图8所示，客户端通过表单提交包含有地区、小区、水位、时长等信息的水位设置命令，WEB服务端接收到命令后，新建线程，写串口，并经第一移动数传模块下达水位指令，同时启动计时器；第一移动数传模块经移动网将指令送达第二移动数传模块，随后网关节点通过串口回调函数，读串口，得到指令，获取对应小区、水位等数据，然后依通信簇，转发水位控制指令，水位控制节点依通信簇接受指令，开启对应区域的浮筒控制模块，实现田间水位自动调节；

若计时器超时，则WEB服务端写串口，下达排水指令；网关节点通过串口回调函数，读串口，得到排水指令，随后定期查询进水闸的状态，若进水闸为关闭状态，则依通信簇发关闭水位自动调节指令，水位控制节点依通信簇接受指令，关闭指定的浮筒控制模块；同时，网关节点依通信簇，发开排水闸指令，开启排水闸，并依据经验数据设定定时器，超时，则依通信簇发关排水闸指令；排水控制节点依指令开启和关闭排水闸。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水位智能控制系统，其特征在于，包括单水位控制模块，所述单水位控制模块包含水位控制节点，水位控制节点连接有浮筒控制模块，所述浮筒控制模块连接有入水闸，所述入水闸连接有第一直流卷扬机；所述浮筒控制模块包括入水闸控制单元和水闸限位单元；所述入水闸控制单元用于根据水位高低触发信号控制入水闸的开启和关闭，在水位过低时，控制第一卷直流扬机正转使入水闸打开进行注水，在水位达到设定阈值时，控制第一直流卷扬机反转使入水闸关闭；所述水闸限位单元用于在入水闸达到最大打开状态或关闭时，断开第一直流卷扬机正转或反转的控制电路。

2.根据权利要求1所述的水位智能控制系统，其特征在于，入水闸控制单元包括第一光耦继电器、第二光耦继电器、第三光耦继电器、第四光耦继电器、第五光耦继电器、第六光耦继电器，浮筒开关；所述入水闸包括第一直流卷扬机；

所述第一光耦继电器、第三光耦继电器的常闭触点分别连接所述第一直流卷扬机，用于控制卷扬机正转，所述第二光耦继电器、第四光耦继电器的常开触点分别连接所述第一直流卷扬机，用于控制所述卷扬机反转；所述第一直流卷扬机连接所述入水闸，所述第一直流卷扬机正转时拉起入水闸，所述第一直流卷扬机反转时关闭所述入水闸；

所述浮筒开关在水位过低的状态下断开，在水位到达设定阈值时导通，并输出低电平信号；

所述浮筒开关带有裕量，防止水位在临界值时，电路震颤；

所述第一光耦继电器、第二光耦继电器、第三光耦继电器、第四光耦继电器分别连接所述浮筒开关，并在第一、第二、第三、第四光耦继电器的In端加电容，防止电路震颤；所述第一光耦继电器、第二光耦继电器、第三光耦继电器、第四光耦继电器均为低电平触发，其中第一、第三继电器触点常闭，第二、第四继电器触点常开。

3.根据权利要求2所述的水位智能控制系统，其特征在于，所述水闸限位单元包括第一行程限位开关和第二行程限位开关；

所述第一行程限位开关设于入水闸的导轨顶部，所述第二行程限位开关设于入水闸的导轨底部；所述第一行程限位开关分别连接所述第三光耦继电器的常闭触点和地(GND)，所述第二行程限位开关分别连接所述第四光耦继电器的常开触点和正电源,所述正电源为+12V电源；

所述入水闸打开并沿导轨到达顶部时压下第一行程限位开关，所述第一行程限位开关断开，卷扬机失电停止正转，水闸停止上升，此时所述第二行程限位开关为闭合状态；所述入水闸关闭并沿导轨到达底部时，压下第二行程限位开关，所述第二行程限位开关断开，卷扬机失电停止反转，水闸停止下降，此时所述第一行程限位开关为闭合状态。

4.根据权利要求3所述的水位智能控制系统，其特征在于，所述水位控制节点还包括IO输出端口、IO输入端口；所述IO输出端口与浮筒控制模块中的第五光耦继电器、第六光耦继电器连接；所述第五光耦继电器、第六光耦继电器均为低电压触发，常开触点；

所述IO输入端口包括IO输入端口1和IO输入端口2；所述IO输入端口1与第六光耦继电器常开触点的输出侧连接，所述IO输入端口2与第三光耦继电器常闭触点的输出侧连接；

