CN106320297B - 简易控制排水渠径流排放的智能开关及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简易控制排水渠径流排放的智能开关，可用于控制农田，菜地排水渠的径流排放，能够维持初期雨水径流中的营养盐，排放出后期雨水以防过涝。该装置主要由：雨水感应器、直流电机、降雨缸、电路控制单元、外接线路及受控排水渠阀门组成。本发明旨在：雨量较少时，露地蔬菜地径流可以收集回用，防止N、P排放污染河流湖泊；雨量等级大到暴雨级别时，前期雨水及冲刷下来的营养盐已截留，后期雨水营养盐较少，此时径流排水渠应以泄洪为主要目的。本发明可以实现，雨量等级为小雨、中雨时，阀门紧闭，雨量等级为大雨、暴雨时，阀门打开，由雨量等级来控制阀门的智能开关。

Description

简易控制排水渠径流排放的智能开关及其控制方法

技术领域

本发明属于环境监测领域，具体涉及一种简易控制排水渠径流排放的智能开关及其控制方法。

背景技术

农业非点源污染问题日益严峻起来，各个水系、湖泊成了受影响尤为严重。主要是目前农业生产方面使用了大量的化肥，雨水一过，形成的径流便会带走大量土壤中的肥料，汇集到河流湖泊，给它们带来了严重的营养负担。因此，对于如何控制农业生产中的排水问题，就显得尤为突出。

众所周知，农田、菜地排水会有一段排水沟渠。目前对这一段沟渠的利用就仅仅局限于排水功能，当然这无可厚非。若是能将这一段利用起来，将初期雨水径流截留下来，便可将携带来的大量营养元素也保留下来，而避免流入河流湖泊，造成污染。若是大雨乃至暴雨便可打开阀门，使其泄洪供能为主。针对这一目的的排水阀门开关，市场上造价一般过于高昂，在农田菜地排水不容易推广。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种简易控制排水渠径流排放的智能开关。本发明所采用的具体技术方案如下：

简易控制排水渠径流排放的智能开关，包括第一雨水感应器、降雨缸遮盖、电机、雨水过渡室、电路控制单元、安全板、第二雨水感应器、降雨缸室；所述的第一雨水感应器用于感应开关外部是否发生降雨；降雨缸室顶部覆盖降雨缸遮盖，降雨缸遮盖由电机驱动旋转，且在旋转过程中，可完全打开和关闭降雨缸室顶部开口；降雨缸室与雨水过渡室之间通过至少一个通孔相连，用于将降雨缸室中的雨水溢流至雨水过渡室；雨水过渡室内的横截面上设有带有通孔的安全板，通孔下方设置有第二雨水感应器；所述的第一雨水感应器、电机和第二雨水感应器均与电路控制单元相连，电路控制单元与受控排水渠阀门相连实现控制。

作为优选，所述的降雨缸遮盖顶部具有排水坡度。

作为优选，所述的第一雨水感应器设置于降雨缸遮盖顶部。

作为优选，所述的通孔位于降雨缸室一侧上方设有雨水拦截台，用于防止雨水直接滴入通孔中。

作为优选，所述的雨水过渡室和/或降雨缸室底部均设有排水阀门。

作为优选，所述的通孔位于降雨缸室一侧开口的高度可调。

作为优选，所述的通孔有多个，且位于降雨缸室一侧的开口位于不同的高度。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述智能开关的排水渠径流排放控制方法，步骤如下：

预先设置连通雨水过渡室和降雨缸室的通孔位于降雨缸室一侧的开口高度；其下方若有其他通孔，均需进行封闭；保持排水渠阀门的初始状态处于关闭状态，排水渠中的径流导入收集回用区域；将智能开关放置于待监测区域的开阔位置，使第一雨水感应器处于无遮挡状态下，以感应是否发生降雨；

当第一雨水感应器感应到降雨发生时，向电路控制单元发出信号，由电路控制单元控制电机转动，完全打开降雨缸遮盖，开始计量降雨量；若雨水高度升高至连通雨水过渡室和降雨缸室的通孔所处位置时，雨水溢流进入雨水过渡室，再经过安全板，落入第二雨水感应器；

