CN104460717A - 一种滴灌系统的智能水位控制电路 - Google Patents
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Abstract
一种滴灌系统的智能水位控制电路，涉及到农业滴灌系统的水位控制电路，控制电路由电源电路、信号输入电路、电平转换电路和控制输出电路组成，其中，电源电路由整流变压器、全桥整流电路、滤波电容器a、稳压集成块和滤波电容器b构成，信号输入电路由水箱的高水位信号端、水箱的低水位信号端、水井的高液位信号端和水井的低液位信号端构成，电平转换电路由非门、与非门a、与非门b、与非门c、隔离二极管a和隔离二极管b构成，控制输出电路由驱动电阻、三极管、钳位二极管、继电器、控制输出相线端和控制输出零线端构成，继电器包括线圈和触点开关。本发明的智能水位控制电路配合滴灌系统工作，实现节水增产目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子电路，特别涉及到一种农业滴灌系统的水位控制电路。
背景技术
滴灌技术是按照农作物需水要求，通过低压管道系统与安装在毛管上的灌水器，将水和作物需要的养分一滴一滴、均匀而又缓慢地滴入作物根区土壤中的灌水方法。滴灌的主要特点是灌水量小，一次灌水延续时间较长，灌水的周期短，可以做到小水勤灌，能够较准确地控制灌水量，可减少无效的棵间蒸发，不会造成水的浪费，水的利用率可达95%，滴灌较喷灌具有更高的节水增产效果，同时可以结合施肥，提高肥效一倍以上。可适用于果树、蔬菜、经济作物以及温室大棚灌溉，在干旱缺水的地方也可用于大田作物灌溉。
但目前的滴灌技术存在的缺点是：滴灌是使用具有一定压力的水，滴灌系统必须配置水泵、过滤器、控制测量设备（压力表、控制阀、流量调节器等）、各级输配水管道和滴头，因此，滴灌系统造价较高，一度被称作“昂贵技术”，仅用于高附加值的经济作物中；由于杂质会使滴头易堵塞，因此应对水源进行严格的过滤处理，运行费用高。
中国专利申请号2014106872935公开了“一种毛细管滴灌系统”，利用毛细原理来实现滴灌目的，供水管道不需有压力；毛细管以吸附方式进行取水，且毛细管自身具有过滤作用，杂质不易进入到毛细管内，滴头不会堵塞。该系统主要由平衡水箱、供水管、引水支管、引水毛管和毛细管滴头组成，系统中，平衡水箱中的水位由控制器进行智能控制，因此，需要一种智能水位控制电路。
发明内容
本发明的目的是要为滴灌系统提供配套的智能水位控制电路，配合滴灌系统工作，实现节水增产目的。
本发明的一种滴灌系统的智能水位控制电路，其特征是控制电路由电源电路、信号输入电路、电平转换电路和控制输出电路组成，其中，电源电路由整流变压器（TC）、全桥整流电路（VD）、滤波电容器a（C1）、稳压集成块（IC1）和滤波电容器b（C2）构成，信号输入电路由水箱的高水位信号端（A）、水箱的低水位信号端（B）、水井的高液位信号端（C）和水井的低液位信号端（D）构成，电平转换电路由非门（IC2）、与非门a（IC3）、与非门b（IC4）、与非门c（IC5）、隔离二极管a（V1）和隔离二极管b（V2）构成，控制输出电路由驱动电阻（R6）、三极管（VT）、钳位二极管（V3）、继电器、控制输出相线端（L2）和控制输出零线端（N2）构成，继电器包括线圈（K）和触点开关（Ka）；整流变压器（TC）的初级线圈连接到电源的相线输入端（L1）和电源的零线输入端（N1），整流变压器（TC）的次级线圈连接到全桥整流电路（VD）的二个输入端，全桥整流电路（VD）的正极连接到滤波电容器a（C1）的正极和稳压集成块（IC1）的输入端，稳压集成块（IC1）的输出端与滤波电容器b（C2）的正极连接后构成直流工作电源（V+），全桥整流电路（VD）的负极、滤波电容器a（C1）的负极、滤波电容器b（C2）的负极和稳