CN101972721A

CN101972721A - 可控喷洒装置

Info

Publication number: CN101972721A
Application number: CN 201010545406
Authority: CN
Inventors: 詹昕; 向铁元; 宋旭东; 张巍; 熊虎
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2030-11-16
Also published as: CN101972721B

Abstract

本发明公开了一种可控喷洒装置，由水箱、直流水泵、连接水管、旋转水管，针筒式活塞、喷头、旋转驱动装置、驱动电路和控制器所构成。本发明通过预设的喷洒距离控制直流水泵的电压，进而使喷头喷出的水仅仅覆盖预设范围。依靠单片机的控制，智能化地完成喷水轨迹的规则化，自动完成整个洒水的功能，从而达到充分高效利用水资源和节水环保的效果。可以满足花圃、绿地、蔬果、农业等各种使用领域对喷洒水滴的要求。若将喷洒液体换为农药、油漆、防腐涂料等，装置同样可进行喷洒。还可通过多个喷头的组合满足不同使用面积的灌溉需求。可以实现喷出正方形、三角形、正六边形等各种形状。

Description

可控喷洒装置

技术领域

本发明涉及一种喷洒装置，特别涉及一种可控喷洒装置。

背景技术

目前我们生活中所使用的喷洒装置其喷头的洒水轨迹通常是螺线型的，而草地一般为矩形块状，这使得在洒水过程难以避免洒出草地区域的尴尬，给行人带来了不便；尤其是对紧邻交通要道的草坪区域，这些洒出草地的水还容易导致路面湿滑，甚至带来不必要的交通隐患。而另一方面，这种喷洒轨迹与草地形状不一致的矛盾，也使得浇水过程产生了难以完全覆盖整片草坪，又或者对某些区域重复浇水的问题，令草地灌溉难以达到高效的目的，洒水效果不甚理想。更为重要的是，这些洒出草坪区域的水造成了许多不必要的水资源浪费。众所周知，水是自然资源的重要组成部分，是所有生物的结构组成和生命活动的主要物质基础。从全球范围讲，水是连接所有生态系统的纽带，自然生态系统既能控制水的流动又能不断促使水的净化和循环。因此水在自然环境中，对于生物和人类的生存来说具有决定性的意义。同时水不仅是世间生灵万物须臾离不开的，就是工农业生产，也一时一刻少不了它，没有一项工业不和水直接或间接发生关系。所以水作为大自然赋予人类的宝贵财富，早就被人们关注。然而中国是个干旱缺水严重的国家。我国水资源总量少于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印度尼西亚，居世界第六位。若按人均水资源占有量这一指标来衡量，则仅占世界平均水平的1/4，排名在第一百一十名之后。缺水状况在我国普遍存在，而且有不断加剧的趋势。这就决定了我国对水资源的开发利用、节约使用的任务十分艰巨。

目前，市场上的喷灌装置中，大多采用摇臂式喷头和地埋式喷头进行喷洒。撞击摇臂伸缩喷头是最早的伸缩式喷头，把摇臂喷头放入外壳体内，摇臂通过机械和水力作用，撞击喷头旋转。地埋式喷洒其主要原理是利用内水流驱动喷头旋转，通过水泵或自然水压驱动喷头旋转。这两种喷洒装置的喷头旋转主要取决于水流的冲击力，一旦水压无法满足喷头匀速旋转，必然造成喷洒不均匀，无法满足喷灌需要。

随着经济的发展，景观喷泉也应运而生。景观喷泉是通过几个位置预先固定的出水口的相互配合，实现喷洒景观图案的。其缺点在于，出水口的位置及出水角度是固定的，景观图案的形成是通过多个出水点配合形成的，也就是说起景观图案是固定不变的，存在一定的局限性，而且喷泉的出水口截面较大，导致水的落点处水量集中，难以控制其均匀喷洒。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种喷洒距离和喷洒形状可控的喷洒装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种可控喷洒装置，由水箱、直流水泵、连接水管、旋转水管，针筒式活塞、喷头、旋转驱动装置、驱动电路和控制器所构成，其中：

1）所述的水箱，其顶盖上设有通孔；

2）所述的直流水泵安装在水箱内；

3）所述的连接水管通过水箱顶盖上设置的通孔伸出水箱，其位于水箱内的一端与水泵的出水口连接，其位于水箱外的一端与针筒式活塞固定连接；

4）所述的旋转水管，其一端与针筒式活塞转动连接，其另一端与喷头进水口连接；

5）所述的旋转驱动装置由轴承、大齿轮、小齿轮和调速电机所组成；轴承固定在水箱顶盖上并与水箱顶盖上设置的通孔同心，轴承内圈与旋转水管靠近水箱的端部固定连接，大齿轮安装在旋转水管上，小齿轮安装在调速电机轴上，调速电机固定在水箱顶盖上，大齿轮和小齿轮相啮合；

6）所述的控制器以单片机为核心，其输出端与驱动电路的输入端相连，单片机引脚根据设定的喷洒距离向驱动电路输出相应的PWM波；

7）所述的驱动电路的输出端连接直流水泵的电源输入端，其通过调节输入的PWM波的占空比以控制直流水泵的电压。

作为本发明的优选措施：上述的喷头通过一转接管与旋转水管垂直连通；上述旋转驱动装置中的调速电机为2—4个分别安装在大齿轮的旁边、用以同步驱动旋转水管旋转的调速电机。

