CN108575678B - 一种基于农作物需水量的计量灌溉装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于农作物需水量的计量灌溉装置，其包括储水箱和混合箱，混合箱顶壁上安装有电机、螺旋给料机、化肥融化箱、加药斗和高扬程大流量的水泵；加药斗出口段延伸至混合箱内、并在出口段安装有流量计；水泵的进水端与延伸至净化箱中下部的第一进水管连接，第一进水管上连接有第二进水管；水泵的出水端通过第一出水管与主输水管连接；第一出水管和主输水管与沉淀盒连接处均设置有流量计，主输水管的两侧面和顶面均设置有出水孔；主输水管顶部的出水口上连接有喷水管；主输水管两侧面连接有滴定管，滴定管的底面开设有滴水孔。本灌溉装置能够实现浇水、施肥和喷洒农药，同时还能够准确计量流入主输水管的溶液总量。

Description

一种基于农作物需水量的计量灌溉装置

技术领域

本发明涉及农作物灌溉系统，具体涉及一种基于农作物需水量的计量灌溉装置。

背景技术

灌溉，意思是用水浇地。灌溉原则是灌溉量、灌溉次数和时间要根据植物需水特性、生育阶段、气候、土壤条件而定，要适时、适量，合理灌溉。其种类主要有播种前灌水、催苗灌水、生长期灌水及冬季灌水等，同时灌溉为地补充作物所需水分的技术措施。为了保证作物正常生长，获取高产稳产，必须供给作物以充足的水分。在自然条件下，往往因降水量不足或分布的不均匀，不能满足作物对水分要求。因此，必须人为地进行灌溉，以补天然降雨不足。在农业生产中，有些利用滴管进行灌溉，然而滴灌容易造成堵塞，且还不具有防腐功能。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于农作物需水量的计量灌溉装置能够实现浇水、施肥和喷洒农药，同时还能够准确计量流入主输水管的溶液总量。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于农作物需水量的计量灌溉装置，其包括储水箱和混合箱，储水箱通过其顶壁上安装的隔板将其分割成两个下部相互连通的进水箱和净化箱，储水箱底部设置有高度延伸至与隔板底面齐平的砂砾层，净化箱处的砂砾层上铺设有细沙过滤层；进水箱的入口处的侧壁上设置有凸缘，凸缘上放置有拦截漂浮物的过滤网；过滤网包括倾斜设置在进水箱的凸缘上的网板，焊接于网板一侧、并与进水箱一侧侧壁完全贴合的竖向板及焊接于网板另一侧、并延伸至进水箱外的取卸板；

混合箱顶壁上安装有电机、螺旋给料机、化肥融化箱、加药斗和高扬程大流量的水泵；加药斗出口段延伸至混合箱内、并在出口段安装有流量计；水泵的进水端与延伸至净化箱中下部的第一进水管连接，第一进水管通过沉淀盒分割成第一管段和第二管段，第一管段的出水口低于第二管段的进水口，第一管段和第二管段上均设置有流量计；第二管段上连接有延伸至混合箱底部的第二进水管；水泵的出水端通过第一出水管与填埋在土壤中的主输水管连接；第一出水管上连接有延伸至混合箱中下部的第二出水管，电机的动力输出轴上安装有延伸至混合箱中下部的搅拌轴；

化肥融化箱进口端位于螺旋给料机出口处的正下方，化肥融化箱包括通过支撑座倾斜设置在混合箱上呈斗形的箱体，箱体的上下及两侧的侧壁在邻近螺旋给料机出口三分之二段上均均布有若干电加热棒，箱体的上侧壁未设置电加热棒处连接有耐高温的冲水管，冲水管的出水口设置有旋转喷头；第二出水管上连接有分水支管，分水支管的出水口与冲水管通过螺纹固定连接；

第一出水管与主输水管之间设置有沉淀盒，第一出水管和主输水管与沉淀盒连接处均设置有流量计，主输水管由沉淀盒至注水管末端的两侧面和顶面均设置有直径逐渐增大的出水孔；主输水管顶部的出水口上连接有垂直于主输水管的喷水管，喷水管的末端安装有旋转喷头；主输水管两侧面连接有滴定管，滴定管的底面由其连接处至末端开设有直径逐渐增大的滴水孔，滴水孔上固定安装有滴水头，滴水头的进口直径等于滴定管上最邻近主输水管的出水口直径，滴水头的出口直径等于滴定管末端最后一个出水口直径；

