CN105145291B - 全自动集雨蓄水浇灌装置及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动集雨蓄水浇灌装置及其运行方法，涉及雨水收集利用技术领域。本全自动集雨蓄水浇灌装置包括太阳能光伏发电系统、雨水收集系统、浇灌系统和智能控制系统。太阳能光伏发电系统利用太阳能电池板将太阳光能直接转化为电能，提供装置工作所需能源；雨水收集系统用于根据大气降雨条件收集雨水；浇灌系统用于根据土壤湿度和植物需水量形成相应的灌溉供水源头；智能控制系统用于接收各类传感器信号控制其他系统协同工作。本发明能够实现降雨的自动收集与植物自动浇灌，应用前景广阔。

Description

全自动集雨蓄水浇灌装置及其运行方法

技术领域

本发明涉及雨水收集利用技术领域，特别涉及一种全自动集雨蓄水浇灌装置及其运行方法。

背景技术

全球性水资源短缺关系到粮食安全、生态安全、环境安全和经济安全，甚至生命安全，是当前亟待解决的重大问题。根据水利部官方统计，我国当前水资源短缺情况十分突出，淡水资源量人均只有2200立方米，仅为世界人均水平的四分之一，在世界上名列第121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。近年来，受全球气候变化影响，全球范围内暴雨洪水和泥石流灾害频繁，山区和城市多次遭受特大暴雨，城市引发了十分严重的内涝灾害。2015年4月，我国首批“海绵城市”建设试点城市名单正式公布，标志着我国在城市建设过程中更加注重人水和谐，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。雨水收集利用既可以降低内涝发生几率、减少排涝系统建设工程量、减轻河道的排水压力，也可以缓解水资源短缺的压力。雨水收集利用是实现雨水资源化、涵养地下水、减轻城市洪涝和排水系统压力、改善和修复城市水环境的重要手段，已经成为缓解水资源短缺、减轻雨洪危害、提高水资源利用率的重要举措之一。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种全自动集雨蓄水浇灌装置及其运行方法，克服现有雨水收集设备智能化程度低、适应区域受限的技术缺陷，提高雨水收集利用效果。

技术方案：本发明解决其技术问题所采用的全自动集雨蓄水浇灌装置，包括太阳能光伏发电系统、雨水收集系统、浇灌系统和智能控制系统。

所述太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、控制器、逆变器、蓄电池和支撑结构组成，所述太阳能电池组倾斜固定在支撑结构的顶部，所述控制器、逆变器和蓄电池都固定在支撑结构内部，控制器与太阳能电池组、逆变器和蓄电池通过线路连接。

所述雨水收集系统由蓄水池、溢流槽、集雨板、集水箱、支撑杆、球形铰链、电动伸缩杆、循环轨道、雨水传感器、水质传感器、水位传感器、滤网、钢刷、从动齿轮、主动齿轮、旋转轴和电动机组成。所述蓄水池位于集水箱的正下方，蓄水池顶部的中间位置设有进水口，并与集水箱通过溢流槽相连通，蓄水池的主体部分位于地面以下；所述集水箱底部边缘固定在所述蓄水池顶部，集水箱为长方体形状，在靠近集水箱顶部沿长度方向的内侧壁上设有对称的循环轨道；所述循环轨道包括内轨道和外轨道，内轨道呈齿链皮带状且两端装设有旋转轴，循环轨道的外轨道固定不动、内轨道在主动齿轮驱使下能够传动，循环轨道的下轨道向下弯曲，弯曲的下轨道与所述滤网的曲率相近；所述集雨板的下端通过合页与集水箱顶部沿长度方向的侧面顶部边缘相连接，集雨板上端的中间位置与支撑杆顶端连接；所述支撑杆通过球形铰链与电动伸缩杆相连接，所述电动伸缩杆下端固定在集水箱底部中心位置；所述雨水传感器和水质传感器均布设固定在未连接集雨板的集水箱外侧壁面，且位于电动机的下方；所述水位传感器布设固定在集水箱靠近上端的内侧壁；所述滤网四周固定在集水箱内侧壁面，滤网为下凹的反拱形结构；所述钢刷两端安装有从动齿轮；所述主动齿轮安装在旋转轴两端，并与循环轨道的齿链皮带互相啮合，主动齿轮与旋转轴共轴连接。