当第二雨水感应器感应到雨水时，向电路控制单元发出信号，经电路控制单元向排水渠阀门发出命令，打开阀门，将排水渠中的径流直接排放，而不导入收集回用区域；

一次降雨过后，排干雨水过渡室和降雨缸室中的雨水，并使两个雨水感应器干燥复位，排水渠阀门重新关闭。

作为优选，连通雨水过渡室和降雨缸室的通孔位于降雨缸室一侧的开口高度预设为：从降雨开始到打开排水渠阀门所需的降雨量。

作为优选，当第二雨水感应器感应到雨水时，由电路控制单元同时控制电机转动，完全关闭降雨缸遮盖。

本发明的有益效果为：

1)简单易行，智能控制，不用花大代价便可以更加利用好农田排水沟渠；

2)楔形降雨缸盖，不会使落在上面的雨水流入降雨缸；

3)可视径流排水沟渠情况调控雨量等级小孔，从而来控制农田排水沟渠阀门的开与关；

4)可以截留小雨、中雨的雨水在农田菜地形成的径流，从而避免携带的营养元素流入河流湖泊；

5)对于大雨、暴雨的初期雨水所形成的径流，可以拦截一部分营养盐，但是径流排放渠阀门之后便会受简易智能开关控制而打开，开启泄洪功能，以避免过涝。

附图说明

图1为一种简易控制排水渠径流排放的智能开关的结构示意图。

图中：第一雨水感应器1、降雨缸遮盖2、电机3、支架4、第一雨水拦截台5、50mm雨量等级控制小孔6、雨水过渡室7、电路控制单元8、安全板9、第二雨水感应器10、降雨缸室11、第二雨水拦截台12、25mm雨量等级控制小孔13、第三雨水拦截台14、10mm雨量等级控制小孔15、排水阀门16。

图2为本发明一个实施例的电路控制图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述，以便更好的理解本发明。本发明的技术特征在没有冲突的情况下，均可进行相互组合。

本发明的智能开关，其中一种应用场景是农田初期暴雨径流的回收利用。根据初期径流的特点，其主要污染物集中在径流产生的初期，因此仅需要对该部分径流进行收集利用。其具体构造如下：在排水渠上设置一个用于控制排水的阀门，阀门上游连通农田灌溉沟渠、蓄水水塘等收集回用区域。当阀门关闭时，径流直接蓄积于排水渠中，或排入收集回用区域。当阀门打开时，径流直接排放至河流、湖泊等周边水体。

本实施例中，简易控制排水渠径流排放的智能开关，包括第一雨水感应器1、降雨缸遮盖2、电机3、雨水过渡室7、电路控制单元8、安全板9、第二雨水感应器10、降雨缸室11。第一雨水感应器1用于感应开关外部是否发生降雨；降雨缸室11顶部覆盖楔形的降雨缸遮盖2，降雨缸遮盖2顶部具有排水坡度，可以避免落在上面的雨水流入降雨缸里面。第一雨水感应器1可设置于降雨缸遮盖2顶部，以减少遮挡。

降雨缸遮盖2一端由下方通过支架4固定的直流电机3驱动旋转。且在旋转过程中，降雨缸遮盖2的幅度应足够大，可完全打开和关闭降雨缸室11顶部开口。完全打开时，降雨缸室11顶部开口没有遮挡，集水面积与其开口大小一致。完全关闭时，雨水无法进入降雨缸室11。降雨缸室11与雨水过渡室7为两个长方形的腔室，两者之间可设置多个连通两者的通孔，设置通孔的目的是将降雨缸室11中的雨水溢流至雨水过渡室7。雨水过渡室7内的横截面上设有安全板9，安全板9为一块水平的中心带有通孔的隔板。在通孔下方设置有第二雨水感应器10。由于在暴雨时期，雨水容易飞溅，通过通孔进入雨水过渡室7，若没有安全板9进行分隔，很容易造成第二雨水感应器10误报。所述的第一雨水感应器1、电机3和第二雨水感应器10均与电路控制单元8相连，进行反馈控制。同时，电路控制单元8与受控排水渠阀门相连实现控制。

为了便于排水，可以在雨水过渡室7或降雨缸室11底部均设有排水阀门16。

通孔的主要作用是调节电路控制单元8对受控排水渠阀门的打开时机。因此，为了便于调节，可以同时在不同高度设置多个通孔，根据需要打开其中一个，并将其余进行封闭。也可以使通孔位于降雨缸室11一侧开口的高度可调，比如在两室之间设置连通槽，再连通槽上设置可上下拉伸的挡板，以无级调节其溢流高度。

