CN108803699A - 一种分散式渗灌系统的环保集水装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分散式渗灌系统的环保集水装置，分散式渗灌系统的水压数据与环保集水装置的水位数据共同用来检测分散式渗灌是否正常工作。本发明创造性的利用渗灌装置内部压力的变化来判断渗灌装置是否工作正常，并在一系列的时间点进行判断，能够分析出渗灌装置内压力异常的原因，解决分散式渗灌系统的环保集水装置的渗灌管数量大，难以监控的难题。

Description

一种分散式渗灌系统的环保集水装置

技术领域

本发明涉及一种渗灌装置，尤其涉及一种用于城市绿化分散式渗灌的环保集水装置，并能自调节的节水灌溉。

背景技术

渗灌系统目前被认为是一种能够进行有效节水的灌溉技术，属于地下微灌技术，通过埋于植物根系附近的灌水器，在低压条件下，根据不同植物的需水量向土壤渗水供给植物。渗灌与滴灌在本质上是相似的，只是以全部埋于地下的渗头代替了滴头，渗透的水是速率小。这种灌溉方法的灌溉质量高，能有效地解决植物水分需求，提高水分利用率。并且在渗灌以后种植基质层的表面仍然干燥，这样可以使得水分的蒸发量减少，节省水的用量。这种灌溉方式要求灌水量不能太大，否则会造成土壤的表层湿润，影响渗灌的优势。

CN107347595A公开了一种基于物联网的智能化水肥控制平台，其可以使用移动终端来控制渗灌。但其有分别使用了肥水罐和水罐两个流体输送设备来供水，水管很复杂。另一渗灌系统的出水口非常小，不同种类的肥料在混合时可能会发生反应形成结晶或沉淀堵塞出水口。另外，在供水水源上没有使用集水装置，只能使用市政管道里的水，这在某种程度上是对饮用水的一种浪费。

分散式渗灌是目前渗灌的一种常见形式，其包括集水装置，集水装置能够将不同种类来源的水，如雨水，洗车水等汇集去除沉淀杂质，然后供应给分散式渗灌。对于分散式渗灌来说，由于渗灌管数量大，而且埋在地下，其工作是否正常难以确定，比如是渗灌流量太大还是管孔被堵，都难于发现。如何监测分散式渗灌系统是本领域难以解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种渗灌装置，尤其涉及一种用于城市绿化分散式渗灌的环保集水装置。

一种分散式渗灌系统的环保集水装置，其特征在于：分散式渗灌系统包括控制器，第一湿度传感器，第二湿度传感器，第一罐，第二罐，缓冲罐，计量部，文丘里管，阀一、阀二、阀三、阀四，渗灌管系统，其中，

控制器与分别与第一湿度传感器，第二湿度传感器，阀一，阀二，阀三，阀四，计量部数据通信连接；

文丘里管的入口端与环保集水装置相连，出口端与渗灌管系统相连，文丘里管的喉管通过计量部与缓冲罐出口端相连；

文丘里管与渗灌管系统之间依次连接有供水支路和电磁通断阀，所述供水支路包括依次连接的阀一，阀三和缓冲罐入口端，文丘里管给多个渗灌管系统供水，多个渗灌管系统分散式分布，每个渗灌管系统内设有与控制器相连的水压传感器；

第一罐通过阀二连接入阀一和阀三之间；

第二罐通过阀四连接入阀三和缓冲罐入口端之间；

第一湿度传感器靠近土壤表面，第二湿度传感器位于第一湿度传感器下方；

移动终端与控制器通过局域网或互联网相连；

环保集水装置内设有与控制器相连的水位传感器。

发明人发现，渗灌管系统正常使用时会遵循一个大致的压力和时间关系，如果是土壤较缺水，那么渗灌管系统压力下降会较快，但如果土壤含水率较高，那到渗灌管系统就没有那么容易压力下降。有两种特殊的情况，那就是渗灌管系统破损，水形成喷射，此时管中压力快速下降，还有一种情况就是渗灌管系统堵塞，压力长时间维持高位。因此，发明人创造性的将渗灌管系统是否正常工作的判断转化为管内压力的判断。并绘制了相应的时间压力图。