所述雨水收集系统通过雨水传感器感知降雨信号、水质传感器监测水质信息、水位传感器测量水位信息，与智能控制系统协同控制电动伸缩杆工作，实现雨水智能自动收集。

所述浇灌系统由潜水泵、输水管、浮球液位开关和土壤湿度传感器组成。所述潜水泵安装在蓄水池底部，所述浮球液位开关固定在蓄水池靠近底部的内侧壁面，所述输水管与潜水泵出水口以及外部浇灌设施相连通，所述土壤湿度传感器布设固定在需要浇灌的植被所生长的土壤中。

所述浇灌系统通过土壤湿度传感器获取土壤湿度信息，与智能控制系统协同工作控制潜水泵的启闭，实现雨水智能自动浇灌；土壤湿度传感器采用可调节湿度大小的传感器。

所述智能控制系统由信号调理器、A/D转换器、单片机、D/A转换器和控制台组成。智能控制系统用于接收各类传感器所采集到的信息，形成相应部件的控制信号，并控制蓄电池、电动伸缩杆、电动机和潜水泵的步进工作。所述信号调理器输入端与雨水传感器、水质传感器、水位传感器和土壤湿度传感器通过专用线路相连接，信号调理器输出端与A/D转换器通过专用线路相连接；所述A/D转换器把检测到的信号转换成单片机能够识别的等效数字量，处理后的输出结果通过D/A转换器变为电压或电流信号控制相应的部件执行任务。

所述集水箱形状为敞口的长方体，集水箱顶部相对的两条长边通过合页分别与两个集雨板相连。所述集雨板为长方形，在集雨板宽度方向的两边上设有向外侧倾斜的挡水窄板；在无雨时，两个集雨板成“人”字形相扣；在雨水收集时，两个集雨板在支撑杆、球形铰链、电动伸缩杆共同作用下打开，集雨板之间呈140°～160°夹角。

所述钢刷两端安装有从动齿轮，所述从动齿轮的轮齿与循环轨道的内轨道齿链皮带外侧轮齿相啮合，钢刷在从动齿轮、循环轨道的齿链、主动齿轮、旋转轴和电动机协同驱动下沿着循环轨道顺时针运动，当钢刷沿循环轨道的下轨道运动时，滤网上的杂物被清除出集水箱，防止滤网堵塞，当钢刷沿循环轨道的上轨道运动时，钢刷被循环轨道拉紧的上轨道提起而离开滤网，防止杂物落到电动机、旋转轴、雨水传感器或水质传感器上而影响自动集雨过程。

在本发明中，所述太阳能光伏发电系统通过支撑结构固定在连接有集雨板的集水箱外壁面，在雨水收集的过程中，打开的集雨板能够遮挡、保护太阳能光伏发电系统，避免太阳能光伏发电系统遭受暴雨或冰雹敲打。所述太阳能电池组的电池片采用单晶硅太阳能片，外层采用耐太阳紫外光线辐射的低铁钢化绒面玻璃封装。所述控制器采用充放电双重保护控制器，防止蓄电池过充电和过放电。

在本发明中，所述蓄水池顶部和集水箱底部均为曲率相同的拱形结构，蓄水池顶部的进水口包含在集水箱底部内，蓄水池的进水口与集水箱之间通过溢流槽相连通，溢流槽出口采用WES剖面溢流堰，提高雨水过流能力。其中，WES剖面是美国陆军工程兵团水道试验站的标准剖面，WES剖面溢流堰的堰面较瘦，堰面压强分布较理想(《水力学》赵昕张晓元等编著)。

作为优选，循环轨道采用内轨道和外轨道组成的双轨道结构，内轨道呈齿链皮带状且能够在主动齿轮驱使下传动，外轨道固定不动。循环轨道的下轨道向下弯曲，弯曲的下轨道与所述滤网的曲率相近，循环轨道的上轨道较为平直。

作为优选，所述滤网为下凹的反拱形结构，有利于雨水向滤网中心聚集，提高雨水收集效率。

作为优选，所述土壤湿度传感器采用可调节湿度大小的传感器，以满足不同植被对土壤湿度的不同需求。

作为优选，所述蓄水池位于集水箱正下方，蓄水池顶部的进水口包含在集水箱底部内，使得集水箱兼充当蓄水池的顶盖，防止人畜掉入蓄水池。

作为优选，在集水箱靠近上端的内侧壁布设水位传感器，满足极端降雨情况下收集的雨水超过蓄水池和集水箱的总容积时智能控制系统及时收到关闭集雨板的信号需要，避免集水箱中雨水出现漫溢，损坏其他设备。