压集成块（IC1）的接地端连接后构成地线；水箱的高水位信号端（A）连接到隔离二极管a（V1）的阳极；水箱的低水位信号端（B）连接到非门（IC2）的输入端，非门（IC2）的输出端连接到与非门a（IC3）的第一输入端；水井的高液位信号端（C）连接到与非门a（IC3）的第二输入端，与非门a（IC3）的输出端连接到与非门c（IC5）的第一输入端；水井的低液位信号端（D）连接到与非门b（IC4）的第一输入端，与非门b（IC4）的输出端连接到隔离二极管b（V2）的阳极，隔离二极管b（V2）的阴极和隔离二极管a（V1）的阴极连接到与非门c（IC5）的第二输入端，与非门c（IC5）的输出端连接到与非门b（IC4）的第二输入端和驱动电阻（R6）的第一脚；驱动电阻（R6）的第二脚连接到三极管（VT）的基极，三极管（VT）的发射极连接到地线，三极管（VT）的集电极连接到钳位二极管（V3）的阳极和继电器线圈（K）的第二端，钳位二极管（V3）的阴极和继电器线圈（K）的第一端连接到直流工作电源（V+）；电源的相线输入端（L1）连接到继电器触点开关（Ka）的输入端，继电器触点开关（Ka）的输出端连接到控制输出相线端（L2），电源的零线输入端（N1）连接到控制输出零线端（N2）。
本发明中，控制电路中有馈电端（E）和隔离电阻（R1），馈电端（E）通过隔离电阻（R1）连接到直流工作电源（V+）；在非门（IC2）的输入端与地线之间有傍路电阻a（R2）；在与非门a（IC3）的第二输入端与地线之间有傍路电阻b（R3）；在与非门b（IC4）的第一输入端与地线之间有傍路电阻c（R4）；在与非门c（IC5）的第二输入端与地线之间有傍路电阻d（R5）；非门（IC2）、与非门a（IC3）、与非门b（IC4）及与非门c（IC5）共用一只具有四组二输入端的与非门集成电路，其中一组与非门的二个输入端进行合并，二个输入端合并的与非门作为非门（IC2）应用；与非门集成电路的电源端连接到直流工作电源（V+），与非门集成电路的地端连接到地线。
本发明作为滴灌系统的配套设备，配合滴灌系统工作。滴灌系统由水位控制器、水泵、水箱、供水管、引水支管、引水毛管和滴头组成，其中，本发明的智能水位控制电路安装在水位控制器的壳体内；供水管和引水支管上各有分支接口，滴头安装在引水毛管的上端，引水毛管的下端连接到引水支管的分支接口上，引水支管的进口端连接到供水管的分支接口上，供水管的进口端连接到水箱的供水输出接口上，水泵的吸水口通过吸水管连接到水井中，水泵的出水口通过管道进入到水箱中；水箱中有上限水位电极、下限水位电极和馈电电极，水箱的水源来自水井，水井中有高水位电极、低水位电极和馈电接头，智能水位控制电路中的高水位信号端（A）连接到水箱中的上限水位电极，低水位信号端（B）连接到水箱中的下限水位电极，高液位信号端（C）连接到水井中的高水位电极，低液位信号端（D）连接到水井中的低水位电极，水井中的馈电接头和水箱中的馈电电极连接到智能水位控制电路中的馈电端（E），智能水位控制电路中的控制输出相线端（L2）和控制输出零线端（N2）连接到水泵的电机绕组上。
上述的发明使用时，供水管的供水由水箱提供，水箱的水位由智能水位控制电路实现智能补水，智能水位控制电路的相线输入端（L1）和零线输入端（N1）连接到220V的交流电源上。当水箱中的水位低于下限水位时，智能水位控制电路中的控制输出电路向水泵的电机绕组输电，使水泵运行，对水箱进行补水；当水箱中的水位达到上限水位时，智能水位控制电路中的控制输出电路便停止输电，使水泵停止。水箱的水位自动保持在下限水位与上限水位之间，滴头便源源不断有水滴出。本发明的智能水位控制电路中有水井的高液位信号端（C）和水井的低液位信号端（D），与水井中的高水位电极、低水位电极配合，在控制水箱中水位的同时，对水井中的水位进行联动控制，以防止水井的水被抽干，水泵空转而致损坏。
