农灌计量控制系统及其控制方法技术领域
本发明涉及水位检测技术领域，具体地说，是一种农灌计量控制系统及其控制方
法。
背景技术
地下水是我国北方地区及许多城市的重要供水水源。人们常常采用在地下钻机
井，从机井中抽取地下水，来满足人们生活饮水和农业灌溉。农业灌溉取水，用水量大，机井
往往较深，并且时刻需要对机井的水位进行检测，而在现有技术中，人们往往是将液位变送
器直接投入至机井中，对水位进行检测，但是由于一般机井空间小，加之抽水泵以及抽水管
的占用空间较大，导致机井空间更小，在投入液位变送器的过程中，液位变送器容易和抽水
管发生碰撞或者缠绕，投放难度大，并且可能造成液位变送器、抽水管、抽水泵的损坏，导致
液位变送器使用寿命短，机井液位检测精度低，抽水控制系统控制效果差，不能满足人们的
需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种农灌计量控制系统及其控制方法，在机井旁
开设深水槽，该水槽口径远小于机井，只容一个液位变送器置入，在地下始终保持与机井一
致的水位高度。将液位变送器置于该深水槽内，用于检测机井水位，从而控制水泵开启和关
闭，同时有效地避免了直接将液位变送器放在机井中，与机井中的水泵及其他设备发生碰
撞或缠绕，延长了机井设备以及液位变送器的使用寿命。
为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：
一种农灌计量控制系统，其关键在于：包括机井和深水槽，在所述深水槽内设置有
液位变送器，所述液位变送器与控制器连接，用于将液位信号传送至所述控制器，所述控制
器还与水泵连接，所述水泵用于抽取所述机井中的水。
通过上述设计，液位变送器设置在深水槽内，液位变送器安装简单方便，避免了液
位变送器与机井中的设备缠绕和碰撞，并且通过液位变送器可实时采集机井中的液位信
号，并传送至控制器，控制器可通过获取到的液位信号实时控制水泵的启停，实现智能控
制，便于人们抽取地下水，整个抽水过程无需人工操作，简单方便。
进一步描述，所述液位变送器包括密封保护壳，所述密封保护壳的一端设置有支
撑装置，所述密封保护壳内设置有压力传感器，所述压力传感器经设置在密封保护壳上的
取压孔与外界相通，所述压力传感器采集的信号经压力信号处理电路板处理后传送至所述
控制器。
采用上述方案，通过取压孔与外界井水相通的压力传感器，可实现对水中压力的
采集，压力传感器采集的液位压力信号经压力信号处理电路板处理后传送至控制器，控制
器根据获取的液位信号控制水泵启停，整个信号传输过程、传输路径没有阻碍，传输信号准
确，精确度高；并且通过支撑装置，可以支撑整个液位变送器，防止液位变送器陷入淤泥当
中，提高了液位变送器的检测精度，延长了液位变送器的使用寿命。
再进一步描述，所述液位变送器内还设置有通讯电路板，该通讯电路板与所述压
力信号处理电路板连接，所述通讯电路板还与电缆的一端连接，所述电缆的另一端穿出所
述密封保护壳的一端与所述水表内的液位电路板连接，所述液位电路板的液位信号发送到
所述控制器。
采用上述方案，通讯电路板将信号处理后通过电缆可实现远距离的传输，传输过
程中，液位压力信号衰减程度小，使检测精度高，并且电缆和水表连接，水表中的液位电路
板将液位压力信号转换成液位信号，人们可以根据该信号，直接得到机井水位，简单方便。
再进一步描述，所述支撑装置包括依次连接的连接座、支撑杆、支撑座，所述连接
座设置在所述密封保护壳的一端，所述连接座、支撑座上均设置有锁紧螺母，在所述支撑杆
的两端设置有锁紧螺纹。
采用上述方案，支撑装置实时支撑液位变送器，使其不会陷入淤泥中，并且支撑装
置包括依次连接的连接座、支撑杆、支撑座，其中连接座、支撑杆、支撑座均可以拆卸，若深