作为优选，潜水泵与电源线之间安装有浮球液位开关，所述浮球液位开关安装在蓄水池靠近底部的位置，配合水泵组成自动停机/启动系统，避免水泵空转、干转烧毁或引发故障。

作为优选，所述集雨板在其宽度方向的两边上设有向外侧倾斜的挡水窄板，提高了集雨蓄水效率。

作为优选，蓄水池顶部和集水箱底部采用曲率相同的拱形结构。

本发明提供的技术方案还包括全自动集雨蓄水浇灌装置的运行方法，包括如下步骤：

①在未降雨时，雨水传感器和水质传感器不向信号调理器输入雨水和水质信息，雨水收集系统和智能控制系统处于关闭状态，两个集雨板处于“人”字形相扣状态，太阳能光伏发电系统在光照作用下处于充电状态。

②在降雨初期，雨水传感器感知降雨信号、水质传感器监测水质信息，并将降雨信号和水质信息传递给智能控制系统的信号调理器，智能控制系统开始工作，当雨水水质达到智能控制系统设置的雨水收集标准后，在有不断的降雨信号输入时，控制台向蓄电池发出指令接通电动伸缩杆的开关线路，电动伸缩杆在推进过程中将推力传递给支撑杆，支撑杆以球形铰链为支点弯曲，驱使集雨板向外打开，雨水开始自动收集。

③在雨水开始自动收集后，控制台向蓄电池发出指令接通电动机开关，电动机开始运转驱动旋转轴转动，旋转轴驱动主动齿轮旋转，主动齿轮的轮齿带动循环轨道的齿链皮带运动，循环轨道的齿链皮带外侧轮齿带动钢刷两端的从动齿轮旋转，从而钢刷在从动齿轮的带动下沿着循环轨道运转，钢刷在自身重力作用下保持竖直向下状态。

④在雨水收集过程中，电动伸缩杆始终保持推进工作状态，雨水直接落入滤网或者沿着带有挡水窄板的集雨板流向滤网，电动机始终处于运转状态，钢刷沿着循环轨道的齿链皮带外侧顺时针运转，当钢刷沿循环轨道的下轨道运动时，滤网上的树叶等杂物被清除出集水箱，保持滤网畅通无阻。

⑤雨水通过滤网进入集水箱后，在集水箱底部汇集，并沿着溢流槽流入蓄水池。

⑥在降雨停止以后，雨水传感器传输的降雨信号中断，控制台向电动机发出关闭指令，电动机停止运行，钢刷、从动齿轮、主动齿轮和旋转轴随即停止转动，同时，控制台向电动伸缩杆发出回收指令，支撑杆牵引集雨板恢复到初始的“人”字形相扣状态，蓄电池放电状态中止。

⑦在降雨量特别大的情况下，蓄水池逐渐集满雨水，然后雨水沿着集水箱内壁上升，当水位上升到水位传感器所处高度时，水位传感器将临界水位信号传输给智能控制系统的信号调理器，控制台收到停止雨水收集信号后向电动机发出关闭指令，电动机停止运行，钢刷、从动齿轮、主动齿轮和旋转轴随即停止转动，同时，控制台向电动伸缩杆发出回收指令，支撑杆牵引集雨板恢复到初始的“人”字形相扣状态。

⑧在天气干旱、土壤湿度达到土壤湿度传感器设置的下限时，信号调理器接收到土壤湿度传感器的信号，智能控制系统开始工作，向控制台发出灌溉指令，控制台向蓄电池发出指令接通潜水泵开关，雨水通过输水管向外接的浇灌设备供水；在浇灌过程中，当土壤湿度达到土壤湿度传感器的上限时，土壤湿度传感器将此信号传送给智能控制系统，控制台执行切断潜水泵电源指令，潜水泵停止工作。

⑨若在执行第⑧步过程中，蓄水池中的水位降低到浮球液位开关位置，潜水泵的电源通过浮球液位开关自行切断，防止潜水泵出现空烧、干转或引发空转。

按照上述相应步骤，即可实现雨水自动收集或浇灌的过程。

有益效果：本发明的全自动集雨蓄水浇灌装置及其运行方法，具有以下有益效果：

(1)本发明中的集雨、蓄水和浇灌三个过程智能化程度高，智能控制系统通过接收雨水传感器感知降雨信号、水质传感器监测水质信息、水位传感器感知水位信号和土壤湿度传感器感知土壤湿度信息形成相应部件的控制信号，控制蓄电池、电动伸缩杆、电动机和潜水泵的步进工作，实现了装置运行过程的自动化。