当所述水位控制节点指定IO端口输出低电平时，所述浮筒控制模块第五、第六继电器置位，使得所述浮筒控制模块接入电路，第一、第二、第三、第四继电器与电源连通，此时水闸开启、关闭根据田间水位自行动作；

当田间水位未达预定水位时，浮筒开关断开，此时第一、第二、第三、第四光耦继电器均为复位状态，而第一、第三光耦继电器常闭触点保持导通状态，第二、第四光耦继电器常开触点保持断开状态，电流由+12V经第五、第一光耦继电器，直流卷扬机，第三光耦继电器，第一行程限位开关，GND流动，卷扬机正转，水闸开启，使得水位增加；

当水闸运行至顶部时，压下第一行程开关，使得卷扬机失电，此时第二行程开关处于导通状态，但由于浮筒开关未到位，第二、第四光耦继电器仍处于复位状态，常开触点保持断开状态，因而闸门保持打开状态，且水位控制节点IO输入端口1得高电平，值1，IO输入端口2得低电平，值0；

当田间水位达到预定水位时，浮筒开关导通，此时第一、第二、第三、第四光耦继电器的In端与GND连接，使得上述光耦继电器均处于置位状态，第一、第三光耦继电器常闭触点保持断开状态，第二、第四光耦继电器常开触点保持导通状态，电流由+12V经第四继电器，直流卷扬机，第二、第六光耦继电器，第二行程限位开关，GND流动，卷扬机反转，水闸关闭，使得水位保持；

当水闸运行至底部时，压下第二行程开关，使得卷扬机失电，此时第一行程开关处于导通状态，但由于浮筒开关已到位，第一、第三光耦继电器仍处于置位状态，常闭触点保持断开状态，因而闸门保持关闭状态，且水位控制节点IO输入端口1得低电平，值0，IO输入端口2得高电平，值1；

当水闸未运行到位，水位控制节点IO输入端口1、2均为得低电平，值0；IO输入端口1、2的值，可供查询，以判明水闸状态；

待田间水位因蒸发等原因回落到设定最低水位阈值时，浮筒开关再次断开，浮筒控制模块使得水闸再次打开。

5.根据权利要求1所述的水位智能控制系统，其特征在于，还包括排水控制模块，所述排水控制模块包括排水控制节点，所述排水控制节点包括IO输出端口、第七光耦继电器、第八光耦继电器、第九光耦继电器、第十光耦继电器、排水闸、第二直流卷扬机、第三行程限位开关和第四行程限位开关；

所述第七光耦继电器、第八光耦继电器、第九光耦继电器、第十光耦继电器连接所述IO输出端口；

所述第七光耦继电器的常闭触点和第八光耦继电器的常开触点连接所述第二直流卷扬机的一侧；所述第九光耦继电器的常闭触点、第十光耦继电器的常开触点分别连接所述直流卷扬机的另一侧；

所述第九光耦继电器的常闭触点和GND分别连接所述第三行程限位开关；所述第十光耦继电器的常开触点和+12V分别连接所述第四行程限位开关；

所述IO输出端口输入高电平时，第七光耦继电器、第九光耦继电器导通，第二直流卷扬机正转，排水闸打开排水，排水闸上升到顶部，压下第三行程限位开关，排水闸停止上升；需结束排水时，所述IO输出端口发出低电平，第八光耦继电器、第十光耦继电器导通，第二直流卷扬机反转，放下排水闸，排水闸下降到底部时，第四行程限位开关被压下断开，排水闸停止下降。

6.根据权利要求4所述的水位智能控制系统，其特征在于，还包括客户端和WEB服务器；

所述水位控制节点、排水控制节点均为无线传感网(WSN)节点，用于接收远程控制指令，并依指令输出高低电平；

所述水位控制节点，接收客户端发送的指令，所述客户端包括普通用户和手机用户，所述客户端通过访问WEB服务器，提交表单，向水位控制节点下达指令；

所述WEB服务器接收所述客户端通过表单下达的指令，然后通过串口将指令以字符串的形式写入第一移动数传模块，所述第一移动数传模块将指令以短信形式发送到第二数传模块，第二数传模块接收到指令短信后，会通过串口将指令短信传给网关节点，网关节点为WSN节点；

网关节点通过串口回调函数接受到指令后，即根据指令中预设的目标，经路由节点中继，将指令依通信簇发送给目标控制节点，控制节点接收指令后执行指令要求的动作，路由节点为WSN节点；