本发明的智能水位控制电路工作原理是：当水箱中的水位处于上限水位电极与下限水位电极之间时，保持水泵的运行或停止状态；当水箱中的水位低于下限水位电极时，低水位信号端（B）失去电信号，非门（IC2）的输入端为低电平，非门（IC2）的输出端转换为高电平，与非门a（IC3）的第一输入端同为高电平，使与非门a（IC3）的输出端及与非门c（IC5）的第一输入端反转为低电平，与非门c（IC5）的输出端转换为高电平，与非门c（IC5）输出端的高电平通过驱动电阻（R6）输入到三极管（VT）的基极，使三极管（VT）导通，继电器的线圈（K）通电，继电器的触点开关（Ka）被吸合，水泵的电机通电运行，水泵从水井中抽水对水箱进行补水，这时，与非门c（IC5）输出端的高电平反馈到与非门b（IC4）的第二输入端，使与非门b（IC4）的输出端转换为低电平，以维持水箱中的水位高于下限水位电极而低于上限水位电极时的水泵运行状态；当水箱中的水位上升接触到上限水位电极时，高水位信号端（A）得电，高电平通过隔离二极管a（V1）输入到与非门c（IC5）的第二输入端，使与非门c（IC5）的输出端转换为低电平，三极管（VT）截止，继电器的线圈（K）断电，继电器的触点开关（Ka）释放，水泵的电机断电停止，这时，与非门c（IC5）输出端的低电平反馈到与非门b（IC4）的第二输入端，使与非门b（IC4）的输出端反转为高电平，以维持水箱中的水位低于上限水位电极而高于下限水位电极时的水泵停止状态。在水泵运行从水井中抽水时，当水井中的水位低于低水位电极时，与非门b（IC4）的第一输入端转换为低电平，使与非门b（IC4）的输出端反转为高电平，高电平通过隔离二极管b（V2）输入到与非门c（IC5）的第二输入端，使与非门c（IC5）的输出端转换为低电平，三极管（VT）截止，继电器的线圈（K）断电，继电器的触点开关（Ka）释放，水泵的电机断电停止，这时，与非门c（IC5）输出端的低电平反馈到与非门b（IC4）的第二输入端，使与非门b（IC4）的输出端反转为高电平，以维持水井中的水位高于低水位电极而低于高水位电极时的水泵停止状态，避免水泵频繁起动而致损坏；当水井中的水位升高达到或高于高水位电极时，与非门a（IC3）的第二输入端为高电平，如这时水箱中的水位高于下限水位电极，与非门a（IC3）的第一输入端为低电平，与非门a（IC3）的输出端为高电平，与非门c（IC5）的输出端保持低电平；在水井中的水位升高达到或高于高水位电极时，如水箱中的水位低于下限水位电极，与非门a（IC3）的第一输入端为高电平，这时，与非门a（IC3）的二个输入端同为高电平，与非门a（IC3）的输出端为低电平，使与非门c（IC5）的输出端转换为高电平，水泵运行抽水，这时，与非门b（IC4）的第二输入端为高电平，防止水井中的水位在高水位电极上下波动时频繁起动水泵，直至水箱中的水位到达上限水位电极，水泵停止。
本发明的有益效果是：为滴灌系统提供配套的智能水位控制电路，配合滴灌系统工作，实现节水增产目的。本发明对水箱中的水位和水井中的水位同时进行取样，实现联动控制，以防止水井的水被抽干时，水泵空转而致损坏。
附图说明
附图是本发明的一种滴灌系统的智能水位控制电路图。
图中：R1.隔离电阻，R2.傍路电阻a，R3.傍路电阻b，R4.傍路电阻c，R5.傍路电阻d，R6.驱动电阻，C1.滤波电容器a，C2.滤波电容器b，VD.全桥整流电路，V1.隔离二极管a，V2.隔离二极管b，V3.钳位二极管，VT.三极管，IC1.稳压集成块，IC2.非门，IC3.与非门a，IC4.与非门b，IC5.与非门c，TC.整流变压器，K.继电器的线圈，Ka.继电器的触点开关，V+.直流工作电源，N1.电源的零线输入端，L1.电源的相线输入端，N2.控制输出零线端，L2.控制输出相线端，A.水箱的高水位信号端，B.水箱的低水位信号端，C.水井的高液位信号端，D.水井的低液位信号端，E.馈电端。