水槽中没有淤泥，可以将支撑杆、支撑座拆卸下来，使传感器结构更加简单、小巧，便于液位
变送器的安装，且可以更加精确地采集到水位。
再进一步描述，压力信号处理电路板上设置有传感器驱动电源电路、信号放大电
路、AD转换电路和压力检测控制器，所述传感器驱动电源与所述压力传感器的电源输入端
连接，所述压力传感器的压力信号经所述信号放大电路、AD转换电路传送至压力检测控制
器。
采用上述方案，当要使压力传感器采集压力信号时，可控制驱动电源电路驱动该
压力传感器工作，当压力传感器采集到压力信号时，可以通过信号放大电路、AD转换电路传
送至压力检测控制器，所述压力检测控制器再经信号传输出去，整个检测过程智能可靠，使
用方便。
再进一步描述，所述传感器驱动电源电路包括第二运算放大器U7B，所述第二运算
放大器U7B的同相输入端作为所述压力传感器的电源正极输入端，所述第二运算放大器U7B
的同相输入端还经第二十一电阻R21接地，所述第二运算放大器U7B的反相输入端分别经第
二十三电阻R23、第二十八电容C28接地，所述第二运算放大器U7B的反相输入端还经第十八
电阻R18、第十七电阻R17接第一电源VCC1，所述第二运算放大器U7B输出端经第十九电阻
R19、第二十四电容C24作为所述压力传感器的电源正极输入端，所述压力传感器的电源正
极输入端还与第二三极管Q2的集电极连接，所述第二三极管Q2的基极与所述第十九电阻
R19、第二十四电容C24的公共端连接，所述第二三极管Q2的发射极接第一电源VCC1；
所述第十八电阻R18、第十七电阻R17的公共端与第一运算放大器U7A的同相输入
端连接，所述第一运算放大器U7A的输出端与所述第一运算放大器U7A的反相输入端连接，
所述第一运算放大器U7A的输出端还经第二十二电阻R22与第三运算放大器U7C的反相输入
端连接，所述第三运算放大器U7C的正相输入端经第三十三电容C33接地，所述第三运算放
大器U7C的同相输入端还与所述压力传感器的负极压力信号输出端连接，所述第三运算放
大器U7C的输出端经第二十六电阻R26与所述第三运算放大器U7C的反相输入端连接，所述
第三运算放大器U7C的输出端经第二十九电阻R29与第四运算放大器U7D的反相输入端连
接，所述第四运算放大器U7D的反相输入端还经第二十五电阻R25、第二十二电阻R22与第一
运算放大器U7A的输出端连接，所述第四运算放大器U7D的同相输入端与所述压力传感器的
正极压力信号输出端连接，所述第四运算放大器U7D的同相输入端还经第三十一电容C31与
所述第三运算放大器U7C的同相输入端连接，所述第四运算放大器U7D的同相输入端还经第
三十四电容C34接地，所述第四运算放大器U7D的输出端经第三十电阻R30与所述第四运算
放大器U7D的反相输入端连接，所述第四运算放大器U7D的输出端还经第三十一电阻R31、第
三十二电容C32接地，所述所述第四运算放大器U7D的输出端还经第三十一电阻R31、AD转换
电路与压力检测控制器连接。
采用上述方案，控制器可随时通过该传感器驱动电源电路，对压力传感器的电源
进行控制，只需要控制传感器驱动电源电路即可实现对压力传感器的控制，电路简单，控制
方便，并且传感器驱动电源电路成本低，耗电量少，使用寿命长。
再进一步描述，所述通讯电路板上设置有通讯电路，该通讯电路为485通讯电路，
且所述通讯电路包括485转换芯片U1，所述485转换芯片U1的第一引脚经第七电阻R7、第五
电阻R5接地，所述485转换芯片U1的第二引脚与所述485转换芯片U1的第三引脚连接，所述
485转换芯片U1的第二引脚还经第十五电阻R15与压力检测控制器连接，所述485转换芯片
