CN2794156Y - 井灌区智能取水控制装置 - Google Patents

Abstract

一种井灌区智能取水控制装置，包括智能水位计、节水灌溉远程监测设备、节水灌溉远程控制设备，所述的智能水位计通过网线、无线电波等多种通讯工具与远程监测及控制设备相连，由智能水位计进行灌区水位数据采集，再经由远程监测设备输送给灌区水信息基础数据库中进行分析处理，通过远程控制设备实现水泵注水等操作。本装置通过自主开发的高精密水位计设备得到数据，利用公共电话网、无线数传等技术远程监测井灌区数据，实现低成本，高效率地收集数据。安全可靠地对送水闸门、机井等进行远程监控，提高了生产效率、提高了管理的科学性，降低了生产成本。通过远程测控和管理软件还实现了自动化测控过程，以及对各类测、控设备的计算机集中管理。

Description

井灌区智能取水控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种对水资源进行实时监控和综合管理的装置，特别是涉及一种井灌区智能取水控制装置。

现有技术

随着现代水利科学技术的发展，量水技术和设备也在不断地发展，形形色色的技术措施和设备，正在国民经济的各个领域中发挥着作用。就节水系统而言，目前世界上使用和研制出的量测和控制建筑物的种类和型式非常多，但其中还很少能满足水利的管理要求。

目前，国内所研制的仪表甚多，但以水位测量仪表居多，通讯采集手段单一，并且多数自成体系，彼此间难以兼容使用，不利于信息传递、汇总。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种井灌区智能取水控制装置，它的智能水位计可以采用多种通讯方式进行远程测控，利用最新的计算机软硬件技术与实际水利管理的各个工作环节相结合，开发出用于井灌区智能取水控制装置和井灌区IC卡用水管理系统，以最直接、快捷的方式直接实现对水的量测、控制和管理。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：所述的井灌区智能取水控制装置包括智能水位计、节水灌溉远程监测设备、节水灌溉远程控制设备，所述的智能水位计通过网线、无线电波等多种通讯工具与远程监测及控制设备相连，由智能水位计进行灌区水位数据采集，再经由远程监测设备输送给灌区水信息基础数据库中进行分析处理，通过远程控制设备实现水泵注水等操作。

该装置的智能水位计根据节水实际要求，采用微功耗技术和闪存技术，解决广大水利和灌溉部门在野外条件下量测设备的能源问题，实现水量的长期、实时、可靠记录，即便仪器掉电，所存储数据也不会丢失，利用多种通讯手段，远程监测方便灵活，同时与国内外其他同类产品相比，应具有较为明显的综合技术优势和明显的价格优势；

本装置通过自主开发的高精密水位计设备得到数据，利用公共电话网、无线数传等技术远程监测井灌区数据，实现低成本，高效率地收集数据。安全可靠地对送水闸门、机井等进行远程监控，提高了生产效率、提高了管理的科学性，降低了生产成本。通过远程测控和管理软件还实现了自动化测控过程，以及对各类测、控设备的计算机集中管理。

附图说明

图1是本实用新型井灌区智能取水控制装置的基本工作原理框图

图2是智能水位计的键盘结构示意图

图3是本装置输出控制操作显示界面切换顺序示意图

图4是本实用新型井灌区智能取水控制装置的电缆接口示意图

图5是本实用新型智能取水控制装置的电路连接示意图：

图6是本实用新型控制板电路图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

本实用新型的井灌区智能取水控制装置是一个集中了技术创新和应用创新的项目，它以计算机、多媒体、网络等高新技术为支撑，可靠度高，价格便宜，能采用多种通讯方式进行远程测控的量水和控制设备，在实际工作中功耗很低，适合在野外无电力供应情况下的长期使用，当有实时性要求时，该设备和系统可以利用公共电话网或数传电台，即可将测量数据实时发送回控制中心，并能独立在野外自动完成用水的自动化控制。

该控制装置包括水资源(水量、水质等)资料的监测，数据传输，用水控制，用户用水记录等功能，它可以借助数学模型进行水资源的合理配置，以及运用自动化控制机制对水资源管理进行实时的远程控制和管理等功能。其用途主要为用于水资源的量测、监控和管理方面，应用范围为水利资料的采集和记录，用水的自动调配和用IC卡实现用水计量化，能直接对水泵进行控制，满足各大井灌区节水灌溉的管理需要。

图1是其基本工作原理框图：本装置的水位数据采集工作由智能水位计完成，该数据通过灌区水信息数据采集网络传输给灌区水信息基础数据库，经过初步分析处理候分别输送到灌区用水管理系统和灌区办公自动化系统进行水资源的合理配置。