具体实施方式
实施例 附图所示的实施方式中，一种滴灌系统的智能水位控制电路由电源电路、信号输入电路、电平转换电路和控制输出电路组成，其中，电源电路由整流变压器（TC）、全桥整流电路（VD）、滤波电容器a（C1）、稳压集成块（IC1）和滤波电容器b（C2）构成，信号输入电路由水箱的高水位信号端（A）、水箱的低水位信号端（B）、水井的高液位信号端（C）和水井的低液位信号端（D）构成，电平转换电路由非门（IC2）、与非门a（IC3）、与非门b（IC4）、与非门c（IC5）、隔离二极管a（V1）和隔离二极管b（V2）构成，控制输出电路由驱动电阻（R6）、三极管（VT）、钳位二极管（V3）、继电器、控制输出相线端（L2）和控制输出零线端（N2）构成，继电器包括线圈（K）和触点开关（Ka）；整流变压器（TC）的初级线圈连接到电源的相线输入端（L1）和电源的零线输入端（N1），整流变压器（TC）的次级线圈连接到全桥整流电路（VD）的二个输入端，全桥整流电路（VD）的正极连接到滤波电容器a（C1）的正极和稳压集成块（IC1）的输入端，稳压集成块（IC1）的输出端与滤波电容器b（C2）的正极连接后构成直流工作电源（V+），全桥整流电路（VD）的负极、滤波电容器a（C1）的负极、滤波电容器b（C2）的负极和稳压集成块（IC1）的接地端连接后构成地线；水箱的高水位信号端（A）连接到隔离二极管a（V1）的阳极；水箱的低水位信号端（B）连接到非门（IC2）的输入端，在非门（IC2）的输入端与地线之间有傍路电阻a（R2），非门（IC2）的输出端连接到与非门a（IC3）的第一输入端；水井的高液位信号端（C）连接到与非门a（IC3）的第二输入端，在与非门a（IC3）的第二输入端与地线之间有傍路电阻b（R3），与非门a（IC3）的输出端连接到与非门c（IC5）的第一输入端；水井的低液位信号端（D）连接到与非门b（IC4）的第一输入端，在与非门b（IC4）的第一输入端与地线之间有傍路电阻c（R4），与非门b（IC4）的输出端连接到隔离二极管b（V2）的阳极，隔离二极管b（V2）的阴极和隔离二极管a（V1）的阴极连接到与非门c（IC5）的第二输入端，在与非门c（IC5）的第二输入端与地线之间有傍路电阻d（R5），与非门c（IC5）的输出端连接到与非门b（IC4）的第二输入端和驱动电阻（R6）的第一脚；驱动电阻（R6）的第二脚连接到三极管（VT）的基极，三极管（VT）的发射极连接到地线，三极管（VT）的集电极连接到钳位二极管（V3）的阳极和继电器线圈（K）的第二端，钳位二极管（V3）的阴极和继电器线圈（K）的第一端连接到直流工作电源（V+）；电源的相线输入端（L1）连接到继电器触点开关（Ka）的输入端，继电器触点开关（Ka）的输出端连接到控制输出相线端（L2），电源的零线输入端（N1）连接到控制输出零线端（N2）。本实施例中，控制电路中有馈电端（E）和隔离电阻（R1），馈电端（E）通过隔离电阻（R1）连接到直流工作电源（V+）；非门（IC2）、与非门a（IC3）、与非门b（IC4）及与非门c（IC5）共用一只具有四组二输入端的与非门集成电路，其中一组与非门的二个输入端进行合并，二个输入端合并的与非门作为非门（IC2）应用，与非门集成电路的电源端连接到直流工作电源（V+），与非门集成电路的地端连接到地线，与非门集成电路选用CC4011型号的CMOS数字集成电路。