P1为渗灌管系统内时间压力曲线上限曲线L1的值点；

P2为渗灌管系统内时间压力曲线下限曲线L2的值点；

还有渗灌管系统内理想时间压力曲线L3；

系统压力下限Plow的直线Llow，

直线Llow与上限曲线L1，下限曲线L2，理想时间压力曲线L3的交点对应的时间点为t1，t2，t3，并满足t4<t4+Δt<t2<t3<t1。

而且，在供水之后，渗灌管系统内时间压力判断前，判断环保集水装置内水位L是否低于最低值，这是因为如果供水末期水位过低，可能存在着供水不足的情况，也就是说，渗灌管系统内的压力不足不是其本身的问题，而是供水系统的问题，排除干扰因素有利于系统正确判断故障的产生原因。

一种分散式渗灌系统的使用方法，其使用前述分散式渗灌系统的环保集水装置，

S1：启动；

S2：供水支路充水；

S3：控制器判断第一湿度传感器的检测值Q1是否低于Q1预；如果是执行S4，如果否，执行S7；

S4：控制器判断第二湿度传感器的检测值Q2是否低于Q2预；如果是执行S5，如果否，执行S7；

S5：控制器接收移动终端信息；

S6：控制器根据移动终端设置的预设信息和/或移动终端获取的即时信息，选择供水模式，并供水；

S7：控制器根据渗灌管系统内的水压值P和环保集水装置内水位L来判断是执行S3还是水压异常报警。

步骤S5中所述的供水支路充水具体为，阀一和阀三打开，阀二和阀四均关闭，文丘里管供水，供水支路、缓冲罐内充水。

步骤S5中所述的移动终端的预设信息包括植物品种设定信息、即时信息包括天气信息或日期信息。

步骤S6中所述的供水模式包括：

纯水模式：阀一，阀二，阀三，阀四均关闭，文丘里管直接向渗灌管系统供水，此时，缓冲罐内的水不向文丘里管流动；

第一养份模式：阀一、阀四关闭，阀二和阀三打开，文丘里管供水，第一养份在负压作用下进入缓冲罐，计量部根据流过的水量来计算第一养份抽取量；当第一养份抽取完毕后，阀一，阀三打开，阀二和阀四关闭，文丘里管供水；

第二养份模式：阀一、阀二和阀三关闭，阀四打开，文丘里管供水，第二养份在负压作用下进入缓冲罐，计量部根据流过的水量来计算第二养份抽取量；当第二养份抽取完毕后，阀一，阀三打开，阀二和阀四关闭，文丘里管供水。步骤S7包括：