(2)本发明中的集雨板能够在支撑杆、球形铰链、电动伸缩杆共同作用下向外打开或向内闭合，既保证了雨水收集时的集雨面积，也避免了无雨时装置的安全隐患，同时能够减少晴天时蓄水池和集水箱中的雨水蒸发；集雨板设置了向外侧倾斜的挡水窄板，也提高了集雨蓄水效率。

(3)本发明中的太阳能光伏发电系统通过支撑结构固定在的集水箱连接有集雨板一侧的外壁面上，在雨水收集的过程中，打开的集雨板能够遮挡、保护太阳能光伏发电系统，避免了太阳能光伏发电系统遭受暴雨或冰雹敲打，能够延长太阳能光伏发电系统的使用寿命。

(4)本发明中的滤网和钢刷能够防止树叶等杂物进入蓄水池和集水箱，既能确保集雨过程的顺畅和清洁，也能防止浇灌过程的堵塞。滤网采用下凹的反拱形结构有利于雨水向滤网中心聚集，能够提高雨水收集效率。

(5)本发明中的蓄水池位于集水箱正下方，蓄水池顶部的进水口包含在集水箱底部内，使得集水箱兼充当蓄水池的顶盖，防止人畜掉入蓄水池。

(6)本发明中的潜水泵与电源线之间安装有浮球液位开关，且浮球液位开关安装在蓄水池靠近底部的位置，配合水泵能够组成自动停机/启动系统，避免水泵空转、干转烧毁或引发故障。

(7)本发明中的土壤湿度传感器可以调节湿度大小，能够满足不同植被对土壤湿度的不同需求。

(8)本发明的全自动集雨蓄水浇灌装置能够根据地形、地貌和用途灵活布置，既能够安置在地势陡峭的山区，也能够安置在地势平坦的平原；既能够降低山洪内涝发生几率、减轻河道的排水压力，又能够缓解水资源短缺的压力、增加农田土地灌溉面积；既能够安置在农村浇灌植物和树木，也能够安置在城市浇灌花草和绿地，甚至用于洗车等用途。

附图说明

图1是本发明全自动集雨蓄水浇灌装置结构示意图；

图2是集雨板打开后的雨水收集系统示意图；

图3是本发明的太阳能光伏发电系统结构示意图；

图4是本发明的智能控制系统结构示意图；

图5是本发明的循环轨道结构示意图。

图中：1-太阳能光伏发电系统；11-太阳能电池组；12-控制器；13-逆变器；14-蓄电池；15-支撑结构；2-雨水收集系统；21-蓄水池；22-溢流槽；23-集雨板；241-集水箱；242-支撑杆；243-球形铰链；244-电动伸缩杆；245-循环轨道；251-雨水传感器；252-水质传感器；253-水位传感器；261-滤网；262-钢刷；263-从动齿轮；264-主动齿轮；265-旋转轴；266-电动机；3-浇灌系统；31-潜水泵；32-输水管；33-浮球液位开关；34-土壤湿度传感器；4-智能控制系统；41-信号调理器；42-A/D转换器；43-单片机；44-D/A转换器；45-控制台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1-图5所示，本发明的全自动集雨蓄水浇灌装置结构，包括太阳能光伏发电系统1、雨水收集系统2、浇灌系统3和智能控制系统4。

其中，太阳能光伏发电系统1包含太阳能电池组11、控制器12、逆变器13、蓄电池14和支撑结构15，太阳能电池组11倾斜固定在支撑结构15的顶部，控制器12、逆变器13和蓄电池14都固定在支撑结构15内部，控制器12与太阳能电池组11、逆变器13和蓄电池14通过线路连接。太阳能电池组11的电池片采用单晶硅太阳能片，外层采用耐太阳紫外光线辐射的低铁钢化绒面玻璃封装，控制器12采用充放电双重保护控制器，防止蓄电池14过充电和过放电。

