CN104285759B - 具有太阳能和水力发电的喷头以及喷头灌溉网络 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有太阳能和水力发电的喷头以及喷头灌溉网络。该喷头包括喷头主体，设置在所述喷头主体上的太阳能供电装置和开机信号接收装置、与所述开机信号接收装置电连接以基于开机信号开启的水力发电机、与所述水力发电机电连接的电压转换模块，所述电压转换模块电连接所述喷头主体的电磁阀以为所述电磁阀供电，所述太阳能供电装置电连接所述喷头主体的控制模块以为所述控制模块供电。实施本发明的具有太阳能和水力发电的喷头和喷头灌溉网络，具有以下有益效果。首先通过太阳能供电装置在喷头不工作时供电，而水力发电机在喷头工作时供电，不但节能便利还易于维护。

Description

具有太阳能和水力发电的喷头以及喷头灌溉网络

技术领域

本发明涉及远程灌溉系统，更具体地说，涉及一种具有太阳能和水力发电的喷头以及喷头灌溉网络。

背景技术

在现有农业方面，为了保证作物生长发育需要，需要对植物供水进行定量定时控制。现有技术中多半采用人工灌溉，然而人工灌溉需要大量的人力消耗，劳动强度大，水资源浪费大，要真正实现节水灌溉非常困难。

然而，现有技术的远程灌溉系统，为了对设置在田间地头的喷头进行控制，通常需要铺设大量电缆，对喷头进行供电。因此，其不但使用不便还造成人力、物力成本的增加，并且后期维护成本较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述使用不便还造成人力、物力成本的增加，并且后期维护成本较大的缺陷，提供一种节能便利，易于维护的具有太阳能和水力发电的喷头。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种具有太阳能和水力发电的喷头，包括喷头主体，其特征在于，进一步包括：设置在所述喷头主体上的太阳能供电装置和开机信号接收装置、与所述开机信号接收装置电连接以基于开机信号开启的水力发电机、与所述水力发电机电连接的电压转换模块，所述电压转换模块电连接所述喷头主体的电磁阀以为所述电磁阀供电，所述太阳能供电装置电连接所述喷头主体的控制模块以为所述控制模块供电。

在本发明所述的具有太阳能和水力发电的喷头中，所述太阳能供电装置包括设置在所述喷头主体的喷水口处的太阳能板、电连接所述太阳能板且控制所述太阳能板安全充放电的太阳能板控制模块、以及与所述太阳能板控制模块电连接的太阳能蓄电池。

在本发明所述的具有太阳能和水力发电的喷头中，所述水力发电机为交流式水力发电机，所述电压转换模块包括与所述水力发电机电连接、用于在所述水力发电机供电时整形水力发电交流电压且将所述水力发电交流电压转换成输出直流电压的AC/DC变换器，接收所述输出直流电压并将所述输出直流电压提供给所述电磁阀的IGBT。

在本发明所述的具有太阳能和水力发电的喷头中，所述水力发电机为直流式水力发电机，所述电压转换模块包括从所述水力发电机接收水力发电直流电压并将所述水力发电交流电压提供给所述电磁阀的IGBT。

在本发明所述的具有太阳能和水力发电的喷头中，所述水力发电机设置在为所述喷头主体供水的主水管中，所述主水管与多个分水管连接，每个分水管分别与一个喷头主体连接。

在本发明所述的具有太阳能和水力发电的喷头中，所述喷水口为圆形，所述太阳能板环绕所述喷水口设置，且所述太阳能板上设防水层。

本发明解决其技术问题采用的另一技术方案是，构造一种喷头灌溉网络，包括多个所述的喷头、以及设置在每个喷头上可以彼此通信的无线信号收发器。

在本发明所述的喷头灌溉网络中，每个所述无线信号收发器包括：用于从其他无线信号收发器接收控制信号的控制信号接收模块，用于向其他无线信号收发器发送状态信号的状态信号发送模块，用于从其他无线信号收发器接收所述状态信号的状态信号接收模块，基于所述控制信号和所述状态信号计算出传递所述控制信号的最短传送路径、并基于所述最短传送路径寻找到接收所述控制信号的下一目地喷头位置的位置计算模块、用于将所述控制信号转发到所述下一目地喷头位置的控制信号发送模块。

在本发明所述的喷头灌溉网络中，所述位置计算模块包括：用于基于所述状态信号选择正常工作的全部喷头的喷头选择单元，基于所述全部喷头和所述控制信号计算传递所述控制信号的所述最短传送路径的路径选择单元，以及基于所述最短传送路径决定所述下一目地喷头位置的位置选择单元。

