CN107829413B - 一种田间智能排水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种田间智能排水装置，该装置包括水位控制管，所述水位控制管包括进水口以及出水口；阀门组件，所述阀门组件包括设置于所述水位控制管下方的阀门舱，所述阀门舱内设置有用于阻断所述水位控制管内的由进水口至出水口水流的阀门。本申请提供的田间智能排水装置，可以实现排水的远程控制和智能控制，可以采集实时的水位和土壤含水率数据，通过提高雨后田间水位降低排水负荷，减少污染物排放，同时充分利用雨水，降低灌水量，节约水资源，并且本发明采用太阳能供电，节能环保。

Description

一种田间智能排水装置

技术领域

本发明涉及农业水土工程技术领域，特别是涉及一种集稻田排水技术、智能控制技术和传感器技术于一体的田间智能排水装置。

背景技术

水稻是灌溉需水量最大的作物，其灌溉水量占农业用水总量的70%左右。如何降低水稻的耗水量一直是人们关注的热点话题。在我国南方地区，随着化肥常年施用，稻田化肥使用量不断增加，而暴雨频发导致稻田排水激增，这既造成了淡水资源的浪费，也流失了大量的养分，造成面源污染。

随着我国水资源短缺问题和环境问题的日益突出，水稻节水灌溉和排水技术得到大面积应用；而控制稻田氮素流失对提高肥料利用率和环境保护显得极为重要。在实施节水灌溉（控制灌溉和干湿交替灌溉）时，采用常规施肥，充分利用雨水，提高雨后田间蓄水深度（蓄水控灌），降低排水次数和排水量，提高水分利用效率并减少氮磷等养分的流失，可以减轻农业面源污染。随着这些技术的推广与应用，水资源浪费和面源污染问题得到一定的缓解。但是在实际农田管理中，人工控制降雨时的田间水位，存在很多不稳定因素。如在雷雨交加时，地面湿滑，视线不足，人进行操作时有生命危险；有时暴雨比较突然，人工无法及时对田间水位进行调控；另外，在管理中需要投入大量的人力和物力，造成管理成本急剧上升。

目前，国内针对上述问题已经有一些稻田自动排水装置。如水力自动闸门、水田灌溉排水自动控制装置等。这些装置多通过控制地下水位并辅以水位观测管来达到控制排水的目的，有些还配有电磁阀等设备，实现自动控制，一般仅仅实现了水位控制的目标，而且在实践中无法实时掌握田间的水位或土壤水分情况，难以作到长期有效地精准监测；另外水力控制或电磁阀控制有可能出现偏差，但若非现场查验无法得知实际的控制状况。

随着物联网技术的发展，监测设备的小型化和智能化已经成为趋势。在农田排水中应用智能化技术，可以进一步提高设备的控制排水的效率，并可实时掌控田间水位或土壤水分状况，对于农田灌溉的智能决策有重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种田间智能排水装置。以太阳能为电力来源，根据传感器得到的田间水位或土壤含水率数据，并实时上传至服务器，参照水稻不同生育期对水分的需求以及不同时期的排涝标准，通过单片机进行决策，控制电机的启闭，带动排水阀门的升降，达到控制排水的要求，可起到节水、减排、省工的目的。

本发明提供了如下方案：

一种田间智能排水装置，包括：

水位控制管，所述水位控制管包括进水口以及出水口；

阀门组件，所述阀门组件包括设置于所述水位控制管下方的阀门舱，所述阀门舱内设置有用于阻断所述水位控制管内的由进水口至出水口水流的阀门；

驱动组件，所述驱动组件包括电动机以及锯齿状拉杆，所述电动机位于所述水位控制管上部；所述锯齿状拉杆一端与所述电动机输出轴连接的齿轮啮合相连，另一端穿过所述水位控制管与所述阀门固定相连；所述电动机用于驱动所述锯齿状拉杆实现上下移动以便所述锯齿状拉杆带动所述阀门上下移动；