S701：判断供水之后环保集水装置内水位L是否低于最低值，如果是进入S712，如果否进入S701；

S702：判断时间t是否达到预检时间t4，如果是执行S703，如果否，间隔预定时间后重复执行S702；

S703：判断水压P是否满足P2<P<P1；如果是执行S704，如果否，执行S706；

S704：判断时间t是否达到预检时间t4＝t4+Δt；如果是执行S705；如果否，间隔预定时间后重复执行S704；

S705：判断水压P是否满足P2<P<P1；如果是执行S706，如果否，执行S712；

S706：判断时间t是否达到检测时间t2，如果是执行S707，如果否，间隔预定时间后重复执行S706；

S707：判断水压P与P1、P2关系；如果P1<P<P2执行S708；如果P<P2，执行S3；如果P1<P，执行S712；

S708：判断时间t是否达到检测时间t3，如果是执行S709，如果否，间隔预定时间后重复执行S708；

S709：判断水压P与P1、P2关系；如果P1<P<P2执行S710；如果P<P2，执行S3；如果P1<P，执行S712；

S710：判断时间t是否达到检测时间t1，如果是执行S711，如果否，间隔预定时间后重复执行S710；

S711：判断是否P1<P，如果是执行S712；如果否执行S3。

S711为判断是否P1<P，如果是，执行S712；如果否，环保集水装置内向渗灌管系统以纯水模式供水，再执行S3。

相对于现有技术，本发明所述的具有以下优势：

(1)本发明所述的渗灌装置使用了简单的管路就实现了纯水、第一养份和第二养份的单独输送的技术效果，不但布管简单，还有效的防止了多种不同养份混合输送时容易发生结晶阻塞管路的出水口的技术难题。

(2)本发明所述的渗灌装置使用了两个土壤湿度传感器，能够根据土壤表层湿度和内部湿度综合判断土壤水份含量，精确控制渗灌供水，节约供水量。

(3)本发明所述的渗灌装置使用了文丘里管和计量部结合来精确的控制养份的抽取，相对于传统的控制电磁阀打开的技术相比，计量部更加精准。

(4)本发明创造性的利用渗灌装置内部压力的变化来判断渗灌装置是否工作正常，并在一系列的时间点进行判断，能够分析出渗灌装置内压力异常的原因，解决分散式渗灌系统的环保集水装置的渗灌管数量大，难以监控的难题。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的流程图；

图3为本发明实施例所述的渗灌管系统时间压力坐标图；

图4为本发明实施例所述的步骤S7的细节流程。

附图标记说明：

控制器1，第一湿度传感器21，第二湿度传感器22，第一罐3，第二罐4，缓冲罐5，计量部6，文丘里管7，阀一81，阀二82，阀三83，阀四84，渗灌管系统9。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明，见图2。

一种分散式渗灌系统的环保集水装置，分散式渗灌系统包括控制器1，第一湿度传感器21，第二湿度传感器22，第一罐3，第二罐4，缓冲罐5，计量部6，文丘里管7，阀一81、阀二82、阀三83、阀四84，渗灌管系统9，其中，

控制器1与分别与第一湿度传感器21，第二湿度传感器22，阀一81，阀二82，阀三83，阀四84，计量部6数据通信连接；

文丘里管7的入口端与环保集水装置相连，出口端与渗灌管系统9相连，文丘里管7的喉管通过计量部6与缓冲罐5出口端相连；

文丘里管7与渗灌管系统9之间依次连接有供水支路和电磁通断阀，所述供水支路包括依次连接的阀一81，阀三83和缓冲罐5入口端，文丘里管7给多个渗灌管系统9供水，多个渗灌管系统9分散式分布，每个渗灌管系统9内设有与控制器相连的水压传感器；

第一罐3通过阀二82连接入阀一81和阀三83之间；

第二罐4通过阀四84连接入阀三83和缓冲罐5入口端之间；

第一湿度传感器靠近土壤表面，第二湿度传感器位于第一湿度传感器下方；

移动终端与控制器1通过局域网或互联网相连；

环保集水装置内设有与控制器相连的水位传感器。

尽管图2只给出一个渗灌管系统9，但可以理解的是，可以有多个渗灌管系统9并联后通过各自的电磁通断阀与文丘里管7连接。

文丘里管7是公知的设备，其从入口端向出口端输送流体时，会在喉管产生负压，从而产生抽吸的作用。第一罐3及第二罐4一端连向缓冲罐5，另一端与大气连通，这样当文丘里管7的喉部产生负压时，第一罐3及第二罐4内的养份可以根据相应的管路是否被打开而被吸入缓冲罐5。控制器1里有通信模块、时钟模块、存储模块，这些都是现有技术，其也被记载在本申请的背景技术引证文献里，这里不再进一步说明。