在本发明所述的喷头灌溉网络中，所述位置计算模块包括：喷头选择单元，用于基于所述状态信号选择正常工作的全部喷头，路径计算单元，基于所述全部喷头和所述控制信号计算传递所述控制信号的所述最短传送路径，以及基于所述最短传送路径决定所述下一目地喷头位置的位置选择单元。

实施本发明的具有太阳能和水力发电的喷头和喷头灌溉网络，具有以下有益效果。首先通过太阳能供电装置在喷头不工作时供电，而水力发电机在喷头工作时供电，不但节能便利还易于维护。更进一步地，采用特定设置的电压转换模块，使得电源切换结构简单、成本较低且效率较高。并且通过特定设置的喷头灌溉网络，可以防止部分喷头损坏时，喷头灌溉网络失效。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的具有太阳能和水力发电的喷头的原理示意图；

图2是本发明的具有太阳能和水力发电的喷头的太阳能供电装置的原理示意图；

图3是本发明的具有太阳能和水力发电的喷头的结构示意图；

图4是本发明的具有太阳能和水力发电的喷头的太阳能板的位置示意图；

图5是本发明的具有太阳能和水力发电的电压转换模块的原理示意图；

图6是本发明的喷头灌溉网络的原理示意图；

图7是本发明的喷头灌溉网络的所述无线信号收发器的原理示意图；

图8是本发明的喷头灌溉网络的所述无线信号收发器的另一原理示意图。

具体实施方式

图1是本发明的具有太阳能和水力发电的喷头的原理示意图。如图1所示，本发明的具有太阳能和水力发电的喷头包括喷头主体11、设置在所述喷头主体11上的太阳能供电装置12和开机信号接收装置14、与所述开机信号接收装置14电连接以基于开机信号开启的水力发电机13、与所述水力发电机13电连接的电压转换模块15。所述电压转换模块15电连接所述喷头主体11的电磁阀17以为所述电磁阀17供电，所述太阳能供电装置12电连接所述喷头主体11的控制模块16以为所述控制模块16供电。

在本发明中，所述开机信号接收装置14可以是无线信号收发电路或模块。当其从控制基站或者控制中心接收到开启喷头的开机信号时，开启水力发电机13。在本发明的优选实施例中，所述开机信号接收装置14可基于开机信号设置水力发电机13的开机时间。

在本发明中，所述太阳能供电装置12、喷头主体11、所述水力发电机13、所述电压转换模块15、所述电磁阀17和所述控制模块16都可以采用现有技术中任何已知的太阳能供设备、喷头主体、水力发电机、电压转换装置、电磁阀和控制电路构建。

在本发明中，所述水力发电机13可以是交流式水力发电机或者是直流式水力发电机。基于所述水力发电机13的类型，所述电压转换模块15可包括AC/DC变换器(或DC/DC变换器)以及IGBT。所述电磁阀17可以是直流脉冲电磁阀。所述控制模块16可以是控制芯片，控制电路、微处理器等等。

图2示出了优选的太阳能供电装置12的示意图。如图2所示。所述太阳能供电装置12包括设置在所述喷头主体11的喷水口处的太阳能板121、电连接所述太阳能板121且控制所述太阳能板121安全充放电的太阳能板控制模块122、以及与所述太阳能板控制模块122电连接的太阳能蓄电池123。在本发明中，还可以使用其他太阳能供电装置。

在本发明中，当所述喷头主体开启的时候，开机信号接收装置14发送开机信号，开启水力发电机13，从而通过水力发电机13给电磁阀17供电以满足喷头主体的电力需要，而在所述喷头不工作的时候，仅仅采用太阳能供电装置12给控制模块16供电，从而提供喷头空闲状态的待机电压、无线信号电压的电力需要，进而避免了电力的浪费。并且供电电路简单，既节能便利，又易于维护。

图3是本发明的具有太阳能和水力发电的喷头的结构示意图。如图3所示，太阳能供电装置12的太阳能板121设置在所述喷头主体11的顶板112上。该顶板112上还设置有喷水口111。该太阳能板121设置在喷水口111外侧，以充分接触阳光。所述水力发电机13设置在为所述喷头主体11供水的主水管23中，所述主水管23与多个分水管21连接，每个分水管21可以分别与一个喷头主体11连接。在本发明的优选实施例中，一个水力发电机13可以为多个工作的喷头主体11供电。在本发明的另一优选实施例中，每个喷头主体11上均设置一个太阳能板121。多个太阳能板121收集的电量传送到同一个太阳能蓄电池，并且通过该同一个太阳能蓄电池对各个空闲的喷头主体进行供电。