若为启动水位控制指令，所述目标水位控制节点将接收到指令，输出低电平，让浮筒模块得电，水闸依浮筒的指示打开或关闭，使得田间水位始终维持在一个预设的范围；

若为排空水位指令，所述排水控制节点将接收指令，并输出高电平，让水闸正转，开启排水闸门，经验时间后，输出低电平，让水闸反转，关闭排水闸。

7.一种水位智能控制系统，其特征在于，包括多水位智能控制模块，在所述多水位控制模块中，可以将多个浮筒控制模块接至水位控制节点不同的IO输出端口、IO输入端口，各浮筒控制模块所携带的浮筒行程不同，所述水位控制节点同一时刻只向某一个IO输出端口输出低电平，并向其余输出端口输出高电平，使得同一时刻下，只有一个浮筒控制模块在工作，即田间水位只在某一预设水位附近自动调节，而IO输入端口也只采集这个浮筒控制模块的工作状态。

8.根据权利要求7所述的水位只能控制系统，其特征在于，所述多水位智能控制模块连接多个浮筒控制模块，每个浮筒控制模块均包含第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八继电器，以及一个预设行程的浮筒；各浮筒控制模块的第五继电器常开触点的输入侧、第八继电器的常开触点输入侧均连接至+12V，第六继电器常开触点的输出侧均连接至第二行程限位开关的输入侧，第七继电器常开触点的输出侧均连接至第一行程限位开关的输入侧，第六继电器常开触点的输出侧连接水位控制节点IO输入端口2，第七继电器常开触点的输出侧连接水位控制节点IO输入端口1，第三继电器常闭触点的输入侧、第四继电器常开触点的输出侧均连接至直流卷扬机的负端，第一继电器常闭触点的输出侧、第二继电器常开触点的输入侧均连接至直流卷扬机的正端，第一行程限位开关的输出侧、第二行程限位开关的输出侧均连接至GND；

所述各浮筒控制模块的第一、第二、第三、第四继电器的In端接收浮筒开关的信号，受浮筒控制，第五、第六、第七、第八继电器受水位控制节点的IO输出端口控制，以决定浮筒控制模块是否接入电路；

在某一时段内，水位控制节点只向一个IO端口输出低电平，而向其它IO端口输出高电平，使得任一时段，只有一个浮筒控制模块接入电路，其它浮筒控制模块均与电路断开，田间水位只受接入电路的浮筒控制模块中的浮筒行程所控制；

当预设的浮筒控制模块接入电路时，当田间水位未达预定水位时，浮筒开关断开，此时第一、第二、第三、第四继电器均为复位状态，而第一、第三继电器常闭触点保持导通状态，第二、第四继电器常开触点保持断开状态，电流由+12V经第五、第一继电器，直流卷扬机，第三、第七继电器，第一行程限位开关，GND流动，卷扬机正转，水闸开启，使得田间水位上升；

当入水闸运行至顶部时，压下第一行程开关，使得卷扬机失电，此时第二行程开关处于导通状态，但由于浮筒开关未到位，第二、第四继电器仍处于复位状态，常开触点保持断开状态，因而入水闸保持打开状态，且水位控制节点IO输入端口1得高电平，值1，IO输入端口2得低电平，值0；

当田间水位达到预定水位时，浮筒开关导通，此时第一、第二、第三、第四继电器的In端与GND连接，使得上述继电器均处于置位状态，第一、第三继电器常闭触点保持断开状态，第二、第四继电器常开触点保持导通状态，电流由+12V经第八、第四继电器，直流卷扬机，第二继电器、第六继电器、第二行程限位开关、GND流动，卷扬机反转，入水闸关闭，使得水位保持，而随时间推延自然回落；

当入水闸运行至底部时，压下第二行程开关，使得卷扬机失电，此时第一行程开关处于导通状态，但由于浮筒开关已到位，第一、第三继电器仍处于置位状态，常闭触点保持断开状态，因而入水闸闸门保持关闭状态，且水位控制节点IO输入端口1得低电平，值0，IO输入端口2得高电平，值1；

当水闸未运行到位，水位控制节点IO输入端口1、2均为得低电平，值0；IO输入端口1、2的值，可供查询，以判明水闸状态；

待田间水位因蒸发等原因回落到设定最低水位阈值时，浮筒开关再次断开，浮筒控制模块使得入水闸再次打开；

在不同时段，所述多水位智能控制模块中的水位控制节点，可向不同的预设IO端口输出低电平，向其它IO端口输出高电平，使得田间水位，在不同时段受不同行程的浮筒所控制，且仅受该浮筒所控制。