本实施例作为滴灌系统的配套设备，配合滴灌系统工作。滴灌系统由水位控制器、水泵、水箱、供水管、引水支管、引水毛管和滴头组成，其中，本实施例的智能水位控制电路安装在水位控制器的壳体内；供水管和引水支管上各有分支接口，滴头安装在引水毛管的上端，引水毛管的下端连接到引水支管的分支接口上，引水支管的进口端连接到供水管的分支接口上，供水管的进口端连接到水箱的供水输出接口上，水泵的吸水口通过吸水管连接到水井中，水泵的出水口通过管道进入到水箱中；水箱中有上限水位电极、下限水位电极和馈电电极，水箱的水源来自水井，水井中有高水位电极、低水位电极和馈电接头，智能水位控制电路中的高水位信号端（A）连接到水箱中的上限水位电极，低水位信号端（B）连接到水箱中的下限水位电极，高液位信号端（C）连接到水井中的高水位电极，低液位信号端（D）连接到水井中的低水位电极，水井中的馈电接头和水箱中的馈电电极连接到智能水位控制电路中的馈电端（E），智能水位控制电路中的控制输出相线端（L2）和控制输出零线端（N2）连接到水泵的电机绕组上。
上述的实施例使用时，供水管的供水由水箱提供，水箱的水位由智能水位控制电路实现智能补水，智能水位控制电路的相线输入端（L1）和零线输入端（N1）连接到220V的交流电源上。当水箱中的水位低于下限水位时，智能水位控制电路中的控制输出电路向水泵的电机绕组输电，使水泵运行，对水箱进行补水；当水箱中的水位达到上限水位时，智能水位控制电路中的控制输出电路便停止输电，使水泵停止。水箱的水位自动保持在下限水位与上限水位之间，滴头便源源不断有水滴出。
上述的实施例在工作时，当水箱中的水位处于上限水位电极与下限水位电极之间时，保持水泵的运行或停止状态；当水箱中的水位低于下限水位电极时，低水位信号端（B）失去电信号，非门（IC2）的输入端为低电平，非门（IC2）的输出端转换为高电平，与非门a（IC3）的第一输入端同为高电平，使与非门a（IC3）的输出端及与非门c（IC5）的第一输入端反转为低电平，与非门c（IC5）的输出端转换为高电平，与非门c（IC5）输出端的高电平通过驱动电阻（R6）输入到三极管（VT）的基极，使三极管（VT）导通，继电器的线圈（K）通电，继电器的触点开关（Ka）被吸合，水泵的电机通电运行，水泵从水井中抽水对水箱进行补水，这时，与非门c（IC5）输出端的高电平反馈到与非门b（IC4）的第二输入端，使与非门b（IC4）的输出端转换为低电平，以维持水箱中的水位高于下限水位电极而低于上限水位电极时的水泵运行状态；当水箱中的水位上升接触到上限水位电极时，高水位信号端（A）得电，高电平通过隔离二极管a（V1）输入到与非门c（IC5）的第二输入端，使与非门c（IC5）的输出端转换为低电平，三极管（VT）截止，继电器的线圈（K）断电，继电器的触点开关（Ka）释放，水泵的电机断电停止，这时，与非门c（IC5）输出端的低电平反馈到与非门b（IC4）的第二输入端，使与非门b（IC4）的输出端反转为高电平，以维持水箱中的水位低于上限水位电极而高于下限水位电极时的水泵停止状态。在水泵运行从水井中抽水时，当水井中的水位低于低水位电极时，与非门b（IC4）的第一输入端转换为低电平，使与非门b（IC4）的输出端反转为高电平，高电平通过隔离二极管b（V2）输入到与非门c（IC5）的第二输入端，使与非门c（IC5）的输出端转换为低电平，三极管（VT）截止，继电器的线圈（K）断电，继电器的触点开关（Ka）释放，水泵的电机断电停止，这时，与非门c（IC5）输出端的低电平反馈到与非门b（IC4）的第二输入端，使与非门b（IC4）的输出端反转为高电平，以维持水井中的水位高于低水位电极而低于高水位电极时的水泵停止状态，避免水泵频繁起动而致损坏；当水井中的水位升高达到或高于高水位电极时，与非门a（IC3）的第二输入端为高电平，如这时水箱中的水位高于下限水位电极，与非门a（IC3）的第一输入端为低电平，与非门a（IC3）的输出端为高电平，与非门c（IC5）的输出端保持低电平；在水井中的水位升高达到或高于高水位电极时，如水箱中的水位低于下限水位电极，与非门a（IC3）的第一输入端为高电平，这时，与非门a（IC3）的二个输入端同为高电平，与非门a（IC3）的输出端为低电平，使与非门c（IC5）的输出端转换为高电平，水泵运行抽水，这时，与非门b（IC4）的第二输入端为高电平，防止水井中的水位在高水位电极上下波动时频繁起动水泵，直至水箱中的水位到达上限水位电极，水泵停止。