图4是本发明的具有太阳能和水力发电的喷头的太阳能板的位置示意图。如图4所示，所述喷水口111为圆形，所述太阳能板121环绕所述喷水口111设置，且几乎铺满整个顶板112，以尽量扩大其吸收太阳能的表面积，且所述太阳能板121上设防水层。在本发明的其他实施例中，也可以在所述顶板112的其他位置设置所述喷水口111。并且所述喷水口111也可以是其他形状。比如，椭圆形、方形、矩形等等。

图5是本发明的具有太阳能和水力发电的电压转换模块的原理示意图。如图5所示，所述水力发电机13为交流式水力发电机。所述电压转换模块15包括AC/DC变换器151和IGBT152。AC/DC变换器151与所述水力发电机13电连接、用于在所述水力发电机13供电时整形水力发电交流电压且将所述水力发电交流电压转换成输出直流电压。IGBT152的源极接地，栅极接收所述输出直流电压，漏极连接所述喷头主体11的电磁阀17。因而，在水力发电机13供电时，AC/DC变换器151将水力发电机13生成的交流电转换成直流电，并施加到IGBT152的栅极，使得IGBT152导通，从而将直流电压传送给所述喷头主体11的电磁阀17。

在本发明的其他实施例中，所述水力发电机13可以是直流式水力发电机。此时所述电压转换模块15仅包括IGBT152。此时IGBT152的源极接地，栅极连接该水力发电机13，漏极连接所述喷头主体11的电磁阀17。因而，在水力发电机13供电时，水力发电机13生成的直流电直接施加到IGBT152的栅极，使得IGBT152导通，从而将直流电压传送给所述喷头主体11的电磁阀17。在本发明的其他优选实施例中，所述电压转换模块15还可以包括设置在所述IGBT152和所述水力发电机13之间的DC/DC变换器以调整提供给电磁阀17的直流电压。

图6是本发明的喷头灌溉网络的原理示意图。如图6所示，该喷头灌溉网络，包括多个喷头、设置在每个喷头上可以彼此通信的无线信号收发器。图6中仅对部分喷头1-5给出附图标记。本领域技术人员知悉，图6中所示的各个喷头可以按照图1-5中所示的具有太阳能和水力发电的喷头构建。基于本发明的教导，本领域技术人员可能构建这样的喷头灌溉网络。

图7是本发明的喷头灌溉网络的所述无线信号收发器的原理示意图。如图7所示，在本发明的喷头灌溉网络中每个所述无线信号收发器20包括：控制信号接收模块201、状态信号发送模块205、状态信号接收模块202、控制信号发送模块204和位置计算模块203。其中所述控制信号接收模块201用于从其他无线信号收发器接收控制信号。该控制信号中可以包含控制指令，该控制指令需要到达的喷头位置的等等。所述状态信号发送模块205用于向其他无线信号收发器发送状态信号。所述状态信号可以包括喷头的损坏状况、喷头的序号等等。所述状态信号接收模块202用于从其他无线信号收发器接收所述状态信号。所述位置计算模块203基于所述控制信号和所述状态信号计算出传递所述控制信号的最短传送路径、并基于所述最短传送路径寻找到接收所述控制信号的下一目地喷头位置。所述控制信号发送模块204用于将所述控制信号转发到所述下一目地喷头位置。

例如，该控制信号接收模块201、状态信号接收模块202可以是蓝牙接收器、红外接收器、音频接收器、射频接收器等等。而该状态信号发送模块205和控制信号发送模块204可以是蓝牙发送器、红外发送器、音频是器、射频发送器等等。

所述位置计算模块203可以是微处理器，其基于控制信号中的控制指令需要到达的喷头位置，以及状态信号中喷头的损坏状况、喷头的序号等信息，从喷头网络中选择一条可以到达该喷头位置的最短传送路径。该路径选择可以通过现有技术中的任何最短路径选择方法来实现。接着所述位置计算模块203按照最短传送路径将下一个喷头位置发送给控制信号发送模块204。接着控制信号发送模块204将所述控制信号转发到所述下一目地喷头位置。

在本发明的一个实施例中，所述位置计算模块203包括用于基于所述状态信号选择正常工作的全部喷头的喷头选择单元，基于所述全部喷头和所述控制信号计算传递所述控制信号的所述最短传送路径的路径选择单元，以及基于所述最短传送路径决定所述下一目地喷头位置的位置选择单元。

以图6为例对上述原理进行说明。喷头1从控制中心接收到控制信号之后，对该信号进行解析，发现该控制信号需要从喷头1的无线信号收发器传送到喷头3的无线信号收发器。这时喷头选择单元首先基于状态信号判定那些喷头是正常工作的。此时，判定喷头2不正常，其他喷头均正常。那么路径选择单元将基于剩余的正常喷头选择最短路径，此时发现喷头1-喷头5-喷头3的最短路径。随后，位置选择单元确定控制信号的下一喷头位置将为喷头3。