第一进水管、第二进水管、第一出水管、喷水管、滴定管和第二出水管上均设置有电磁阀，水泵、电机、螺旋给料机、电加热棒和流量计均与蓄电池和控制模块连接。

优选地，该基于农作物需水量的计量灌溉装置还包括机房，混合箱、配电箱和控制模块均设置在机房内；机房的整个屋顶表面均铺设有与蓄电池连接的柔性太阳能板，蓄电池与配电箱连接。

优选地，沉淀盒包括柱状的箱本体和设置在箱本体的下表面、并将箱本体分割成两个腔体的溢流板，箱本体的直径为第一进水管直径的2倍；溢流板左侧长度等于右侧长度的2倍。

优选地，混合箱的底面设置呈斜面，且朝向第二进水管所在侧倾斜，第二进水管紧邻混合箱的侧壁设置。

优选地，灌溉装置灌溉区域的土壤中均布有若干埋入深度大于滴水头埋入深度的湿度传感器，灌溉装置灌溉区域土壤地表面在设定高度处设置有若干湿度传感器，湿度传感器均与控制模块连接。

本发明的有益效果为：本方案通过控制模块控制各管路上的电磁阀的开启和关闭，实现浇灌、施肥及喷洒农药的自由切换；控制模块及混合箱上设置的螺旋给料机和第一进水管上的两个流量计的相互配合，能够自动实现化肥和水量比例的调整；控制模块及第一进水管上的两个流量计与加药斗出口段的流量计的相互配合，能够自动实现药水与水量比例的调整；控制模块、第二出水管和主输水管上的流量计的相互配合，能够实现进入灌溉区域内数量的精确计量。

主输水管由沉淀盒至注水管末端的两侧面和顶面设置直径逐渐增大的出水孔后，在主输水管内流速的降低，产生的动压逐渐减小时，出水孔尺寸的差异可以保证灌溉区域的不同位置尽量获得相等的灌溉量。

附图说明

图1为基于农作物需水量的计量灌溉装置的结构示意图。

图2为过滤网的结构示意图。

图3为混合箱顶面上安装上各个部件后的俯视图。

图4为化肥融化箱的结构示意图。

图5为滴定管安装在主输水管上的结构示意图。

图6为滴定管的结构示意图。

图7为滴水头的结构示意图。

其中，1、储水箱；11、砂砾层；12、隔板；13；凸缘；2、过滤网；21、竖向板；22、网板；23、取卸板；3、沉淀盒；31、箱本体；32、溢流板；4、水泵；41、第一管段；42、第二管段；43、电磁阀；44、第二出水管；45、第二进水管；46、第一出水管；

5、电机；51、搅拌轴；6、螺旋给料机；7、机房；71、蓄电池；72、屋顶；73、配电箱；8、主输水管；81、流量计；82、滴定管；821、滴水头；83、喷水管；831、旋转喷头；9、化肥融化箱；91、分水支管；92、进口端；93、箱体；94、冲水管；95、电加热棒；10、混合箱。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

参考图1，图1示出了基于农作物需水量的计量灌溉装置的结构示意图；如图1所示，该基于农作物需水量的计量灌溉装置包括储水箱1和混合箱10。农作物浇灌时可以直接采用下雨时汇聚的雨水，也可以直接引流河道水源或简单处理后的生活污水。

对于河道和雨水，其中会携带一些杂物，比如树叶或生活垃圾，为了避免杂物堵塞管道，烧坏水泵4，对此本方案优选储水箱1通过其顶壁上安装的隔板12将其分割成两个下部相互连通的进水箱和净化箱，储水箱1底部设置有高度延伸至与隔板12底面齐平的砂砾层11，净化箱处的砂砾层11上铺设有细沙过滤层。

进水箱的入口处的侧壁上设置有凸缘13，凸缘13上放置有拦截漂浮物的过滤网2；如图2所示，过滤网2包括倾斜设置在进水箱的凸缘13上的网板22，焊接于网板22一侧、并与进水箱一侧侧壁完全贴合的竖向板21及焊接于网板22另一侧、并延伸至进水箱外的取卸板23。