雨水收集系统2包含蓄水池21、溢流槽22、集雨板23、集水箱241、支撑杆242、球形铰链243、电动伸缩杆244、循环轨道245、雨水传感器251、水质传感器252、水位传感器253、滤网261、钢刷262、从动齿轮263、主动齿轮264、旋转轴265和电动机266，蓄水池21位于集水箱241的正下方，蓄水池21顶部的中间位置设有进水口，并与集水箱241通过溢流槽22相连通，蓄水池21的主体部分位于地面以下。集水箱241底部边缘固定在蓄水池21顶部，集水箱241为长方体形状，在靠近集水箱241顶部沿长度方向的内侧壁上设有对称的循环轨道245。循环轨道245包括内轨道和外轨道，内轨道呈齿链皮带状，循环轨道245的外轨道固定不动、内轨道在主动齿轮264驱使下能够传动，循环轨道245的下轨道向下弯曲，弯曲的下轨道与滤网261的曲率相近，循环轨道245两端装设有旋转轴265。集雨板23的下端通过合页与集水箱241顶部沿长度方向的侧面顶部边缘相连接，集雨板23上端的中间位置与支撑杆242顶端连接。支撑杆242通过球形铰链243与电动伸缩杆244相连接，电动伸缩杆244下端固定在集水箱241底部中心位置。雨水传感器251和水质传感器252均布设固定在未连接集雨板23的集水箱241外侧壁面，且位于电动机266的下方。水位传感器253布设固定在集水箱241靠近上端的内侧壁。滤网261四周固定在集水箱241内侧壁面。钢刷262两端安装有从动齿轮263。主动齿轮264安装在旋转轴265两端，并与循环轨道245的齿链皮带互相啮合，主动齿轮264与旋转轴265共轴连接。雨水收集系统2通过雨水传感器251感知降雨信号、水质传感器252监测水质信息、水位传感器253测量水位信息，与智能控制系统4协同控制电动伸缩杆244工作，实现雨水智能自动收集。

浇灌系统3包含潜水泵31、输水管32、浮球液位开关33和土壤湿度传感器34，潜水泵31安装在蓄水池21底部，浮球液位开关33固定在蓄水池21靠近底部的内侧壁面，输水管32与潜水泵31出水口以及外部浇灌设施相连通，土壤湿度传感器34布设固定在需要浇灌的植被所生长的土壤中。浇灌系统3通过土壤湿度传感器34获取土壤湿度信息，与智能控制系统4协同工作控制潜水泵31的启闭，实现雨水智能自动浇灌。

智能控制系统4包含信号调理器41、A/D转换器42、单片机43、D/A转换器44和控制台45，智能控制系统4用于接收各类传感器所采集到的信息，形成相应部件的控制信号，控制蓄电池14、电动伸缩杆244、电动机266和潜水泵31的步进工作。信号调理器41输入端与雨水传感器251、水质传感器252、水位传感器253和土壤湿度传感器34通过专用线路相连接，信号调理器41输出端与A/D转换器42通过专用线路相连接。A/D转换器42把检测到的信号转换成单片机43能够识别的等效数字量，处理后的输出结果通过D/A转换器44变为电压或电流信号控制相应的部件执行任务。

在本实施例中，在降雨初期，全自动集雨蓄水浇灌装置通过雨水传感器251感知降雨信号、水质传感器252监测水质信息，并将降雨信号和水质信息传递给智能控制系统4的信号调理器41，智能控制系统4开始工作，当雨水水质达到智能控制系统4设置的雨水收集标准后，且在有不断的降雨信号输入时，控制台45向蓄电池14发出指令接通电动伸缩杆244的开关线路，电动伸缩杆244在推进过程中将推力传递给支撑杆242，支撑杆242以球形铰链243为支点弯曲，驱使集雨板23向外打开，雨水开始自动收集。在雨水开始自动收集后，控制台45向蓄电池14发出指令接通电动机266开关，电动机开始运转驱动旋转轴265转动，旋转轴265驱动主动齿轮264旋转，主动齿轮264的轮齿带动循环轨道245的齿链皮带运动，循环轨道245的齿链皮带外侧轮齿带动钢刷262两端的从动齿轮263旋转，从而钢刷262在从动齿轮263的带动下沿着循环轨道245运转，钢刷262在自身重力作用下保持竖直向下状态。在雨水收集过程中，电动伸缩杆244始终保持推进工作状态，雨水直接落入滤网261或者沿着带有挡水窄板的集雨板23流向滤网261，电动机266始终处于运转状态，钢刷262沿着循环轨道245的齿链皮带外侧顺时针运转，当钢刷262沿循环轨道245的下轨道运动时，滤网261上的树叶等杂物被清除出集水箱241，保持滤网261畅通无阻。雨水通过滤网261进入集水箱241后，在集水箱241底部汇集，并沿着溢流槽22流入蓄水池21。

在本实施例中，当降雨停止以后，雨水传感器251传输的降雨信号中断，控制台45向电动机266发出关闭指令，电动机266停止运行，钢刷262、从动齿轮263、主动齿轮264和旋转轴265随即停止转动，同时，控制台45向电动伸缩杆244发出回收指令，支撑杆242牵引集雨板23恢复到初始的“人”字形相扣状态，蓄电池14放电状态中止。