U1的第二引脚还经第六电阻R6接电源，所述485转换芯片U1的第二引脚还与第三三极管Q3
的集电极连接，所述第三三极管Q3的发射极接地，所述第三三极管Q3的基极经第九电阻R9
与所述485转换芯片U1的第四引脚连接，所述485转换芯片U1的第五引脚接地，所述485转换
芯片U1的第八引脚接电源，所述485转换芯片U1的第八引脚还经第二电容C2接地，所述485
转换芯片U1的第六引脚经第十电阻R10与所述485转换芯片U1的第七引脚连接，所述485转
换芯片U1的第六引脚还经第八电阻R8接电源，所述485转换芯片U1的第六引脚与双向瞬变
抑制二极管Z1的一端连接，所述双向瞬变抑制二极管Z1的另一端与所述所述485转换芯片
U1的第七引脚连接，所述485转换芯片U1的第六引脚与第二稳压二极管Z2的阴极连接，所述
第二稳压二极管Z2的阳极接地，所述485转换芯片U1的第七引脚经第十一电阻R11接地，所
述485转换芯片U1的第七引脚与第三稳压二极管Z3的阴极连接，所述第三稳压二极管Z3的
阳极接地，所述485转换芯片U1的第六引脚、第七引脚作为所述通讯电路的引线。
采用上述方案，通讯电路板上的485通讯电路，可实现远距离的通讯，并且通讯信
号衰减量小，运行可靠，设备成本低，传输距离远，传输精度高。
一种农灌计量控制系统的控制方法，其关键在于，包括以下步骤：
S1：在所述机井旁开设所述深水槽，在所述深水槽设置液位变送器；
S2：所述控制器设置一个最低限制水位，并获取所述液位变送器的液位信号；
S3：判断液位信号是否低于最低限制水位，若是，关闭水泵，返回步骤S2；否则进入
步骤S4；
S4：所述控制器检测所述水泵是否处于工作状态，若是，进入步骤S6；否则，进入步
骤S5；
S5：所述控制器控制启动所述水泵，进入步骤S6；
S6：延时m秒，返回步骤S2。
通过上述控制方法，在机井旁开设一个深水槽，在深水槽内设置液位变送器，当需
要用水时，控制器控制液位变送器获取液位信号，并传送至控制器，控制器判断检测到的液
位是否低于最低限制水位，当低于最低限制水位时，控制器则可控制水泵停止抽水，若水位
高于最低限制水位，并且水泵处于工作状态，则开始延时m秒，再次检测水位；若水位高于最
低限制水位，水泵不工作状态，则控制水泵开始抽水，经过m秒后，再次检测水位情况，如此
反复，直至不再用水。整个控制方法控制简单，无需人为控制水泵和液位变送器，只需要在
机井旁开设深水槽，即可长久控制抽水。
本发明的有益效果：通过在机井旁开设深水槽，并在深水槽内设置液位变送器，使
机井和液位变送器分离开，便于液位变送器的安装和更换，并且避免了液位变送器与机井
中的设备发生缠绕或者碰撞；由于深水槽环境简单，深水槽中水不会出现波动，则液位变送
器的检测精度高；液位变送器上设置有支撑装置，该支撑装置支撑液位变送器不易陷入淤
泥中，避免了淤泥对液位变送器造成的测量误差，并且保护了液位变送器免受淤泥的污染，
延长了液位变送器的使用寿命；在传输过程中采用485通讯方式，是传输距离长，且液位信
号衰减程度小，使检测精度高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的控制框图；
图3是本发明的液位变送器结构示意图；
图4是本发明的液位变送器控制框图；
图5是本发明传感器驱动电源电路图；
图6是本发明的控制器控制电路图；
图7是本发明通讯电路图；
图8是本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
从图1和图2可以看出，一种农灌计量控制系统，包括机井1和深水槽2，在深水槽2
内设置有液位变送器3，液位变送器3与控制器5连接，用于将液位信号传送至控制器5，控制
器5还与水泵6连接，水泵6用于抽取机井1中的水。