一种分散式渗灌系统的使用方法，其使用前述的分散式渗灌系统的环保集水装置，

S1：启动；

S2：供水支路充水；

S3：判断第一湿度传感器21的检测值Q1是否低于Q1预；如果是执行S4，如果否，执行S7；Q1预存在控制器的存储模块内，是预设值，比如用移动终端设置并存在于控制器的存储模块内。

S4：判断第二湿度传感器22的检测值Q2是否低于Q2预；如果是执行S5，如果否，执行S7；

S5：接收移动端信息；

S6：选择供水模式，并供水；

S7：控制器根据渗灌管系统内的水压值P和环保集水装置内水位L来判断是执行S3还是水压异常报警。

步骤S5中所述的供水支路充水具体为，阀一81和阀三83打开，阀二82和阀四84均关闭，文丘里管7供水，供水支路、缓冲罐5内充水。

步骤S5中所述的移动端信息包括植物品种设定信息、天气信息或日期信息。日期信息可以与作物的生长周期相关联。植物品种需要移动终端人为设定。

步骤S6中所述的供水模式包括：

纯水模式：阀一81，阀二82，阀三83，阀四84均关闭，文丘里管7直接向渗灌管系统9供水，此时，缓冲罐5内的水不向文丘里管7流动；

第一养份模式：阀一81、阀四84关闭，阀二82和阀三83打开，文丘里管7供水，第一养份在负压作用下进入缓冲罐5，计量部6根据流过的水量来计算第一养份抽取量；当第一养份抽取完毕后，阀一81，阀三83打开，阀二82和阀四84关闭，文丘里管7供水；

第二养份模式：阀一81、阀二82和阀三83关闭，阀四84打开，文丘里管7供水，第二养份在负压作用下进入缓冲罐5，计量部6根据流过的水量来计算第二养份抽取量；当第二养份抽取完毕后，阀一81，阀三83打开，阀二82和阀四84关闭，文丘里管7供水。

实施例1：

天气情况是刚下过雨，渗灌系统的土壤含水充分。

S1：分散式渗灌系统的环保集水装置启动；

S2：供水支路充水；

S3：判断第一湿度传感器21的检测值Q1是否低于Q1预；由于刚下过雨，土壤表层湿润，因此Q1是高于Q1预，执行S7；

S7：控制器根据渗灌管系统内的水压值P和环保集水装置内水位L来判断是执行S3还是水压异常报警。

实施例2：

天气炎热，渗灌系统的土壤含水较低，并需要第一种养份，第一种养份需要量较大，如果一次给足药量会使根系供养份太多，浓度过高，可能会伤害根系。

S1：分散式渗灌系统的环保集水装置启动；

S2：供水支路充水；

S3：判断得到第一湿度传感器21的检测值Q1低于Q1预，执行S4；

S4：判断得到第二湿度传感器22的检测值Q2低于Q2预，执行S4；

S5：接收移动端信息，获得到了即时的天气信息，气温高，需要大量供水，计算单次供水的第一种养份用量；

S6：选择供水模式中的第一养份模式：阀一81、阀四84关闭，阀二82和阀三83打开，由于文丘里管7供水，所以在喉管处产生负压，在负压的作用下，第一养份进入缓冲罐5，计量部6根据流过的水量来计算第一养份抽取量；当第一养份抽取完毕后，阀一81，阀三83打开，阀二82和阀四84关闭，文丘里管7供水，供水支路的水进入缓冲罐5，再进入第一养份进入文丘里管7产生循环水路，逐步的被输送到渗灌管系统9内；

