一種農業灌溉混合網絡的組成和布線及故障檢測方法與流程

本發明涉及農業灌溉自動化控制技術領域，主要是一種農業灌溉自動化控制網絡所需的田間線路的組成、布線與故障檢測方法。

背景技術：

我國節水灌溉是農業發展的必由之路，目前我國節水灌溉大多采用手動方式的節水灌溉系統。而自動化節水灌溉系統前期多引進國外技術與產品，近期才出現了適合我國國情的技術與產品，但依然存在許多問題。國外灌溉自動化以有線網絡（為田間灌溉設備提供控制信號和供電）技術為基礎，因為有線網絡技術具有數據傳輸可靠、電源供給充沛和田間機械耕作無障礙的優點。而我國的農業灌溉自動化控制系統方案目前大多采無線網絡技術（包括：無線射頻通信或基于因特網的物聯網）解決田間數據傳輸與控制。主要因為有線網絡鋪設需要開挖專門的電纜管溝工程成本高昂、線路維修維護困難（需要將種植地塊掘開進行維修）、成本大。特別是已經采用手動方式的節水灌溉系統很難再次進行田間挖掘布線工作，只能采用無線網絡方式進行自動化改造。但采用無線網絡由于設備供電與天線等問題，會在田間增加設置太陽能板或天線等遠高于地面的設施，不可避免的造成了不同程度的田間機械耕作障礙，致使中耕、噴藥等機械化操作十分困難。并且灌季結束后必需及時回收設備（太陽能板或天線）以利于作物的機械化收割和土地整理（犁地、靶地）。致使相應的設備成本與運營費用大幅度的增加，極大的降低了農民的接受程度。

加之農業灌溉網絡與設備在農田分布分散，出現問題時，排查地域范圍極大，無法及時準確的判斷故障位置。這樣既拖延了灌溉時間造成作物損害又產生了高昂的售后費用，嚴重的影響了應用的普及。

這些問題都極大的制約了自動化灌溉技術的推廣和應用。

技術實現要素：

針對以上問題，本發明進行了多點創新，很好的解決了這些問題，具體創新如下：

創新了田間灌溉控制網絡的組成方式，充分利用了灌溉管道的梳狀分布特點（主管為梳子的梁，埋地干管為梳齒），埋地干管兩端靠近非灌溉區域的特點。將每條埋地干管區域鋪設一個獨立的有線網絡，有線網絡連接到設立在干管尾端的非灌溉區域的一個無線轉換裝置。所有的無線轉換裝置組成無線網絡，通過無線轉換裝置將有線傳輸轉換成無線傳輸，這樣通過無線網絡就將所有獨立的有線網絡連接成一個完整的田間灌溉混合網絡系統。通過在灌溉區域采用多個獨立的有線網絡和非灌溉區域采用無線網絡進行混合組網的方式，有效的降低了有線通信網絡的布線長度，相對的降低了施工成本，徹底的解決了灌溉設備導致的田間機械耕作障礙的問題。

通過研究發現連接灌溉設備完全依托灌溉管道的出地支管（簡稱：出地支管）安裝，沿埋地干管成線性排布的特性。由此我們創新了一種灌溉管道內鋪設線路、地埋電纜分段連接和模塊化結構的網絡組成方式。首先將地埋電纜分段鋪設在灌溉管道的埋地干管內，從而解決了單獨開挖電纜管溝的問題。其次設計了一個安裝在出地支管上的密封接線裝置，將獨立的有線網絡按照出地支管劃分成若干個有線灌溉單元（等效于一個模塊）。有線灌溉單元包括：出地支管、地埋電纜、密封接線裝置、灌溉設備和外部電纜。每個有線灌溉單元的地埋電纜一端安裝在本單元的密封接線裝置上，另一端從出地支管穿過埋地干管內部到下一個有線灌溉單元的出地支管，并通過下一個有線灌溉單元的密封接線裝置與此單元的地埋電纜連接上。從而將埋地干管上的有線灌溉單元串聯起來，形成了獨立的有線網絡。由于采用模塊化、分段式的結構設計，使后期維護維修時，可以以模塊為判斷點進行故障定位判斷。線路故障時只需從密封接線裝置處抽取故障段的地埋電纜進行更換，而不會影響整個灌溉管道和地埋電纜。這樣在大幅度的節省了施工費用（不需另行挖掘電纜管溝）的同時解決了有線網絡線路故障維修難的問題（無需開挖作物種植區）。

在以上前提下，本發明針對性的創造了分段布線的方法與裝置。裝置采用一個浮球連接一根引線，引線另一端連接到第一根地埋電纜的一端，地埋電纜另一端連接到第一根出地支管的密封接線裝置上。將浮球從第一根出地支管放入埋地干管。采用埋地干管中通水，使用水流將浮球沖至干管尾端。此時引線已貫穿埋地干管，通過勾取裝置從第二根出地支管口將引線從干管中勾取出來，通過牽拉引線將第一根出地支管的地埋電纜穿到第二根出地支管口，再將引線連接到第二根地埋電纜，依次穿到下一根出地支管口。由此完美的解決了有線網絡施工難、造價高的問題。并可以在無需二次工程的情況下，對手動方式的節水灌溉系統進行低成本的自動化改造。