Claims (4)
1.一种滴灌系统的智能水位控制电路，其特征是控制电路由电源电路、信号输入电路、电平转换电路和控制输出电路组成，其中，电源电路由整流变压器（TC）、全桥整流电路（VD）、滤波电容器a（C1）、稳压集成块（IC1）和滤波电容器b（C2）构成，信号输入电路由水箱的高水位信号端（A）、水箱的低水位信号端（B）、水井的高液位信号端（C）和水井的低液位信号端（D）构成，电平转换电路由非门（IC2）、与非门a（IC3）、与非门b（IC4）、与非门c（IC5）、隔离二极管a（V1）和隔离二极管b（V2）构成，控制输出电路由驱动电阻（R6）、三极管（VT）、钳位二极管（V3）、继电器、控制输出相线端（L2）和控制输出零线端（N2）构成，继电器包括线圈（K）和触点开关（Ka）；
整流变压器（TC）的初级线圈连接到电源的相线输入端（L1）和电源的零线输入端（N1），整流变压器（TC）的次级线圈连接到全桥整流电路（VD）的二个输入端，全桥整流电路（VD）的正极连接到滤波电容器a（C1）的正极和稳压集成块（IC1）的输入端，稳压集成块（IC1）的输出端与滤波电容器b（C2）的正极连接后构成直流工作电源（V+），全桥整流电路（VD）的负极、滤波电容器a（C1）的负极、滤波电容器b（C2）的负极和稳压集成块（IC1）的接地端连接后构成地线；
水箱的高水位信号端（A）连接到隔离二极管a（V1）的阳极；水箱的低水位信号端（B）连接到非门（IC2）的输入端，非门（IC2）的输出端连接到与非门a（IC3）的第一输入端；水井的高液位信号端（C）连接到与非门a（IC3）的第二输入端，与非门a（IC3）的输出端连接到与非门c（IC5）的第一输入端；水井的低液位信号端（D）连接到与非门b（IC4）的第一输入端，与非门b（IC4）的输出端连接到隔离二极管b（V2）的阳极，隔离二极管b（V2）的阴极和隔离二极管a（V1）的阴极连接到与非门c（IC5）的第二输入端，与非门c（IC5）的输出端连接到与非门b（IC4）的第二输入端和驱动电阻（R6）的第一脚；
驱动电阻（R6）的第二脚连接到三极管（VT）的基极，三极管（VT）的发射极连接到地线，三极管（VT）的集电极连接到钳位二极管（V3）的阳极和继电器线圈（K）的第二端，钳位二极管（V3）的阴极和继电器线圈（K）的第一端连接到直流工作电源（V+）；电源的相线输入端（L1）连接到继电器触点开关（Ka）的输入端，继电器触点开关（Ka）的输出端连接到控制输出相线端（L2），电源的零线输入端（N1）连接到控制输出零线端（N2）。
2. 根据权利要求1所述的一种滴灌系统的智能水位控制电路，其特征是控制电路中有馈电端（E）和隔离电阻（R1），馈电端（E）通过隔离电阻（R1）连接到直流工作电源（V+）。
3. 根据权利要求1所述的一种滴灌系统的智能水位控制电路，其特征是在非门（IC2）的输入端与地线之间有傍路电阻a（R2）；在与非门a（IC3）的第二输入端与地线之间有傍路电阻b（R3）；在与非门b（IC4）的第一输入端与地线之间有傍路电阻c（R4）；在与非门c（IC5）的第二输入端与地线之间有傍路电阻d（R5）。
4. 根据权利要求1所述的一种滴灌系统的智能水位控制电路，其特征是非门（IC2）、与非门a（IC3）、与非门b（IC4）及与非门c（IC5）共用一只具有四组二输入端的与非门集成电路，其中一组与非门的二个输入端进行合并，二个输入端合并的与非门作为非门（IC2）应用；与非门集成电路的电源端连接到直流工作电源（V+），与非门集成电路的地端连接到地线。
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