在本实施例中，当在降雨量特别大的情况下，蓄水池21逐渐集满雨水，然后雨水沿着集水箱241内壁上升，当水位上升到水位传感器253所处高度时，水位传感器253将临界水位信号传输给智能控制系统4的信号调理器41，控制台45收到停止雨水收集信号后向电动机266发出关闭指令，电动机266停止运行，钢刷262、从动齿轮263、主动齿轮264和旋转轴265随即停止转动，同时，控制台45向电动伸缩杆244发出回收指令，支撑杆242牵引集雨板23恢复到初始的“人”字形相扣状态。

在本实施例中，在未降雨时，雨水传感器251和水质传感器252不向信号调理器41输入雨水和水质信息，雨水收集系统2和智能控制系统4处于关闭状态，两个集雨板23处于“人”字形相扣状态，太阳能光伏发电系统1在光照作用下处于充电状态。

在本实施例中，当天气干旱、土壤湿度达到土壤湿度传感器34设置的下限时，信号调理器41接收到土壤湿度传感器34的信号，智能控制系统4开始工作，向控制台45发出灌溉指令，控制台45向蓄电池14发出指令接通潜水泵31开关，雨水通过输水管32向外接的浇灌设备供水；在浇灌过程中，当土壤湿度达到土壤湿度传感器34的上限时，土壤湿度传感器34将此信号传送给智能控制系统4，控制台20执行切断潜水泵31电源指令，潜水泵31停止工作。若在执行灌溉过程中，蓄水池21中的水位降低到浮球液位开关33位置，潜水泵31的电源通过浮球液位开关33自行切断，防止潜水泵12出现空烧、干转或引发空转。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.全自动集雨蓄水浇灌装置，包括太阳能光伏发电系统(1)、雨水收集系统(2)、浇灌系统(3)和智能控制系统(4)，其特征在于：

所述太阳能光伏发电系统(1)由太阳能电池组(11)、控制器(12)、逆变器(13)、蓄电池(14)和支撑结构(15)组成，所述太阳能电池组(11)倾斜固定在支撑结构(15)的顶部，所述控制器(12)、逆变器(13)和蓄电池(14)都固定在支撑结构(15)内部，控制器(12)与太阳能电池组(11)、逆变器(13)和蓄电池(14)通过线路连接；

所述雨水收集系统(2)由蓄水池(21)、溢流槽(22)、集雨板(23)、集水箱(241)、支撑杆(242)、球形铰链(243)、电动伸缩杆(244)、循环轨道(245)、雨水传感器(251)、水质传感器(252)、水位传感器(253)、滤网(261)、钢刷(262)、从动齿轮(263)、主动齿轮(264)、旋转轴(265)和电动机(266)组成，所述蓄水池(21)位于集水箱(241)的正下方，蓄水池(21)顶部的中间位置设有进水口，并与集水箱(241)通过溢流槽(22)相连通，蓄水池(21)的主体部分位于地面以下；所述集水箱(241)底部边缘固定在所述蓄水池(21)顶部，集水箱(241)为长方体形状，在靠近集水箱(241)顶部沿长度方向的内侧壁上设有对称的循环轨道(245)；所述循环轨道(245)包括内轨道和外轨道，内轨道呈齿链皮带状且两端装设有旋转轴(265)；所述集雨板(23)的下端通过合页与集水箱(241)顶部沿长度方向的侧面顶部边缘相连接，集雨板(23)上端的中间位置与支撑杆(242)顶端连接；所述支撑杆(242)通过球形铰链(243)与电动伸缩杆(244)相连接，所述电动伸缩杆(244)下端固定在集水箱(241)底部中心位置；所述雨水传感器(251)和水质传感器(252)均布设固定在未连接集雨板(23)的集水箱(241)外侧壁面，且位于电动机(266)的下方；所述水位传感器(253)布设固定在集水箱(241)靠近上端的内侧壁；所述滤网(261)四周固定在集水箱(241)内侧壁面，滤网(261)为下凹的反拱形结构；所述钢刷(262)两端安装有从动齿轮(263)；所述主动齿轮(264)安装在旋转轴(265)两端，并与循环轨道(245)的齿链皮带互相啮合,主动齿轮(264)与旋转轴(265)共轴连接；

所述浇灌系统(3)由潜水泵(31)、输水管(32)、浮球液位开关(33)和土壤湿度传感器(34)组成，所述潜水泵(31)安装在蓄水池(21)底部，所述浮球液位开关(33)固定在蓄水池(21)靠近底部的内侧壁面，所述输水管(32)与潜水泵(31)出水口以及外部浇灌设施相连通，所述土壤湿度传感器(34)布设固定在需要浇灌的植被所生长的土壤中；