S7：控制器根据渗灌管系统内的水压值P和环保集水装置内水位L来判断是执行S3还是水压异常报警。

可控的是，单次的第一养份的供应量，如果总量需要求过高，就可以分多次供给，特别是在天气炎热需求水量高的时候，分多次进入渗灌管系统9。

实施例3：

第二种养份的供应模式类似于实施例2，不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例4：

本实施例给出控制器根据渗灌管系统内的水压值P和环保集水装置内水位L来判断是执行S3还是水压异常报警的具体步骤。步骤S7包括：

S701：判断供水之后环保集水装置内水位L是否低于最低值，如果是进入S712，提示环保集水装置内缺水，如果否进入S701；这一步骤是为了排除环保集水装置供水不足造成渗灌管系统压力不足的情况，防止系统做出渗灌管系统喷射的误判断；如果环保集水装置内水位L过低，直接进入S712报警。

S702：判断时间t是否达到预检时间t4，如果是执行S703，如果否，间隔预定时间后重复执行S702；t4位于t2前，是系统的一次预检。

S703：判断水压P是否满足P2<P<P1；如果是执行S704，如果否，执行S706；如果在t4的时间点P满足P2<P<P1，说明系统正常工作，但如果不是的话也不能直接认为系统工作不正常。应该在一个小的时间间隔Δt后，再检测一次。

S704：判断时间t是否达到预检时间t＝t4+Δt；如果是执行S705；如果否，间隔预定时间后重复执行S704；

S705：判断水压P是否满足P2<P<P1；如果是执行S706，如果否，执行S712；如果水压在时间间隔Δt内没有回复到正常状态，说明渗灌管系统确实存在问题，因此报警提示。

S706：判断时间t是否达到检测时间t2，如果是执行S707，如果否，间隔预定时间后重复执行S706；

S707：判断水压P与P1、P2关系；如果P1<P<P2执行S708；如果P<P2，执行S3；如果P1<P，执行S712报警堵管；t2是曲线L2和Plow直线的交点的时间点，如果此时P1<P<P2，说明渗灌还在正常进行，进入后流程，如果P<P2，只能说明渗灌管里缺水了，这不算是系统的问题，只是正常的缺水，因此返回S3；

S708：判断时间t是否达到检测时间t3，如果是执行S709，如果否，间隔预定时间后重复执行S708；

S709：判断水压P与P1、P2关系；如果P1<P<P2执行S710；如果P<P2，执行S3；如果P1<P，执行S712，提示渗灌管堵塞。

S710：判断时间t是否达到检测时间t1，如果是执行S711，如果否，间隔预定时间后重复执行S710；

S711：判断是否P1<P，如果是执行S712提示渗灌管堵塞；如果否执行S3。

一种优选的方法是S711为判断是否P1<P，如果是，执行S712；如果否，环保集水装置内向渗灌管系统以纯水模式供水，再执行S3。在两次供不同营养之间，用纯水模式间隔开，可以防止两种营养发生反应堵塞管道。

Claims (7)

1.一种分散式渗灌系统的环保集水装置，其特征在于：分散式渗灌系统包括控制器(1)，第一湿度传感器(21)，第二湿度传感器(22)，第一罐(3)，第二罐(4)，缓冲罐(5)，计量部(6)，文丘里管(7)，阀一(81)、阀二(82)、阀三(83)、阀四(84)，渗灌管系统(9)，其中，

控制器(1)与分别与第一湿度传感器(21)，第二湿度传感器(22)，阀一(81)，阀二(82)，阀三(83)，阀四(84)，计量部(6)数据通信连接；

文丘里管(7)的入口端与环保集水装置相连，出口端与渗灌管系统(9)相连，文丘里管(7)的喉管通过计量部(6)与缓冲罐(5)出口端相连；

文丘里管(7)与渗灌管系统(9)之间依次连接有供水支路和电磁通断阀，所述供水支路包括依次连接的阀一(81)，阀三(83)和缓冲罐(5)入口端，文丘里管(7)给多个渗灌管系统(9)供水，多个渗灌管系统(9)分散式分布，每个渗灌管系统(9)内设有与控制器相连的水压传感器；