过滤网2可以对进入储水箱1中的杂物进行拦截，当过滤网2拦截一段时间后，其上会堆积大量的杂物，在清理杂物时，人们可以手持取卸板23，向上移动网板22，由于竖向板21直接与进水箱一侧侧壁完全贴合，在取出过滤网2时，直接向上提取卸板23就可以毫无障碍的取出过滤网2清洗，省时省力。

当储水箱1的水主要来源雨水时，其中会携带大量的泥沙，砂砾层11和细沙过滤层的设置可以对雨水中的泥沙进行过滤、沉淀，避免了浇灌过程中泥沙沉积在各个管道壁上，影响浇灌的准确计量及浇灌装置的使用寿命。另外，砂砾层11和细沙过滤层位置的具体设置，可以对进入储水箱1中比较细小的悬浮物进行拦截，以杜绝进入储水箱1中的漂浮物进入水泵4，影响水泵4的使用寿命。

如图1和图3所示，混合箱10顶壁上安装有电机5、螺旋给料机6、化肥融化箱9、加药斗和高扬程大流量的水泵4；加药斗出口段延伸至混合箱10内、并在出口段安装有流量计81；控制模块及第一进水管上的两个流量计81与加药斗出口段的流量计81的相互配合，能够自动实现药水与水量比例的调整。

水泵4的进水端与延伸至净化箱中下部的第一进水管连接，第一进水管被沉淀盒3分割成第一管段41和第二管段42，第一管段41的出水口低于第二管段42的进水口，第一管段41和第二管段42上均设置有流量计81。

实施时，本方案优选沉淀盒3包括柱状的箱本体31和设置在箱本体31的下表面、并将箱本体31分割成两个腔体的溢流板32，箱本体31的直径为第一进水管直径的2倍；溢流板32左侧长度等于右侧长度的2倍。

溢流板32的设置可以使第一管段41的水一直处于满管状态，由于经过多次试验可以测得抽水后沉淀盒3中停留的水量，这样通过第一管段41上的流量计81和第二管段42上的流量计81结合提留的水量能够准确计量通过水泵4的水。

进入第一进水管上的沉淀盒3的进水口低于出水口，进入其内的泥沙可以沉淀在沉淀盒3的底部；另外，进入沉淀盒3内的液体首先进入左侧的腔体，之后翻过溢流板32进入右侧的腔体，溢流板32可以使进入沉淀盒3的水达到两次沉淀。

再次参考图1，第二管段42上连接有延伸至混合箱10底部的第二进水管45；水泵4的出水端通过第一出水管46与填埋在土壤中的主输水管8连接；第一出水管46上连接有延伸至混合箱10中下部的第二出水管44，电机5的动力输出轴上安装有延伸至混合箱10中下部的搅拌轴51。

在本发明的一个实施例中，混合箱10的底面设置呈斜面，且朝向第二进水管45所在侧倾斜，第二进水管45紧邻混合箱10的侧壁设置。混合箱10的底面和第二进水管45独特设置，可以保证停留在混合箱10中的溶液尽量少。

由于本方案的螺旋给料机6是集粉体物料稳流输送、称重计量和定量控制为一体的新一代产品，其适用于各种工业生产环境的粉体物料连续计量和配料，在对农作物进行施肥时，控制模块关闭第二进水管45和第一出水管46上的电磁阀43，使从储水箱1中的水通过第一进水管和第二出水管44进入混合箱，再结合第一管段41上的流量计81和第二管段42上的流量计81及螺旋给料机6的称重计量，可以实现水和化肥比例的自动控制。

如图3和图4所示，化肥融化箱9的进口端92位于螺旋给料机6出口处的正下方，化肥融化箱9包括通过支撑座倾斜设置在混合箱10上呈斗形的箱体93，箱体93的上下及两侧的侧壁在邻近螺旋给料机6出口三分之二段上均均布有若干电加热棒95，箱体93的上侧壁未设置电加热棒95处连接有耐高温的冲水管94，冲水管94的出水口设置有旋转喷头831；第二出水管44上连接有分水支管91，分水支管91的出水口与冲水管94通过螺纹固定连接。

对于温度较低的季节或一些难溶化的化肥，其需要很长一段时间才能溶解在水中，有的甚至会沉淀至混合箱10的箱体93，本方案设置化肥融化箱9后，在气温较低的季节或施加难容的化肥时，可以开启化肥融化箱9的电加热棒95对化肥进行融化。