所述智能控制系统(4)由信号调理器(41)、A/D转换器(42)、单片机(43)、D/A转换器(44)和控制台(45)组成，智能控制系统(4)用于接收各类传感器所采集到的信息，形成相应部件的控制信号，控制蓄电池(14)、电动伸缩杆(244)、电动机(266)和潜水泵(31)的步进工作；所述信号调理器(41)输入端与雨水传感器(251)、水质传感器(252)、水位传感器(253)和土壤湿度传感器(34)通过专用线路相连接，信号调理器(41)输出端与A/D转换器(42)通过专用线路相连接；所述A/D转换器(42)把检测到的信号转换成单片机(43)能够识别的等效数字量，处理后的输出结果通过D/A转换器(44)变为电压或电流信号控制相应的部件执行任务。

2.根据权利要求1所述的全自动集雨蓄水浇灌装置，其特征在于：所述太阳能光伏发电系统(1)通过所述支撑结构(15)固定在连接有集雨板(23)的集水箱(241)外壁面；所述太阳能电池组(11)的电池片采用单晶硅太阳能片，外层采用耐太阳紫外光线辐射的低铁钢化绒面玻璃封装，所述控制器(12)采用充放电双重保护控制器，防止蓄电池(14)过充电和过放电。

3.根据权利要求1所述的全自动集雨蓄水浇灌装置，其特征在于：所述雨水收集系统(2)通过雨水传感器(251)感知降雨信号、水质传感器(252)监测水质信息、水位传感器(253)测量水位信息，与智能控制系统(4)协同控制电动伸缩杆(244)工作，实现雨水智能自动收集。

4.根据权利要求1所述的全自动集雨蓄水浇灌装置，其特征在于：所述浇灌系统(3)通过土壤湿度传感器(34)获取土壤湿度信息，与智能控制系统(4)协同工作控制潜水泵(31)的启闭，实现雨水智能自动浇灌；所述土壤湿度传感器(34)采用可调节湿度大小的传感器。

5.根据权利要求1所述的全自动集雨蓄水浇灌装置，其特征在于：所述蓄水池(21)顶部和集水箱(241)底部均为曲率相同的拱形结构，蓄水池(21)顶部的进水口包含在集水箱(241)底部内，蓄水池(21)的进水口与集水箱(241)之间通过溢流槽(22)相连通，溢流槽(22)出口采用WES剖面溢流堰。

6.根据权利要求1所述的全自动集雨蓄水浇灌装置，其特征在于：所述集水箱(241)形状为敞口的长方体，集水箱(241)顶部相对的两条长边通过合页分别与两个集雨板(23)相连，所述集雨板(23)为长方形，在集雨板(23)宽度方向的两边上设有向外侧倾斜的挡水窄板；在无雨时，两个集雨板(23)成“人”字形相扣；在雨水收集时，两个集雨板(23)在支撑杆(242)、球形铰链(243)、电动伸缩杆(244)共同作用下打开，集雨板(23)之间呈140°～160°夹角。

7.根据权利要求1所述的全自动集雨蓄水浇灌装置，其特征在于：所述循环轨道(245)包括内轨道和外轨道，内轨道呈齿链皮带状，循环轨道(245)的外轨道固定不动、内轨道在主动齿轮(264)驱使下能够传动，循环轨道(245)的下轨道向下弯曲，弯曲的下轨道与所述滤网(261)的曲率相近。

8.根据权利要求1所述的全自动集雨蓄水浇灌装置，其特征在于：所述钢刷(262)两端安装有从动齿轮(263)，从动齿轮(263)的轮齿与循环轨道(245)的内轨道齿链皮带外侧轮齿相啮合，钢刷(262)在从动齿轮(263)、循环轨道(245)的齿链、主动齿轮(264)、旋转轴(265)、电动机(266)协同驱动下沿着循环轨道顺时针运动，当钢刷(262)沿循环轨道(245)的下轨道运动时，滤网(261)上的杂物被清除出集水箱(241)，防止滤网(261)堵塞，当钢刷(262)沿循环轨道(245)的上轨道运动时，钢刷(262)被循环轨道(245)拉紧的上轨道提起而离开滤网(261)。

9.根据权利要求1所述的全自动集雨蓄水浇灌装置，其特征在于：所述潜水泵(31)与电源线之间安装有浮球液位开关(33)，所述浮球液位开关(33)安装在蓄水池(21)靠近底部的位置。