技术方案：

本实用新型的井灌区智能取水控制装置主要包括：智能水位计、节水灌溉远程监测设备、节水灌溉远程控制设备及远程测控管理软件。

所述的智能水位计为自动水位记录装置，采用蓄电池供电，功耗低，测量精度高，并采用大容量闪存，记录数据量大，存储可靠，其数据输出采用IC卡和串口，数据采集方便灵活。

其中：所述的智能水位计的结构包括液晶显示器1、键盘2、电池3、IC读卡器4、传感器输入口5、充电口6及通讯口7，其中：液晶显示器和键盘与设备内部的主处理芯片相连，射频读卡器与主机的通讯口相连，传感器接口与设备内部的通讯芯片相连，控制板接口与设备内部的控制芯片相连接，充电口与设备内部的电池相连，报警口与设备内部的音效芯片相连接，通讯口与设备内部的通讯芯片相连接。

图2为所述键盘(2)的结构示意图：该键盘(2)为4×4键盘布局，其中数字键用以输入数字量，确定键用以确认输入、操作、进入菜单，取消键用以取消输入、操作、返回上级菜单，“▲”“”键用以显示界面切换、选项菜单移动、显示光标移动，控制/功能键用以控制板操作，所有上述按键均有蜂鸣提示音。

所述的液晶显示器(1)为4×8汉字液晶显示，用于显示菜单、测量值、时间、参数、控制状态等。按键操作时液晶背光自动打开，延时关闭。

所述的远程监测设备利用公共电话网、无线传输等技术远程监测井灌区数据，实现低成本，高效率地收集数据。它包括微机(或电台、调制解调器)、通讯网络和IC卡，为了达到高性能，低功耗。兼容性强的目的，本仪器采用了先进的技术，可同时连接四路传感器，满足当前水位测量的各种需要，兼容目前所有的水位测量设备。

另外，本装置还可以通过各种方式取得水位数据，可以连接计算机、电台、调制解调器等设备，满足实时观测和长、短距离传输的要求。

本仪器通电后，显示当前时间；同时自动检测端口，查询是否接通传感器，可通过按键查看各端口的状态；根据用户设定的传感器个数，依次向各端口发出指令，使传感器测量水位。并将数据根据各端口的内部设置参数进行转换，按照即定数据格式存入Flash记忆体，可通过按键查看各路创传感器数据。

在用户接上写卡机/计算机/通讯线缆，当计算机发出读取数据请求时，控制装置将会根据要求将Flash内数据发送出去，在成功发送，并得到确认指令后，继续工作，临近写满时覆盖前面记录。在即将写满时，仪器发出报警信号。

所述的节水灌溉远程控制设备可以安全可靠地对送水闸门、机井等进行远程监控，提高生产效率、提高管理的科学性，降低生产成本。它包括智能电机(机柜)和控制板，根据IC卡模块发出的各种指令，直接对控制柜发出启动水泵，关闭水泵，记录用水情况，记录水位变化和水量等信息，是本设备的控制中心。

所述的井灌区智能取水控制装置的远程测控管理软件实现对各类测、控设备的计算机集中管理。它从功能上可以划分为以下模块：在线数据采集子模块、IC卡控制模块、机柜控制模块，分别控制上述仪器的正常运行。

根据井灌区用水管理的需求，我们在对并灌区的业务处理模式、未来规划和具体的业务处理环节需求进行了深入分析的基础上，设计了IC卡控制模块。本模块是根据用户向管理部门买水以后，持有用水的IC卡，通过IC卡启动本装置上的IC卡控制模块，向主机发出指令，执行开机关机等动作，并实现用户持卡买水，持卡用水的用水计量化和用水的自动化管理。

本实用新型的工作过程：

接通电池后，仪器显示开机欢迎画面。几秒钟后，进入运行界面。如果是初次开机，参数及运行状态为默认值，否则为上次关机(断电)时的设置，输出控制恢复为停止状态。如果出现要求输入注册密码信息，请与制造商联系。