如图1所示，为一种具有三个通孔的开关结构。三个通孔分别为10mm雨量等级控制小孔15、25mm雨量等级控制小孔13、50mm雨量等级控制小孔6，其距离降雨缸室底部的高度分别为10mm、25mm、50mm。同时，为了进一步防止暴雨飞溅，可在通孔位于降雨缸室11一侧上方设有雨水拦截台(类似挡片)，用于防止雨水直接滴入通孔中。本处，第一雨水拦截台5、第二雨水拦截台12、第三雨水拦截台14分别设置于三个通孔上方。可视径流排水渠大小情况选择10mm、25mm、50mm雨量等级控制小孔开孔，分别代表的雨量等级是10mm、25mm、50mm。可以自由选择雨量等级来控制径流排水阀门的开与关。如需当雨水达到50mm时，排水渠阀门打开，我们可以将其余通孔和用塞子堵起来即可。等到降雨量达到50mm时，雨水便会从小孔流入雨水过渡室，再经过安全板落入第二雨水感应器，第二雨水感应器给电路控制单元发信号，经其处理后控制径流排水渠阀门打开，开启泄洪功能。一次降雨过后，打开两个排水阀门排完水，擦干两个雨水感应器，便可等待下次降雨控制。

本发明中，各部件之间可通过电路实现连通控制。为了便于理解，本发明提供了一种实现方式，但不局限与该方式，本领域技术人员可以进行实际调整。

如图2所示，该电路控制单元8中，主回路12V直流电由220V交流转换器电源12V提供。

控制回路由两个12V雨水传感器外置雨感1(即前述第一雨水感应器)和内置雨感2(即前述第二雨水感应器)，三个继电器(控制电机正转的开继电器KA1、控制电机反转的关继电器KA2和控制径流排水渠阀门的KA3)，两个光电限位开关(开限位和关限位)，12V直流电机M(即前述机3)组成。

主回路通电，当控制回路的外置雨感1感应到雨水，KA1通电，其常开触点闭合、常闭触点断开，电机M正向启动运行，当旋转挡块接近光电限位开关的开限位时，串联的开限位的常闭触点断开，电机M停止旋转，控制降雨缸遮盖2完全打开。

当内置雨感2感应到溢出的雨水，KA2通电，其常开触点闭合、常闭触点断开，反接电路，电机3反向运行，开限位的常闭触点复位，当旋转挡块接近光电限位开关的关限位时，串联的关限位的KA2常闭触点断开、与KA3串联的关限位常开触点闭合，电机M停止旋转，控制降雨缸遮盖2完全关闭，同时KA3通电启动控制径流排水渠阀门。

基于上述装置的一种排水渠径流排放控制方法，具体步骤如下：

预先设置连通雨水过渡室和降雨缸室的通孔位于降雨缸室一侧的开口高度；其下方若有其他通孔，均需进行封闭；保持排水渠阀门的初始状态处于关闭状态，排水渠中的径流导入收集回用区域；将智能开关放置于待监测区域的开阔位置，使第一雨水感应器处于无遮挡状态下，以感应是否发生降雨；

当第一雨水感应器感应到降雨发生时，向电路控制单元发出信号，由电路控制单元控制电机转动，完全打开降雨缸遮盖，开始计量降雨量；若雨水高度升高至连通雨水过渡室和降雨缸室的通孔所处位置时，雨水溢流进入雨水过渡室，再经过安全板，落入第二雨水感应器；

当第二雨水感应器感应到雨水时，向电路控制单元发出信号，经电路控制单元向排水渠阀门发出命令，打开阀门，将排水渠中的径流直接排放，而不导入收集回用区域；

一次降雨过后，排干雨水过渡室和降雨缸室中的雨水，并使两个雨水感应器干燥复位，排水渠阀门重新关闭。

连通雨水过渡室和降雨缸室的通孔位于降雨缸室一侧的开口高度预设为：从降雨开始到打开排水渠阀门所需的降雨量。

另外，为了防止过量的雨水进入雨水过渡室，损坏电路和电子元件，当第二雨水感应器感应到雨水时，可由电路控制单元同时控制电机转动，完全关闭降雨缸遮盖。

本发明旨在雨量较少时，可以回用径流水，而不用排放出去，造成径流中的营养盐流入河流湖泊造成污染。而在雨水较大时，又不失其泄洪功能，简单、环保、易操作，又很实用，具有很重要的现实意义。