水位信息获取组件，所述水位信息获取组件用于获取田间的实时水位信息；

控制器以及太阳能发电组件，所述控制器用于根据所述水位信息获取组件获取的所述实时水位信息与预置水位信息的比对结果，控制所述电动机驱动所述锯齿状拉杆向上或向下移动。

优选的：所述阀门舱顶部设置有第一橡胶密封组件，所述阀门两侧具有弯折结构且嵌入所述阀门舱。

优选的：所述阀门舱底部连接有排气管，所述排气管上端高于所述水位控制管上部。

优选的：所述阀门正上方的所述水位控制管内壁处设置有闭合槽，所述闭合槽两侧为玻璃钢材质，所述闭合槽中部为橡胶材质。

优选的：还包括电机防护罩，所述电机防护罩与所述水位控制管上部相连，所述电动机位于所述电机防护罩内。

优选的：所述电动机为小型慢速电机，所述锯齿状拉杆穿过所述水位控制管上部位置处设置有第二橡胶密封组件。

优选的：所述进水口与所述出水口分别设置有拦阻格栅，所述拦阻格栅与水流方向成30°夹角设置。

优选的：所述太阳能发电组件包括太阳能发电板以及锂电池组，所述太阳能发电板以及锂电池组通过支撑杆与所述水位控制管相连；所述太阳能发电板与水平面成45°夹角设置。

优选的：所述水位信息获取组件包括设置于田间的至少一个水位传感器以及至少一个土壤水分传感器。

优选的：所述控制组件包括单片机以及无线通信模块；所述单片机连接有复位开关、阀门闭合开关、阀门打开开关以及智能模式开关。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过本发明，可以实现一种田间智能排水装置，在一种实现方式下，该装置可以包括水位控制管，所述水位控制管包括进水口以及出水口；阀门组件，所述阀门组件包括设置于所述水位控制管下方的阀门舱，所述阀门舱内设置有用于阻断所述水位控制管内的由进水口至出水口水流的阀门；驱动组件，所述驱动组件包括电动机以及锯齿状拉杆，所述电动机位于所述水位控制管上部；所述锯齿状拉杆一端与所述电动机输出轴连接的齿轮啮合相连，另一端穿过所述水位控制管与所述阀门固定相连；所述电动机用于驱动所述锯齿状拉杆实现上下移动以便所述锯齿状拉杆带动所述阀门上下移动；水位信息获取组件，所述水位信息获取组件用于获取田间的实时水位信息；控制器以及太阳能发电组件，所述控制器用于根据所述水位信息获取组件获取的所述实时水位信息与预置水位信息的比对结果，控制所述电动机驱动所述锯齿状拉杆向上或向下移动。本申请提供的田间智能排水装置，可以实现排水的远程控制和智能控制，可以采集实时的水位和土壤含水率数据，通过提高雨后田间水位降低排水负荷，减少污染物排放，同时充分利用雨水，降低灌水量，节约水资源，并且本发明采用太阳能供电，节能环保。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种田间智能排水装置的第一结构示意图;

图2是本发明实施例提供的一种田间智能排水装置的第二结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种田间智能排水装置的第三结构示意图；

图4是本发明实施例提供的阀门与阀门舱连接处结构示意图；

图5是本发明实施例提供的装置安装示意图。

图中：水位控制管1、进水口2、出水口3、阀门舱4、阀门5、电动机6、锯齿状拉杆7、控制器8、第一橡胶密封9、排气管10、闭合槽11、电机防护罩12、第二橡胶密封组件13、拦阻格栅14、太阳能发电板15、锂电池组16、支撑杆17、水位传感器18、土壤水分传感器19、水稻20、电线21、田埂22。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参见图1、图2、图3、图4、图5，为本发明实施例提供的一种田间智能排水装置，如图1、图2、图3、图4、图5所示，该装置包括水位控制管1，所述水位控制管1包括进水口2以及出水口3；该水位控制管用于将田间多余的水排除，具体实现时可以在出水口处连接水泵等抽水设备通过该水位控制管将田间多余水排除。

