灌区自动量水系统的信息化设计

　　０　引　言 

　　农业用水占全国用水总量的七成左右，其中灌溉用水（３６００亿ｍ３～３８００亿ｍ３）约占农业用水总量的９０％，所以，如果能够科学利用灌溉用水就能够节约大量水资源。但是由于我国的灌区灌溉方式较为落后，使相当部分水资源白白浪费。如果能够在用水上加强管理使用较为先进的量水技术提高量水的准确性，对水费改革提供技术支持，使水费收取合理，就能够提高人们节约用水的意识，达到节水的目的。 

　　随着科学技术的发展，融现代网络技术、无线通信技术、自动控制技术、计算机技术、现代电子技术于一体的灌区量水自动化模式不仅是现代农业灌溉管理智能化的必然趋势，同时也是传统水利向现代水利进化发展的显著标志。本文主要介绍了自动量水系统的组成和原理。灌区量水系统主要由水位传感器、无线发射模块、无线网络、无线接收模块、计算机终端显示几部分组成。数据采集仪安装在灌区渠系测流设施上。 

　　１　系统结构和原理 

　　渠道流量测量包括直接测量法和间接测量法两大类别。直接测量法测量的是明渠流体某些质点的运动速度，通过测算出标定质点运动速度与明渠中流体平均速度之间的关系，继而按照明渠横截面积得出明渠流量。在实际应用中，由于直接测量法难以确定质点运动速度与明渠中流体平均速度之间的对应关系，所以应用上受到很大限制。与之相对，间接测量法通过在明渠中安装量水器具，从而对明渠中被测流体产生约束阻力，在量水器具的上游与下游之间形成与明渠横截面平均流速相关的液位差。 

　　在保证量水器具下游出口液位不变的前提下（下游液位只要不高出量水器具下游出口即可），量水器具的上游液位就能够反映出明渠横截面上平均流速。本设计将主要采用间接测量法，通过测量液位ｈ，再利用流量ｑ与ｈ之间的对应关系算出流量，得到用水量。 

　　首先使用水位传感器测量渠道的水位高低，它一般输出的是微弱、易受干扰的电压信号，需要通过信号放大电路将该电压信号调理到模数转换需求的电压范围内，经过调理后的模拟信号作为单片机的输入信号，经过其内部的模数转换器转换为数字信号，再由单片机串行通信的方式将数字信号传输给无线发送模块，信号经无线模块的调制处理后，再按照预先设置好的比特率和发射功率将信号传输给另一个无线接收模块，之后对该信号经过ＲＳ２３２电平转换后通过串口线传输到终端ＰＣ机，最后再使用虚拟仪器软件Ｌａｂ－ＶＩＥＷ 对传输数据进行显示、分析处理。结构示意图如图１所示。

　　１．１　水位传感器 

　　传感器是测量装置和控制系统的首要环节。即处于复杂的测量、控制系统的入口处。可以说，没有精确可靠的传感器，就没有精确可靠的自动检测系统。传感器的种类非常的繁多，根据它的原理和测量的对象可以分出许多的类型，到目前为止并没有统一的规定。在进行传感器的选择时，主要根据这样几个原则：

　　（１）根据测量对象与测量环境确定传感器；
　　（２）灵敏度的选择；
　　（３）频率响应特性；
　　（４）线性范围；
　　（５）稳定性；
　　（６）精度等方面去进行考虑。

　　在众多的传感器当中压力传感器按其内部结构不同可分为机械式和半导体式两大类，半导体式具有小型、轻便、结实的特点，在本设计中选择了电阻应变式流体压力传感器。