上述实施例仅用于解释说明本发明要求保护的内容，但并不是用于限制本发明的要求保护的范围。本领域技术人员在本发明精神内所做的改进和替换，均属于保护范围内。

Claims (10)

1.一种简易控制排水渠径流排放的智能开关，其特征在于，包括第一雨水感应器、降雨缸遮盖、电机、雨水过渡室、电路控制单元、安全板、第二雨水感应器、降雨缸室；所述的第一雨水感应器用于感应开关外部是否发生降雨；降雨缸室顶部覆盖降雨缸遮盖，降雨缸遮盖由电机驱动旋转，且在旋转过程中，可完全打开和关闭降雨缸室顶部开口；降雨缸室与雨水过渡室之间通过至少一个通孔相连，用于将降雨缸室中的雨水溢流至雨水过渡室；雨水过渡室内的横截面上设有带有通孔的安全板，通孔下方设置有第二雨水感应器；所述的第一雨水感应器、电机和第二雨水感应器均与电路控制单元相连，电路控制单元与受控排水渠阀门相连实现控制。

2.如权利要求1所述的简易控制排水渠径流排放的智能开关，其特征在于，所述的降雨缸遮盖顶部具有排水坡度。

3.如权利要求1所述的简易控制排水渠径流排放的智能开关，其特征在于，所述的第一雨水感应器设置于降雨缸遮盖顶部。

4.如权利要求1所述的简易控制排水渠径流排放的智能开关，其特征在于，所述连通降雨缸室与雨水过渡室的通孔位于降雨缸室一侧上方设有雨水拦截台，用于防止雨水直接滴入连通降雨缸室与雨水过渡室的通孔中。

5.如权利要求1所述的简易控制排水渠径流排放的智能开关，其特征在于，所述的雨水过渡室和/或降雨缸室底部设有排水阀门。

6.如权利要求1所述的简易控制排水渠径流排放的智能开关，其特征在于，所述连通降雨缸室与雨水过渡室的通孔位于降雨缸室一侧开口的高度可调。

7.如权利要求1所述的简易控制排水渠径流排放的智能开关，其特征在于，所述连通降雨缸室与雨水过渡室的通孔有多个，且位于降雨缸室一侧的开口位于不同的高度。

8.一种利用权利要求1所述智能开关的排水渠径流排放控制方法，其特征在于，步骤如下：

预先设置连通雨水过渡室和降雨缸室的通孔位于降雨缸室一侧的开口高度；其下方若有其他通孔，均需进行封闭；保持排水渠阀门的初始状态处于关闭状态，排水渠中的径流导入收集回用区域；将智能开关放置于待监测区域的开阔位置，使第一雨水感应器处于无遮挡状态下，以感应是否发生降雨；

当第一雨水感应器感应到降雨发生时，向电路控制单元发出信号，由电路控制单元控制电机转动，完全打开降雨缸遮盖，开始计量降雨量；若雨水高度升高至连通雨水过渡室和降雨缸室的通孔所处位置时，雨水溢流进入雨水过渡室，再经过安全板，落入第二雨水感应器；

当第二雨水感应器感应到雨水时，向电路控制单元发出信号，经电路控制单元向排水渠阀门发出命令，打开阀门，将排水渠中的径流直接排放，而不导入收集回用区域；

一次降雨过后，排干雨水过渡室和降雨缸室中的雨水，并使两个雨水感应器干燥复位，排水渠阀门重新关闭。

9.如权利要求8所述的排水渠径流排放控制方法，其特征在于，连通雨水过渡室和降雨缸室的通孔位于降雨缸室一侧的开口高度预设为：从降雨开始到打开排水渠阀门所需的降雨量。

10.如权利要求8所述的排水渠径流排放控制方法，其特征在于，当第二雨水感应器感应到雨水时，由电路控制单元同时控制电机转动，完全关闭降雨缸遮盖。