阀门组件，所述阀门组件包括设置于所述水位控制管下方的阀门舱4，所述阀门舱4内设置有用于阻断所述水位控制管内的由进水口2至出水口3水流的阀门5；该阀门可以为采用板材制作而成。图1中所示的阀门位置为该阀门处于开启状态的示意图。当阀门闭合时，阀门会向上移动至闭合槽11内，这样可以保证在阀门闭合时保证良好的隔断水的效果。

驱动组件，所述驱动组件包括电动机6以及锯齿状拉杆7，所述电动机6位于所述水位控制管1上部；所述锯齿状拉杆7一端与所述电动机6输出轴连接的齿轮啮合相连，另一端穿过所述水位控制管1与所述阀门5固定相连；所述电动机6用于驱动所述锯齿状拉杆7实现上下移动以便所述锯齿状拉杆7带动所述阀门5上下移动；

水位信息获取组件，所述水位信息获取组件用于获取田间的实时水位信息；

控制器8以及太阳能发电组件，所述控制器8用于根据所述水位信息获取组件获取的所述实时水位信息与预置水位信息的比对结果，控制所述电动机6驱动所述锯齿状拉杆7向上或向下移动。

进一步的，所述阀门舱4顶部设置有第一橡胶密封组件9，所述阀门5两侧具有弯折结构且嵌入所述阀门舱4。所述阀门舱4底部连接有排气管10，所述排气管10上端高于所述水位控制管1上部。

所述阀门5正上方的所述水位控制管1内壁处设置有闭合槽11，所述闭合槽11两侧为玻璃钢材质，所述闭合槽11中部为橡胶材质。还包括电机防护罩12，所述电机防护罩12与所述水位控制管1上部相连，所述电动机6位于所述电机防护罩12内。所述电动机6为小型慢速电机，所述锯齿状拉杆7穿过所述水位控制管1上部位置处设置有第二橡胶密封组件13。所述进水口2与所述出水口3分别设置有拦阻格栅14，所述拦阻格栅14与水流方向成30°夹角设置。所述太阳能发电组件包括太阳能发电板15以及锂电池组16，所述太阳能发电板15以及锂电池组16通过支撑杆17与所述水位控制管1相连；所述太阳能发电板15与水平面成45°夹角设置。所述水位信息获取组件包括设置于田间的至少一个水位传感器18以及至少一个土壤水分传感器19。所述控制组件包括单片机以及无线通信模块；所述单片机连接有复位开关、阀门闭合开关、阀门打开开关以及智能模式开关。

该智能排水装置主要包括水位控制管、太阳能发电装置、控制器、支撑杆和外置传感器。水位控制管包括小型慢速电机、电机防护罩、闭合槽、密封橡胶圈和阀门舱、阀门、直条型齿轮、拦阻格栅、排气管等。电机和防护罩设置在控制管的正上方，直条型齿轮安装在控制管中心位置，齿轮与阀门采用螺钉进行连接，电机正下方设有阀门的闭合槽，闭合槽内部安装有密封橡胶。

阀门舱位于控制管的正下方，阀门在打开状态时完全进入阀门舱，闭合状态时从阀门舱升起；阀门的两侧采用弯折结构嵌入阀门舱，该结构有利于减少渗水，二者连接部分需涂抹黄油进行润滑。阀门舱上方在阀门的两侧安有密封橡胶，防止水渗入阀门舱；阀门舱底部设有排气管，排气管从阀门舱的底部延伸出来，沿着排水管侧壁布置，排气管的出口超出排水管上方10 cm。

太阳能发电组件包括太阳能发电板和锂电池，锂电池向控制器供电；小型慢速电机和传感器通过电线与控制器相连，控制器以传感器的信号以及内置程序来控制电机，电机通过转头带动锯齿状拉杆进行上下移动，实现阀门的开闭。

图5是本发明的田间智能排水装置的田间布置示意图。如图所示，水位控制器埋设在田埂22上，控制器下方与田间土壤处于同一水平面，以便于快速排水；水位传感器和土壤水分传感器埋设在剧控制器直径10 m范围内，需远离控制器1m以上，可根据需要设置多个传感器。