冲水管94设置后，可以将部分第二出水管44中的水引流至化肥融化箱9，通过其上的冲水管94与旋转喷头831的相互配合，可以辅助融化后粘度较大的化肥快速流入混合箱10中，另外引流进化肥融化箱9的水还可以降低化肥在化肥融化箱9的残余量。其中冲水管94位置的设置还可以降低对电加热棒95的损伤。

第一出水管46与主输水管8之间设置有沉淀盒3，第一出水管46和主输水管8与沉淀盒3连接处均设置有流量计81，此处沉淀盒3及其两边流量计81的测量原理与第一进水管上流量计81和沉淀盒3的测量原理相同，通过这种方式可以准确计量流入浇灌区域的溶液。

另外，第一出水管46与主输水管8之间的沉淀盒3及其两侧的流量计81与一进水管上流量计81和沉淀盒3的相互配合，还可以得到在于第一进水管和第一出水管46之间损失的流量，通过损失的流量和农作物的需水量可以精准的控制灌溉时需要给予的水量。

第一出水管46与主输水管8之间的沉淀盒3还可以对通过化肥携带的杂质进行两次沉淀，从而保证了进入主输水管8中水中无细小杂质，从而保证了滴水头821中水量的通畅性。

如图1、图5、图6和图7所示，主输水管8由沉淀盒3至注水管末端的两侧面和顶面均设置有直径逐渐增大的出水孔；主输水管8顶部的出水口上连接有垂直于主输水管8的喷水管83，喷水管83的末端安装有旋转喷头831；主输水管8两侧面连接有滴定管82，滴定管82的底面由其连接处至末端开设有直径逐渐增大的滴水孔，滴水孔上固定安装有滴水头821，滴水头821的进口直径等于滴定管82上最邻近主输水管8的出水口直径，滴水头821的出口直径等于滴定管82末端最后一个出水口直径，这样可以保证滴水头821每次滴出的水量相等。

主输水管8由沉淀盒3至注水管末端的两侧面和顶面设置直径逐渐增大的出水孔后，在主输水管8内流速降低，产生的动压逐渐减小时，出水孔尺寸的差异可以保证灌溉区域的不同位置尽量获得相等的灌溉量。

第一进水管、第二进水管45、第一出水管46、喷水管83、滴定管82和第二出水管44上均设置有电磁阀43，水泵4、电机5、螺旋给料机6、电加热棒95和流量计81均与配电箱73和控制模块（控制模块的型号为AMD Ryzen 5 2400G）连接。控制模块的设置，可以实现本方案的灌溉装置的全自动化控制。

实施时，本方案优选该基于农作物需水量的计量灌溉装置还包括机房7，混合箱10、配电箱73和控制模块均设置在机房7内；机房7的整个屋顶72表面均铺设有与蓄电池71连接的柔性太阳能板，蓄电池71与配电箱73连接。

由于灌溉装置的主要电器部件是安装在混合箱10上，这样设置机房7后，其可以对混合箱10上的电器部件进行保护；另外灌溉装置的机房7都安装在农田中，其能够接收足够的光照，机房7设置后可以方便柔性太阳能电池板的布置，达到节能的目的。

本方案优选，在机房7所在位置设置有与控制模块连接的摄像头，这样可以方便管理人员对机房7内的电器部件及设置在房顶上的柔性太阳能电池板的监控，提高灌溉装置的防盗能力。

灌溉装置灌溉区域的土壤中均布有若干埋入深度大于滴水头821埋入深度的湿度传感器，灌溉装置灌溉区域土壤地表面在设定高度处设置有若干湿度传感器（湿度传感器为DHT11电阻式湿度传感器），湿度传感器均与控制模块连接。

湿度传感器能够对土壤中和空气中的湿度进行采集，当土壤中所有湿度传感器中有50%的湿度传感器显示土壤中的含水量低于设定值、且50%的湿度传感器均布在灌溉区时，则控制模块则启动第一进水管、第一出水管46和滴定管82上的电磁阀43开启，余下所有电磁阀43关闭，对土壤进行滴灌，以实现对农作物的浇灌。

当土壤中所有湿度传感器中有30%的湿度传感器显示土壤中的含水量低于设定值、且30%的湿度传感器均布在灌溉区及土壤表面所有湿度传感器中有60%的湿度传感器显示土壤中的含水量低于设定值、且60%的湿度传感器均布在灌溉区，则控制模块则启动第一进水管、第一出水管46和喷水管83上的电磁阀43开启，余下所有电磁阀43关闭，对植物的茎叶进行滴灌，避免植物缺水，影响植物正常生长。