本发明控制喷洒水的形状和尺寸的原理是：单片机的引脚输出PWM波，通过调节PWM波的占空比来控制直流水泵的电压，从而改变直流水泵的流量，进而控制喷头的水平喷洒距离，另一方面，调速电机带动水管匀速旋转，从而使喷头也匀速转动，假设周期为T，喷出的水的轨迹为抛物线，算出喷头每转过1^。或5^。时与边长的距离，此距离就为喷洒的水平距离d，因为喷头离地面距离h一定，且h=1/2gt^2，，所以时间t一定，而喷头喷洒出来的水流速为已知值v，所以d与v近似成正比，即控制水流速v从而使喷洒的水平距离d变化，又因为水流速与流量的关系为Q=VST，水管截面积一定，故单位时间的流量和流速成正比，所以d与流量近似成正比，根据实际要求，通过调节PWM波的占空比来控制流量Q，就可以改变喷洒的水平距离d。喷洒水的轨迹可近似为正方形或其他图形，设喷头位于图形中心点，控制喷头在旋转时喷洒的水平距离，使其随着角度的变化，喷洒距离跟着变化，然后依此原理，喷洒边长逐渐缩小的图案，直至中心点，最终的达到均匀覆盖整个平面。

本发明通过单片机作为控制器，调节直流水泵的电源电压值，从而调节水泵的水平喷洒距离和喷洒水的形状。依靠单片机的控制，智能化地完成喷水轨迹的规则化，自动完成整个洒水的功能，因此本发明能够根据所需形状进行定形喷洒，以适应不同形状草坪的洒水要求，从而达到均匀高效喷洒和节约水源的目的。

本发明应用领域宽广，通过采用雾化程度可调型喷头，可以满足花圃、绿地、蔬果、农业等各种使用领域对喷洒水滴的要求，还可通过多个喷头的组合满足不同使用面积的灌溉需求。

由于装置对喷洒形状可精确控制，可以实现喷出正方形、三角形、正六边形等各种形状；更可进一步通过把喷头旋转一定角度控制在某范围内，实现装置在某一侧喷出各种文字或图形，可广泛应用于喷绘、彩绘等各领域；

若将喷洒液体换为农药、油漆、防腐涂料等，装置同样可进行喷洒。该装置还可用在电力行业中，只要通过对高压线路绝缘子形状进行建模，利用本发明装置就可对其有效地喷涂RTV涂料，避免常规人工喷涂的诸多缺点，实现一机多用，高效，节约，符合现代化的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的直流水泵控制流程图。

图3为本发明实施例的喷洒场地示意图。

图中：1~水箱，2~直流水泵，3~连接水管，4~水箱顶盖，5~旋转水管，6~小齿轮，7~大齿轮，8~调速电机，9~转接管，10~喷头，11~轴承，12~针筒式活塞。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

参见图1和图2，一种可控喷洒装置，主要包括水箱1、直流水泵2、连接软管3和旋转水管5、针筒式活塞12、喷头10、旋转驱动装置、控制器各驱动电路。水箱1的顶盖4上设有通孔，水泵2位于水箱1内，连接软管3一端连接直流水泵2出水口，另一端穿过通孔并与针筒式活塞12固定连接，针筒式活塞12与旋转水管5配合连接并能相对转动，针筒式活塞12的出水口套在旋转水管5内，为了调整喷头的倾斜角度，旋转水管5另一端连接转接管9，转接管9上装有喷头10；旋转驱动装置由轴承11、大齿轮7、小齿轮6和调速电机8所组成，在旋转水管5靠近水箱的端部还安装有轴承11，轴承11与水箱顶盖的通孔同心设置并固定在水箱顶盖4上，大齿轮7安装在旋转水管5上，安装有小齿轮6的调速电机8固定在水箱顶盖4上，大齿轮7和小齿轮6相啮合；驱动电路采用现有技术中的L298驱动电路，控制器采用单片机，单片机可根据实际情况从现有技术中选择一款，最为本实施例的控制器，单片机的输出端连接驱动电路，驱动电路的输出端连接直流水泵2的电源输入端。上述安装有小齿轮6的调速电机8可以有2个或者3个或者是4个，分别安装在大齿轮7的旁边，用以同步驱动旋转水管5旋转。

以下简要介绍一下本实施例的一个应用实例，设所需喷洒场地为2m*2m的正方形（见附图3），由于图形具有对称性，只需取图形的代表部分进行数据分析，形成转动角度、喷洒距离和水泵电压的函数关系，从而形成正方形轨迹（见表1），据此可对其进行编程。

表1：正方形轨迹

θ（^。）	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45
											S （m）	2.000	2.007	2.030	2.070	2.128	2.206	2.309	2.441	2.610	2.828

θ（^。）	50	55	60	65	70	75	80	85	90
										S （m）	2.610	2.441	2.30	2.206	2.128	2.070	2.030	2.007	2.000

90^。~180^。，180^。~270^。，270^。~360^。这三个范围的数据和表1相同。（如图3）

因此，本发明能够控制喷洒出的水的形状及尺寸，从而充分高效利用水资源，也同时达到节约水资源的效果。

Claims

1.一种可控喷洒装置，其特征在于由水箱、直流水泵、连接水管、旋转水管，针筒式活塞、喷头、旋转驱动装置、驱动电路和控制器所构成，其中：

1）所述的水箱，其顶盖上设有通孔；

2）所述的直流水泵安装在水箱内；

2. 根据权利要求1所述的可控喷洒装置，其特征在于：所述的喷头通过一转接管与旋转水管垂直连通。

3. 根据权利要求1所述的可控喷洒装置，其特征在于：所述的旋转驱动装置中的调速电机为2—4个分别安装在大齿轮的旁边、用以同步驱动旋转水管旋转的调速电机。