水稻20插秧后，打开控制器智能控制开关，该装置处于自动运行状态。内部运行1～130天的排水程序：若运行50天时，田间水位高于25cm时，控制器接收到信号，发出指令，电机启动，阀门自动打开，待田间水位低于20cm时，阀门关闭；若运行75天时，田间土壤含水率低于田间持水率的100%，则控制器向指挥中心发出灌水指示。实际运行时，可根据水稻品种、种植季节、地域等设置每个阶段的时长、田间水位和土壤含水率阈值。

在实际应用中，水位控制管的底部设置阀门舱，阀门舱中放置阀门，阀门舱顶部采用橡胶对阀门进行密封，阀门两侧采用弯折结构嵌入阀门舱中，并延伸至控制管顶部，阀门舱底部设有排气管；阀门由一根锯齿状拉杆与慢速电机相接触；阀门正上方设置一闭合槽，闭合槽两侧采用玻璃钢材质，闭合槽中部为橡胶材质；控制管的入口和出口为倾斜拦阻格栅，格栅与水平面成60°夹角，格栅条与水流方向成30°夹角；控制管靠右侧位置上方竖立支撑杆，支撑杆顶部装有太阳能发电板，发电板与水平方向成45°夹角，发电板北部设有储能锂电池组，以及以单片机和4G芯片为核心的控制器；电池组相电机和控制器供电。

前述的控制器外置水位传感器和水分传感器，通过4G芯片将数据实时传递到指挥中心；控制器外置复位开关、阀门闭合开关和阀门打开开关以及智能模式开关。

前述的控制器内置一套水位控制程序：以水稻生长时间为主要控制依据，水稻移栽后0～10天（阶段1），当水位处于0～10 cm时阀门为关闭状态，水位高于12 cm时打开阀门，待水位降至10 cm时关闭阀门，若水分传感器中土壤体积含水率低于田间持水率的100%，则向指挥中心发出灌水指示；移栽后11～30天（阶段2），当水位为0～15 cm时阀门为关闭状态，水位高于20 cm时打开阀门，待水位降至15cm时关闭阀门，若水分传感器中土壤体积含水率低于田间持水率的70%，则向指挥中心发出灌水指示；移栽后31～60天（阶段3），当水位为0～20 cm时阀门为关闭状态，水位高于25 cm时打开阀门，待水位降至15 cm时关闭阀门，若水分传感器中土壤体积含水率低于田间持水率的60%，则向指挥中心发出灌水指示；移栽后61～85天（阶段4），当水位为0～25 cm时阀门为关闭状态，水位高于30cm时打开阀门，待水位降至25 cm时关闭阀门，若水分传感器中土壤体积含水率低于田间持水率的100%，则向指挥中心发出灌水指示；移栽后86～110天（阶段5），当水位为0～10 cm时阀门为关闭状态，水位高于15 cm时打开阀门，待水位降至10 cm时关闭阀门，若水分传感器中土壤体积含水率低于田间持水率的100%，则向指挥中心发出灌水指示；移栽后111～130天（阶段6），当水位为0～5 cm时阀门为关闭状态，水位高于10cm时打开阀门，待水位降至5cm时关闭阀门。

总之，本申请提供的田间智能排水装置，可以实现排水的远程控制和智能控制，可以采集实时的水位和土壤含水率数据，通过提高雨后田间水位降低排水负荷，减少污染物排放，同时充分利用雨水，降低灌水量，节约水资源，并且本发明采用太阳能供电，节能环保。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种田间智能排水装置，其特征在于，包括：

水位控制管，所述水位控制管包括进水口以及出水口；

阀门组件，所述阀门组件包括设置于所述水位控制管下方的阀门舱，所述阀门舱内设置有用于阻断所述水位控制管内的由进水口至出水口水流的阀门；

驱动组件，所述驱动组件包括电动机以及锯齿状拉杆，所述电动机位于所述水位控制管上部；所述锯齿状拉杆一端与所述电动机输出轴连接的齿轮啮合相连，另一端穿过所述水位控制管与所述阀门固定相连；所述电动机用于驱动所述锯齿状拉杆实现上下移动以便所述锯齿状拉杆带动所述阀门上下移动；