10.一种基于权利要求1至9任一项所述的全自动集雨蓄水浇灌装置的运行方法，其特征在于包括以下步骤：

①在未降雨时，雨水传感器(251)和水质传感器(252)不向信号调理器(41)输入雨水和水质信息，雨水收集系统(2)和智能控制系统(4)处于关闭状态，两个集雨板(23)处于“人”字形相扣状态，太阳能光伏发电系统(1)在光照作用下处于充电状态；

②在降雨初期，雨水传感器(251)感知降雨信号、水质传感器(252)监测水质信息，并将降雨信号和水质信息传递给智能控制系统(4)的信号调理器(41)，智能控制系统(4)开始工作，当雨水水质达到智能控制系统(4)设置的雨水收集标准后，在有不断的降雨信号输入时，控制台(45)向蓄电池(14)发出指令接通电动伸缩杆(244)的开关线路，电动伸缩杆(244)在推进过程中将推力传递给支撑杆(242)，支撑杆(242)以球形铰链(243)为支点弯曲，驱使集雨板(23)向外打开，雨水开始自动收集；

③在雨水开始自动收集后，控制台(45)向蓄电池(14)发出指令接通电动机(266)开关，电动机开始运转驱动旋转轴(265)转动，旋转轴(265)驱动主动齿轮(264)旋转，主动齿轮(264)的轮齿带动循环轨道(245)的齿链皮带运动，循环轨道(245)的齿链皮带外侧轮齿带动钢刷(262)两端的从动齿轮(263)旋转，从而钢刷(262)在从动齿轮(263)的带动下沿着循环轨道(245)运转，钢刷(262)在自身重力作用下保持竖直向下状态；

④在雨水收集过程中，电动伸缩杆(244)始终保持推进工作状态，雨水直接落入滤网(261)或者沿着带有挡水窄板的集雨板(23)流向滤网(261)，电动机(266)始终处于运转状态，钢刷(262)沿着循环轨道(245)的齿链皮带外侧顺时针运转，当钢刷(262)沿循环轨道(245)的下轨道运动时，滤网(261)上的杂物被清除出集水箱(241)，保持滤网(261)畅通无阻；

⑤雨水通过滤网(261)进入集水箱(241)后，在集水箱(241)底部汇集，并沿着溢流槽(22)流入蓄水池(21)；

⑥在降雨停止以后，雨水传感器(251)传输的降雨信号中断，控制台(45)向电动机(266)发出关闭指令，电动机(266)停止运行，钢刷(262)、从动齿轮(263)、主动齿轮(264)和旋转轴(265)随即停止转动，同时，控制台(45)向电动伸缩杆(244)发出回收指令，支撑杆(242)牵引集雨板(23)恢复到初始的“人”字形相扣状态，蓄电池(14)放电状态中止；

⑦在降雨量特别大的情况下，蓄水池(21)逐渐集满雨水，然后雨水沿着集水箱(241)内壁上升，当水位上升到水位传感器(253)所处高度时，水位传感器(253)将临界水位信号传输给智能控制系统(4)的信号调理器(41)，控制台(45)收到停止雨水收集信号后向电动机(266)发出关闭指令，电动机(266)停止运行，钢刷(262)、从动齿轮(263)、主动齿轮(264)和旋转轴(265)随即停止转动，同时，控制台(45)向电动伸缩杆(244)发出回收指令，支撑杆(242)牵引集雨板(23)恢复到初始的“人”字形相扣状态；

⑧在天气干旱、土壤湿度达到土壤湿度传感器(34)设置的下限时，信号调理器(41)接收到土壤湿度传感器(34)的信号，智能控制系统(4)开始工作，向控制台(45)发出灌溉指令，控制台(45)向蓄电池(14)发出指令接通潜水泵(31)开关，雨水通过输水管(32)向外接的浇灌设备供水；在浇灌过程中，当土壤湿度达到土壤湿度传感器(34)的上限时，土壤湿度传感器(34)将此信号传送给智能控制系统(4)，控制台(20)执行切断潜水泵(31)电源指令，潜水泵(31)停止工作；

⑨若在执行第⑧步过程中，蓄水池(21)中的水位降低到浮球液位开关(33)位置，潜水泵(31)的电源通过浮球液位开关(33)自行切断，防止潜水泵(12)出现空烧、干转或引发空转；

按照上述相应步骤，即可实现雨水自动收集或浇灌的过程。