按下“菜单”键，可进入主菜单，“▲”“”键选中“参数查询”，按“确认”键进入参数查询。用户可根据显示提示逐一查询本设备所有的参数设置(密码除外)，但不可修改。

本装置有两种操作方式，即单纯测量记录操作和输出控制操作。

单纯测量记录操作：

当井灌区智能取水控制装置设定为控制模式时，按“▲”“”键可切换显示界面，分别在时间显示或测量结果显示之间交互进行

输出控制操作：

当井灌区智能取水控制装置设定为控制模式时，按“▲”“”键可切换显示界面。其切换顺序如图4所示。

●设置控制目标：当显示界面切换到目标设定时，按“控制/功能”键可更改1-3路输出的设定控制目标。

●开关机操作：当显示界面切换到控制状态时，使用IC卡可进行开关机操作，第一次刷卡时开机，第二次刷卡时关机。开机时显示卡中余额，如果余额不足，请先冲值再使用。

●扣款：正常开机后，每隔1分钟按设定的费率扣款。直到余额不足时，自动关机。

本装置的通讯方式有本地通讯和远程通讯两种，具体构造见附图6：

1.本地通讯

通讯连接线：本仪器配有专用的通讯连接线，航空插头端接仪器的通讯口，DB9插头端接计算机的COM口。启动后台软件即可通讯。

2.远程通讯

本仪器配有专用的通讯连接线，航空插头端接仪器的通讯口，DB9插头端接调制解调器、GPRS通讯模块。可实现远程通讯。

本装置的射频卡(IC卡)使用：

射频卡应到专门的发卡部门购买和充值。射频读卡器的与射频卡的有效距离为1～75mm。

传感器的连接

●电流型传感器：电流传感器可连接在井灌区智能取水控制装置的1-4路测量输入接口。输出电流范围：4-20毫安。量程2-10米。为了保证测量精度，传感器与井灌区智能取水控制装置的距离不超过1000米。

●浮子传感器：浮子传感器可连接在井灌区智能取水控制装置的1-4路测量输入接口。浮子传感器必须经过格雷码转换器与井灌区智能取水控制装置连接。浮子传感器与格雷码转换器的距离不超过100米。格雷码转换器与井灌区智能取水控制装置的距离不超过1000米。

●电流传感器连接到井灌区智能取水控制装置的输入端口控制板的连接控制板通过双绞线或平行线与井灌区智能取水控制装置(电机柜)连接。485电平，距离不超过1000米。

图4为本实用新型井灌区智能取水控制装置的电缆接口：

a.输入接口

●输入接口1：电流传感器4-20mA、浮子传感器，6芯插口

◆针1：为地。

◆针2：传感器信号输入。

◆针3：接+24V输出(小于25mA)。

◆针4：浮子传感器RS485 B。

◆针5：浮子传感器RS485 A。

◆针6：+5V电源输出。

◆针7：空。

●输入接口2：电流传感器4-20mA、浮子传感器，6芯插口

◆针1：为地。

◆针2：传感器信号输入。

◆针3：+24V输出(小于25mA)。

◆针4：浮子传感器RS485 B。

◆针5：浮子传感器RS485 A。

◆针6：+5V电源输出。

◆针7：空。

●输入接口3：电流传感器4-20mA、浮子传感器，6芯插口

●针1：为地。

●针2：为传感器信号输入。

●针3：+24V输出(小于25mA)。

●针4：浮子传感器RS485 B。

●针5：浮子传感器RS485 A。

●针6：+5V电源输出。

●针7：空。

●输入接口4：电流传感器4-20mA、浮子传感器，6芯插口

1.针1：电源地。

2.针2：传感器信号输入。

3.针3：接+24V输出(小于25mA)。

4.针4：浮子传感器RS485 B。

5.针5：浮子传感器RS485 A。

6.针6：+5V电源输出。

●输入接口5：RS485接口、脉冲电度表接口6芯接口

1.针1：电源地。

2.针2：脉冲电度1表输入。

3.针3：脉冲电度2表输入。

4.针4：RS485 B。

5.针5：RS485 A。

6.针6：+5V电源输出。

●输入接口6：射频读卡器接4芯接口

1.+5V输出；

2.电源地

3.TTL输出。

4.TTL输入

b.输出接口

●输出接口1：控制板接口7芯接口

1.电源地。

2.空。

3.空。

4.控制板RS485 B。

5.控制板RS485 A。

6.针6：+5V电源。

7.针7：+3V电源。

●输出接口2：控制板接口7芯接口

1.电源地。

2.空。

3.空。

4.控制板RS485 B。

5.控制板RS485 A。

6.针6：+5V电源。

7.针7：+3V电源。

●输出接口3：控制板接口7芯接口

1.电源地。

2.空。

3.空。

4.控制板RS485 B。

5.控制板RS485 A。

6.针6：+5V电源。

7.针7：+3V电源。

●输出接口4：当地/远传通讯口，两芯口

1.电源地

2.TTL输入

3.TTL输出

4.主机RS485 B。

5.主机RS485 A。

6.针6：+5V电源

7.针7：+3V电源

●输出接口5：当地报警口/备用通讯口5V 500MA三芯接口

1.电源地

2.TTL输入

3.TTL输出

4.主机RS485 B。

5.主机RS485 A。

6.针6：+5V电源

7.针7：报警输出

●输出接口6：充电口，2芯口

1.针1：充电地

2.针2：充电电源

图5是本实用新型智能取水控制装置的电路板图，本装置是本专利设备的核心组成部件，是“大脑”部分。其作用是用户能够根据使用环境进行设置，挂接水位计、通讯等设备，本装置在得到各种反馈数据或者是操作指令时，能够向挂接的各种装置发出控制指令，例如向控制板发出关闭或者启动电机的指令，向通讯设备发出连接远端通讯设备以传递数据的命令等。