从图3可以看出，液位变送器3包括密封保护壳31，密封保护壳31的一端设置有支
撑装置32，密封保护壳31内设置有压力传感器33，压力传感器33经设置在密封保护壳31上
的取压孔34与外界相通，压力传感器33采集的信号经压力信号处理电路板35处理后传送至
控制器5。
从图3还可以看出，液位变送器3内还设置有通讯电路板36，该通讯电路板36与压
力信号处理电路板35连接，通讯电路板36还与电缆8的一端连接，电缆8的另一端穿出密封
保护壳31的一端与水表7内的液位电路板71连接，液位电路板71的液位信号发送到控制器
5。
从图3还可以看出，支撑装置32包括依次连接的连接座32a、支撑杆32b、支撑座
32c，连接座32a设置在密封保护壳1的一端，连接座32a、支撑座32c上均设置有锁紧螺母，在
支撑杆32b的两端设置有锁紧螺纹。
从从图3还可以看出，密封保护壳31内还设有电池安装槽，在电池安装槽设置有电
池，电池向压力传感器33、压力信号处理电路板35和通讯电路板36供电。
从从图3还可以看出，水表7包括壳体，壳体的侧壁上设置有液位接头，电缆穿过液
位接头与壳体内的液位电路板71连接，并且在该水表7内还设置有电池供电，还设置有无线
收发模块，实现无线接收和发送液位信号，实现无线传输，该水表7还可用于检测采水体积
流量，并将采水数据上传至控制器在水表7外壁上还设置有显示模块，用于显示液位和采水
流速。
从从图3还可以看出，在密封保护壳31的电缆穿出处和液位接头电缆穿入处均设
置有密封结构，密封结构包括三级阶梯孔、压紧螺套、垫片以及胶塞，压紧螺套套设在三级
阶梯孔的大孔内，在三级阶梯孔的中孔台阶与压紧螺套之间套设有胶塞、垫片，垫片与压紧
螺套相抵接，胶塞与三级阶梯孔的中孔台阶相抵接，电缆穿过三级阶梯孔中的压紧螺套、垫
片以及胶塞。
从图4可以看出，压力信号处理电路板35上设置有传感器驱动电源电路、信号放大
电路、AD转换电路和压力检测控制器，传感器驱动电源与压力传感器33的电源输入端连接，
压力传感器33的压力信号经信号放大电路、AD转换电路传送至压力检测控制器。
从图5可以看出，传感器驱动电源电路包括第二运算放大器U7B，第二运算放大器
U7B的同相输入端作为压力传感器33的电源正极输入端，第二运算放大器U7B的同相输入端
还经第二十一电阻R21接地，第二运算放大器U7B的反相输入端分别经第二十三电阻R23、第
二十八电容C28接地，第二运算放大器U7B的反相输入端还经第十八电阻R18、第十七电阻
R17接第一电源VCC1，第二运算放大器U7B输出端经第十九电阻R19、第二十四电容C24作为
压力传感器33的电源正极输入端，压力传感器33的电源正极输入端还与第二三极管Q2的集
电极连接，第二三极管Q2的基极与第十九电阻R19、第二十四电容C24的公共端连接，第二三
极管Q2的发射极接第一电源VCC1；
第十八电阻R18、第十七电阻R17的公共端与第一运算放大器U7A的同相输入端连
接，第一运算放大器U7A的输出端与第一运算放大器U7A的反相输入端连接，第一运算放大
器U7A的输出端还经第二十二电阻R22与第三运算放大器U7C的反相输入端连接，第三运算
放大器U7C的正相输入端经第三十三电容C33接地，第三运算放大器U7C的同相输入端还与
压力传感器33的负极压力信号输出端连接，第三运算放大器U7C的输出端经第二十六电阻
R26与第三运算放大器U7C的反相输入端连接，第三运算放大器U7C的输出端经第二十九电
阻R29与第四运算放大器U7D的反相输入端连接，第四运算放大器U7D的反相输入端还经第
二十五电阻R25、第二十二电阻R22与第一运算放大器U7A的输出端连接，第四运算放大器