在上述有線網絡組成結構的前提下，發明了基于這種有線網絡的故障位置檢測的裝置和方法。首先在有線灌溉單元內連接在密封接線裝置上的兩段地埋電纜的連接處設計串入了連通開關，連通開關的通斷可以將這兩段電纜連接和斷開。這時的有線灌溉單元包括了出地支管、地埋電纜、密封接線裝置、連通開關、外部電纜和灌溉設備。當一個有線灌溉單元的連通開關斷開時，其后部的有線灌溉單元（傳輸電纜和設備）就可以全部與有線網絡斷開。這樣我們只要斷開第一個有線灌溉單元的連通開關（可以通過遠端控制這個開關），通過遠端對有線網絡的測試，就可以判斷第一個有線灌溉單元位置的線路和設備是否出現故障。如果無故障就閉合第一個有線灌溉單元的連通開關，斷開第二個有線灌溉單元的連通開關，將第二個有線灌溉單元接入正常的有線網絡。再從遠端判斷有線網絡是否正常，如出現故障則可以基本判斷故障位置在第二個有線灌溉單元。以此類推，采用這種排除技術就可以遠程準確的判斷故障位置，避免了大范圍的故障排查。降低了維護的技術難度，大幅度的縮短了故障排除時間，增加了農田灌溉的可靠性，極大的降低了維修維護成本。

通過以上的技術創新與研發，有力的解決了我國目前農業灌溉自動化所遇到的系統組成、施工和維修維護的問題。很好的為我國農業灌溉自動化的發展提供了一個有力的技術保障。

附圖說明

圖1為本發明的系統示意圖。

圖2為本發明的有線網絡和有線灌溉單元的示意圖。

圖3為本發明的系統布線的示意圖。

圖中標號為：1有線網絡；2無線網絡；3埋地干管；4無線裝置；5非灌溉區；6灌溉區；7灌溉管道；8出地支管；9地埋電纜；10密封接線裝置；11連通開關；12外部電纜；13灌溉設備；14浮球；15勾取裝置；16引線。

具體實施方式

如圖1、圖2、圖3所示的一種農業灌溉混合網絡的組成和布線及故障檢測方法包括：有線網絡1、無線網絡2、埋地干管3、無線裝置4、非灌溉區5、灌溉區6、灌溉主管7、出地支管8、地埋電纜9、密封接線裝置10、連通開關11、外部電纜12、灌溉設備13、浮球14、勾取裝置15、引線16；

如圖1所示，在灌溉區6內按照灌溉管道7的埋地干管3的分布，將獨立的有線網絡1區域劃分出來。并在靠近每個有線網絡1的非灌溉區5的區域內安裝無線裝置4。

如圖3所示將密封接線裝置10安裝到出地支管8的管壁上。地埋電纜9的一端連接到密封接線裝置10，另一端連接到引線16的一端。將引線16的另一端固定到浮球14上，將浮球14通過出地支管8的管口放入到埋地干管3內。從埋地干管3上端通入水流，通過水流將浮球14沖到埋地干管3的尾端。此時引線16已貫穿埋地干管3，使用勾取裝置15從一端下一個出地支管8的管口將埋地干管3內的引線16勾出。牽拉引線16使連接的地埋電纜9穿過埋地干管3到達下一個出地支管8的管口。將地埋電纜9連接到穿出的出地支管8上的密封接線裝置10。然后再將另一段地埋電纜9的一端連接到當前的出地支管8上的密封接線裝置10，另一端連接到引線16的一端。重復以上過程，直到將所需的有線網絡1的地埋電纜9鋪設完成。

如圖2所示，按照每個出地支管8的位置劃分為一個有線灌溉單元，有線灌溉單元包括：出地支管8、安裝在出地支管8上的密封接線裝置10和地埋電纜9、連通開關11、外部電纜12和灌溉設備13。其中連通開關11串聯接入到密封接線裝置10上的兩根地埋電纜9之間，使連通開關11可以完全斷開兩根地埋電纜9之間的連接。外部電纜12一端通過密封接線裝置10與地埋電纜9連接，另一端連接到灌溉設備13。至此有線網絡1的布設和安裝完成。

將無線裝置4與最近的有線灌溉單元通過地埋電纜9進行連接，從而使有線網絡1與無線網絡2建立連接。各個獨立的有線網絡1通過無線網絡2可以進行數據交換。至此整個網絡完成。

基于上面完成的網絡使用如下步驟進行網絡故障檢測：

1）斷開所有的有線灌溉單元的連通開關11；

2）檢測系統是否正常，故障則故障點在無線裝置4后面第一個有線灌溉單元。正常則連通第一個有線灌溉單元的連通開關11，下一個有線灌溉單元接入網絡；

3）檢測系統是否正常，故障則故障點在剛連通的有線灌溉單元。正常則連通此有線灌溉單元的連通開關11；

4）依次類推直到檢測完成；

本發明整體有效的解決了農業灌溉自動化系統構成、實施及維修維護的問題。簡化了自動化推廣實施的技術難度，大幅度的降低了綜合成本，有效的解決了售后維修維護問題。將為我國農業灌溉的節水增產做出更大的貢獻。