图6是本实用新型控制板电路图，本设备能够将新型智能取水控制装置传出的各种控制指令(开启/关闭/正转/反转)，发送到与其连接的电机控制柜，从而完成对用水设备(如阀门/泵机等)的控制。

井灌区智能取水控制装置的智能水位计结构简单，坚固耐用，精度合理，水头损失小，基建和维护费低，操作简便。而相配套的仪器为智能型自动水位记录装置，采用蓄电池供电，功耗低，测量精度高，并采用大容量闪存，记录数据量大，存储可靠，输出采用IC卡和串口，使数据采集方便灵活。

本系统中的硬件部分使用的主要技术包括各种传感器技术，采集水位数据的单片机(高性能集成电路)，IC卡，GSM无线传输，有线电话传输，电台传输，电缆传输，太阳能技术等内容，这些技术在目前已经发展得相当的成熟，因此本项目的产品和技术内容也是非常的成熟和可靠。

例如：本系统中的智能水位计的误差仅为2毫米，远远低于水利行业的5毫米精度要求。而GSM无线传输和有线传输等手段的融合，使得数据的传输能够得到充分和可靠的保证。

本系统中的软件部分主要采用了数据库，网络传输，数据处理和高级编程语言实现，这些技术内容在目前来说使用得非常的广泛，因此其成熟度和稳定可靠性无需担心。

本装置在小试条件下进行试验的情况：

本装置安装实施以后，能够实现精确计量各种用水量，帮助从根本上改善我国水资源缺乏的状况，缓解水资源日趋减少、土地沙化、生态环境恶化，实现计划用水，科学用水。下面是在小试阶段的情况：

◆能够在超低功耗的情况下进行工作，蓄电池充足电以后，可连续使用2个月左右，适宜在缺少电源，或者是长期在野外作业的环境；

◆本产品的电源供电电压范围宽，可在2--11v电源电压下稳定工作，在使用交流供电时可适应250-200V的电压变动；

◆抗干扰能力强，增加了抵抗外部干扰的特殊装置，从而使其抗干扰能力极大提高，保证每条数据的准确；

◆可以外接IC卡写卡器、无线电台、电话线等各种数据传输设备，从而轻松实现数据的传输。

Claims (5)

1、一种井灌区智能取水控制装置，其特征在于：所述的井灌区智能取水控制装置包括智能水位计、节水灌溉远程监测设备、节水灌溉远程控制设备，所述的智能水位计通过网线、无线电波等多种通讯工具与远程监测及控制设备相连，由智能水位计进行灌区水位数据采集，经由远程监测设备输送给灌区水信息基础数据库中进行分析处理，再通过远程控制设备实现水泵注水等操作。

2、根据权利要求1所述的井灌区智能取水控制装置，其特征在于：所述的智能水位计包括液晶显示器(1)、键盘(2)、电池(3)、射频读卡器(4)、传感器输入口(5)、控制板接口(6)、充电口(7)、报警输出口(8)及通讯口(9)，其中：液晶显示器和键盘与设备内部的主处理芯片相连，射频读卡器与主机的通讯口相连，传感器接口与设备内部的通讯芯片相连，控制板接口与设备内部的控制芯片相连接，充电口与设备内部的电池相连接，报警口与设备内部的音效芯片相连接，通讯口与设备内部的通讯芯片相连接。

3、根据权利要求1或2所述的井灌区智能取水控制装置，其特征在于：所述的键盘(2)为4×4键盘布局，其中0～9共10位数字键用以输入数字量，确定键用以确认输入、操作、进入菜单，取消键用以取消输入、操作、返回上级菜单，“▲”“”键用以显示界面切换、选项菜单移动、显示光标移动，控制/功能键用以控制板操作，所有上述按键均有蜂鸣提示音。

4、根据权利要求1或2所述的井灌区智能取水控制装置，其特征在于：所述的节水灌溉远程监测设备包括微机或电台、调制解调器、通讯线路和IC卡，来自智能水位计的测量数据通过GSM无线传输、有线电话传输或电台、电缆传输送入微机或电台、调制解调器之中，所述的IC卡通过射频读卡器(4)将数据读入智能水位计，并通过通讯线路输入到计算机中进行水位和水量处理。

5、根据权利要求1或2所述的井灌区智能取水控制装置，其特征在于：所述的节水灌溉远程控制设备包括智能电机机柜和控制板，该控制板一端通过控制板接口(6)与智能水位计相连，另一端通过双绞线或平行线与智能电机机柜连接，根据远程监测设备中IC卡模块发出的各种指令，通过控制板直接对控制柜发出启动水泵，关闭水泵等操作。

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