图8是本发明的喷头灌溉网络的所述无线信号收发器的另一原理示意图。如图8所示，所述位置计算模块203包括基于所述控制信号计算传递所述控制信号的全部传送路径的路径计算单元301，基于所述全部传送路径和所述状态信号选择所述全部传送路径中喷头全部正常工作的最短正常传送路径的路径选择单元302、基于所述最短正常传送路径决定所述下一目地喷头位置的位置终选单元303。

同样以图6为例对上述原理进行说明。喷头1从控制中心接收到控制信号之后，对该信号进行解析，发现该控制信号需要从喷头1的无线信号收发器传送到喷头3的无线信号收发器时，路径计算单元301首先计算出从喷头1到喷头3的全部路径包括喷头1-喷头2-喷头3、喷头1-喷头5-喷头3、喷头1-喷头4-喷头2-喷头3.......。随后路径选择单元302基于每个喷头的状态信号和上述全部路径，选择喷头全部正常工作的最短正常传送路径。例如，当喷头2为正常时，选择路径喷头1-喷头2-喷头3，当喷头2损坏，但是喷头5正常时，选择喷头1-喷头5-喷头3，同理类推。此后，位置终选单元303基于决定的传输路径，例如选择喷头2或者喷头5或者其他喷头为下一喷头位置。

实施本发明的喷头灌溉网络，可以通过特定设置的喷头灌溉网络，可以防止部分喷头损坏时，喷头灌溉网络失效。

虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (8)

1.一种喷头灌溉网络，包括多个喷头、以及设置在每个喷头上可以彼此通信的无线信号收发器；每个所述无线信号收发器包括：用于从其他无线信号收发器接收控制信号的控制信号接收模块，用于向其他无线信号收发器发送状态信号的状态信号发送模块，用于从其他无线信号收发器接收所述状态信号的状态信号接收模块，基于所述控制信号和所述状态信号计算出传递所述控制信号的最短传送路径、并基于所述最短传送路径寻找到接收所述控制信号的下一目地喷头位置的位置计算模块、用于将所述控制信号转发到所述下一目地喷头位置的控制信号发送模块；所述喷头包括喷头主体，设置在所述喷头主体上的太阳能供电装置和开机信号接收装置、与所述开机信号接收装置电连接以基于开机信号开启的水力发电机、与所述水力发电机电连接的电压转换模块，所述电压转换模块电连接所述喷头主体的电磁阀以为所述电磁阀供电，所述太阳能供电装置电连接所述喷头主体的控制模块以为所述控制模块供电。

2.根据权利要求1所述的喷头灌溉网络，其特征在于，所述位置计算模块包括：基于所述控制信号计算传递所述控制信号的全部传送路径的路径计算单元，基于所述全部传送路径和所述状态信号选择所述全部传送路径中喷头全部正常工作的最短正常传送路径的路径选择单元、基于所述最短正常传送路径决定所述下一目地喷头位置的位置终选单元。

3.根据权利要求1所述的喷头灌溉网络，其特征在于，所述位置计算模块包括：用于基于所述状态信号选择正常工作的全部喷头的喷头选择单元，基于所述全部喷头和所述控制信号计算传递所述控制信号的所述最短传送路径的路径选择单元，以及基于所述最短传送路径决定所述下一目地喷头位置的位置选择单元。

4.根据权利要求1所述的喷头灌溉网络，其特征在于，所述太阳能供电装置包括设置在所述喷头主体的喷水口处的太阳能板、电连接所述太阳能板且控制所述太阳能板安全充放电的太阳能板控制模块、以及与所述太阳能板控制模块电连接的太阳能蓄电池。

5.根据权利要求4所述的喷头灌溉网络，其特征在于，所述水力发电机为交流式水力发电机，所述电压转换模块包括与所述水力发电机电连接、用于在所述水力发电机供电时整形水力发电交流电压且将所述水力发电交流电压转换成输出直流电压的AC/DC变换器，接收所述输出直流电压并将所述输出直流电压提供给所述电磁阀的IGBT。

6.根据权利要求4所述的喷头灌溉网络，其特征在于，所述水力发电机为直流式水力发电机，所述电压转换模块包括从所述水力发电机接收水力发电直流电压并将所述水力发电直流电压提供给所述电磁阀的IGBT。

7.根据权利要求1所述的喷头灌溉网络，其特征在于，所述水力发电机设置在为所述喷头主体供水的主水管中，所述主水管与多个分水管连接，每个分水管分别与一个喷头主体连接。

8.根据权利要求4所述的喷头灌溉网络，其特征在于，所述喷水口为圆形，所述太阳能板环绕所述喷水口设置，且所述太阳能板上设防水层。