U7D的同相输入端与压力传感器33的正极压力信号输出端连接，第四运算放大器U7D的同相
输入端还经第三十一电容C31与第三运算放大器U7C的同相输入端连接，第四运算放大器
U7D的同相输入端还经第三十四电容C34接地，第四运算放大器U7D的输出端经第三十电阻
R30与第四运算放大器U7D的反相输入端连接，第四运算放大器U7D的输出端还经第三十一
电阻R31、第三十二电容C32接地，第四运算放大器U7D的输出端还经第三十一电阻R31、AD转
换电路与压力检测控制器连接。
结合图6和图7可以看出，控制器控制芯片的第三十三角、第三十四角、第三十五
角、第三十六角分别于传感器驱动电源电路的AD转换电路中AD转换芯片的第六角、第一角、
第七角、第九角连接。
从图7可以看出，通讯电路板36上设置有通讯电路，该通讯电路为485通讯方式，将
通讯接口转换成专用通信接口。且通讯电路包括485转换芯片U1，485转换芯片U1的第一引
脚经第七电阻R7、第五电阻R5接地，485转换芯片U1的第二引脚与485转换芯片U1的第三引
脚连接，485转换芯片U1的第二引脚还经第十五电阻R15与压力检测控制器连接，485转换芯
片U1的第二引脚还经第六电阻R6接电源，485转换芯片U1的第二引脚还与第三三极管Q3的
集电极连接，第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的基极经第九电阻R9与485转换芯
片U1的第四引脚连接，485转换芯片U1的第五引脚接地，485转换芯片U1的第八引脚接电源，
485转换芯片U1的第八引脚还经第二电容C2接地，485转换芯片U1的第六引脚经第十电阻
R10与485转换芯片U1的第七引脚连接，485转换芯片U1的第六引脚还经第八电阻R8接电源，
485转换芯片U1的第六引脚与双向瞬变抑制二极管Z1的一端连接，双向瞬变抑制二极管Z1
的另一端与485转换芯片U1的第七引脚连接，485转换芯片U1的第六引脚与第二稳压二极管
Z2的阴极连接，第二稳压二极管Z2的阳极接地，485转换芯片U1的第七引脚经第十一电阻
R11接地，485转换芯片U1的第七引脚与第三稳压二极管Z3的阴极连接，第三稳压二极管Z3
的阳极接地，485转换芯片U1的第六引脚、第七引脚作为通讯电路的引线。
从图8可以看出，一种农灌计量控制系统的控制方法，包括以下步骤：
S1：在机井1旁开设深水槽2，在深水槽2设置液位变送器3；
S2：控制器5设置一个最低限制水位，并获取液位变送器3的液位信号；
S3：判断液位信号是否低于最低限制水位，若是，关闭水泵6，返回步骤S2；否则进
入步骤S4；
S4：控制器5检测水泵6是否处于工作状态，若是，进入步骤S6；否则，进入步骤S5；
S5：控制器5控制启动水泵6，进入步骤S6；
S6：延时m秒，返回步骤S2。
在本实施例中，m＝30。
在实施过程中，还可预先设置机井预警水位L0，通常在20米～50米之间，液位变送
器检测获得的实际储水水位L1，测量获得的机井的井径D，从而可计算出最大取水量；已知
水泵的额定输出功率，即取水的平均瞬时流量速度V，可得出水泵预警关闭时间t；
当取水水泵开启，系统进入倒计时，到达预警关闭时间后，控制系统自动关闭水
泵，从而避免机井水被全部抽干，损坏设备，保证了整个统的有效和可靠性。
本发明的工作原理：
在机井旁开设深水槽，深水槽内设置液位变送器，该液位变送器的压力传感器将
实时检测到的压力信号经压力信号处理电路板、通讯电路板、电缆、水表转换成液位信号传
送到控制器，控制器根据接收到的液位信号，控制水泵启动或停止：当液位变送器检测到水
位过低时，控制器控制水泵停止工作，机井水位回流，且液位变送器检测到液位升高后，可
控制水泵开始工作。