水位信息获取组件，所述水位信息获取组件用于获取田间的实时水位信息；

控制器以及太阳能发电组件，所述控制器用于根据所述水位信息获取组件获取的所述实时水位信息与预置水位信息的比对结果，控制所述电动机驱动所述锯齿状拉杆向上或向下移动；

所述控制器存储有水位控制程序，所述水位控制程序包括：

以水稻生长时间为控制依据，水稻移栽后0～10天，当水位处于0～10cm时阀门为关闭状态，水位高于12cm时打开阀门，待水位降至10cm时关闭阀门，若水分传感器中土壤体积含水率低于田间持水率的100％，则向指挥中心发出灌水指示；移栽后11～30天，当水位为0～15cm时阀门为关闭状态，水位高于20cm时打开阀门，待水位降至15cm时关闭阀门，若水分传感器中土壤体积含水率低于田间持水率的70％，则向指挥中心发出灌水指示；移栽后31～60天，当水位为0～20cm时阀门为关闭状态，水位高于25cm时打开阀门，待水位降至15cm时关闭阀门，若水分传感器中土壤体积含水率低于田间持水率的60％，则向指挥中心发出灌水指示；移栽后61～85天，当水位为0～25cm时阀门为关闭状态，水位高于30cm时打开阀门，待水位降至25cm时关闭阀门，若水分传感器中土壤体积含水率低于田间持水率的100％，则向指挥中心发出灌水指示；移栽后86～110天，当水位为0～10cm时阀门为关闭状态，水位高于15cm时打开阀门，待水位降至10cm时关闭阀门，若水分传感器中土壤体积含水率低于田间持水率的100％，则向指挥中心发出灌水指示；移栽后111～130天，当水位为0～5cm时阀门为关闭状态，水位高于10cm时打开阀门，待水位降至5cm时关闭阀门。

2.根据权利要求1所述的田间智能排水装置，其特征在于，所述阀门舱顶部设置有第一橡胶密封组件，所述阀门两侧具有弯折结构且嵌入所述阀门舱。

3.根据权利要求2所述的田间智能排水装置，其特征在于，所述阀门舱底部连接有排气管，所述排气管上端高于所述水位控制管上部。

4.根据权利要求1所述的田间智能排水装置，其特征在于，所述阀门正上方的所述水位控制管内壁处设置有闭合槽，所述闭合槽两侧为玻璃钢材质，所述闭合槽中部为橡胶材质。

5.根据权利要求1所述的田间智能排水装置，其特征在于，还包括电机防护罩，所述电机防护罩与所述水位控制管上部相连，所述电动机位于所述电机防护罩内。

6.根据权利要求5所述的田间智能排水装置，其特征在于，所述电动机为小型慢速电机，所述锯齿状拉杆穿过所述水位控制管上部位置处设置有第二橡胶密封组件。

7.根据权利要求1所述的田间智能排水装置，其特征在于，所述进水口与所述出水口分别设置有拦阻格栅，所述拦阻格栅与水流方向成30°夹角设置。

8.根据权利要求1所述的田间智能排水装置，其特征在于，所述太阳能发电组件包括太阳能发电板以及锂电池组，所述太阳能发电板以及锂电池组通过支撑杆与所述水位控制管相连；所述太阳能发电板与水平面成45°夹角设置。

9.根据权利要求1所述的田间智能排水装置，其特征在于，所述水位信息获取组件包括设置于田间的至少一个水位传感器以及至少一个土壤水分传感器。

10.根据权利要求1所述的田间智能排水装置，其特征在于，所述控制器包括单片机以及无线通信模块；所述单片机连接有复位开关、阀门闭合开关、阀门打开开关以及智能模式开关。

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