Claims (5)

1.一种基于农作物需水量的计量灌溉装置，其特征在于，包括储水箱和混合箱，所述储水箱通过其顶壁上安装的隔板将其分割成两个下部相互连通的进水箱和净化箱，所述储水箱底部设置有高度延伸至与隔板底面齐平的砂砾层，所述净化箱处的砂砾层上铺设有细沙过滤层；所述进水箱的入口处的侧壁上设置有凸缘，所述凸缘上放置有拦截漂浮物的过滤网；所述过滤网包括倾斜设置在进水箱的凸缘上的网板，焊接于所述网板一侧、并与所述进水箱一侧侧壁完全贴合的竖向板及焊接于网板另一侧、并延伸至进水箱外的取卸板；

所述混合箱顶壁上安装有电机、螺旋给料机、化肥融化箱、加药斗和高扬程大流量的水泵；所述加药斗出口段延伸至混合箱内、并在出口段安装有流量计；所述水泵的进水端与延伸至净化箱中下部的第一进水管连接，所述第一进水管被沉淀盒分割成第一管段和第二管段，第一管段的出水口低于第二管段的进水口，所述第一管段和第二管段上均设置有流量计；所述第二管段上连接有延伸至所述混合箱底部的第二进水管；所述水泵的出水端通过第一出水管与填埋在土壤中的主输水管连接；所述第一出水管上连接有延伸至所述混合箱中下部的第二出水管，所述电机的动力输出轴上安装有延伸至混合箱中下部的搅拌轴；

所述化肥融化箱的进口端位于所述螺旋给料机出口处的正下方，所述化肥融化箱包括通过支撑座倾斜设置在混合箱上呈斗形的箱体，所述箱体的上下及两侧的侧壁在邻近螺旋给料机出口三分之二段上均布有若干电加热棒，所述箱体的上侧壁未设置电加热棒处连接有耐高温的冲水管，所述冲水管的出水口设置有旋转喷头；所述第二出水管上连接有分水支管，所述分水支管的出水口与所述冲水管通过螺纹固定连接；

所述第一出水管与主输水管之间设置有沉淀盒，所述第一出水管和主输水管与沉淀盒连接处均设置有流量计，所述主输水管由沉淀盒至注水管末端的两侧面和顶面均设置有直径逐渐增大的出水孔；主输水管顶部的出水口上连接有垂直于主输水管的喷水管，所述喷水管的末端安装有旋转喷头；所述主输水管两侧面连接有滴定管，所述滴定管的底面由其连接处至末端开设有直径逐渐增大的滴水孔，所述滴水孔上固定安装有滴水头，所述滴水头的进口直径等于滴定管上最邻近主输水管的出水口直径，所述滴水头的出口直径等于滴定管末端最后一个出水口直径；

第一进水管、第二进水管、第一出水管、喷水管、滴定管和第二出水管上均设置有电磁阀，所述水泵、电机、螺旋给料机、电加热棒和流量计均与配电箱和控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的基于农作物需水量的计量灌溉装置，其特征在于，还包括机房，所述混合箱、配电箱和控制模块均设置在机房内；所述机房的整个屋顶表面均铺设有与蓄电池连接的柔性太阳能板，所述蓄电池与配电箱连接。

3.根据权利要求1所述的基于农作物需水量的计量灌溉装置，其特征在于，所述沉淀盒包括柱状的箱本体和设置在箱本体的下表面、并将箱本体分割成两个腔体的溢流板，所述箱本体的直径为第一进水管直径的2倍；所述溢流板左侧长度等于右侧长度的2倍。

4.根据权利要求1所述的基于农作物需水量的计量灌溉装置，其特征在于，所述混合箱的底面设置呈斜面，且朝向第二进水管所在侧倾斜，所述第二进水管紧邻混合箱的侧壁设置。

5.根据权利要求1所述的基于农作物需水量的计量灌溉装置，其特征在于，所述灌溉装置灌溉区域的土壤中均布有若干埋入深度大于滴水头埋入深度的湿度传感器，所述灌溉装置灌溉区域土壤地表面在设定高度处设置有若干湿度传感器，所述湿度传感器均与控制模块连接。