第一罐(3)通过阀二(82)连接入阀一(81)和阀三(83)之间；

第二罐(4)通过阀四(84)连接入阀三(83)和缓冲罐(5)入口端之间；

第一湿度传感器靠近土壤表面，第二湿度传感器位于第一湿度传感器下方；

移动终端与控制器(1)通过局域网或互联网相连；

环保集水装置内设有与控制器相连的水位传感器。

2.一种分散式渗灌系统的使用方法，其使用如权利要求1所述的分散式渗灌系统的环保集水装置，其特征在于：

S1：启动；

S2：供水支路充水；

S3：控制器判断第一湿度传感器的检测值Q1是否低于Q1预；如果是执行S4，如果否，执行S7；

S4：控制器判断第二湿度传感器的检测值Q2是否低于Q2预；如果是执行S5，如果否，执行S7；

S5：控制器接收移动终端信息；

S6：控制器根据移动终端设置的预设信息和/或移动终端获取的即时信息，选择供水模式，并供水；

S7：控制器根据渗灌管系统内的水压值P和环保集水装置内水位L来判断是执行S3还是水压异常报警。

3.根据权利要求2所述的渗灌系统的操作方法，其特征在于：步骤S5中所述的供水支路充水具体为，阀一和阀三打开，阀二和阀四均关闭，文丘里管供水，供水支路、缓冲罐内充水。

4.根据权利要求2所述的分散式渗灌系统的使用方法，其特征在于：步骤S5中所述的移动终端的预设信息包括植物品种设定信息、即时信息包括天气信息或日期信息。

5.根据权利要求2所述的分散式渗灌系统的使用方法，其特征在于：步骤S6中所述的供水模式包括：

纯水模式：阀一(81)，阀二(82)，阀三(83)，阀四(84)均关闭，文丘里管直接向渗灌管系统供水，此时，缓冲罐(5)内的水不向文丘里管(7)流动；

第一养份模式：阀一(81)、阀四(84)关闭，阀二(82)和阀三(83)打开，文丘里管供水，第一养份在负压作用下进入缓冲罐(5)，计量部(6)根据流过的水量来计算第一养份抽取量；当第一养份抽取完毕后，阀一(81)，阀三(83)打开，阀二(82)和阀四(84)关闭，文丘里管供水；

第二养份模式：阀一(81)、阀二(82)和阀三(83)关闭，阀四(84)打开，文丘里管供水，第二养份在负压作用下进入缓冲罐，计量部根据流过的水量来计算第二养份抽取量；当第二养份抽取完毕后，阀一，阀三打开，阀二和阀四关闭，文丘里管供水。

6.根据权利要求2所述的分散式渗灌系统的使用方法，其特征在于：步骤S7包括：

S701：判断供水之后环保集水装置内水位L是否低于最低值，如果是进入S712，如果否进入S701；

S702：判断时间t是否达到预检时间t4，如果是执行S703，如果否，间隔预定时间后重复执行S702；

S703：判断水压P是否满足P2<P<P1；如果是执行S704，如果否，执行S706；

S704：判断时间t是否达到预检时间t＝t4+Δt；如果是执行S705；如果否，间隔预定时间后重复执行S704；

S705：判断水压P是否满足P2<P<P1；如果是执行S706，如果否，执行S712；

S706：判断时间t是否达到检测时间t2，如果是执行S707，如果否，间隔预定时间后重复执行S706；

S707：判断水压P与P1、P2关系；如果P1<P<P2执行S708；如果P<P2，执行S3；如果P1<P，执行S712；

S708：判断时间t是否达到检测时间t3，如果是执行S709，如果否，间隔预定时间后重复执行S708；

S709：判断水压P与P1、P2关系；如果P1<P<P2执行S710；如果P<P2，执行S3；如果P1<P，执行S712；

S710：判断时间t是否达到检测时间t1，如果是执行S711，如果否，间隔预定时间后重复执行S710；

S711：判断是否P1<P，如果是执行S712；如果否执行S3；

其中，P1为渗灌管系统内时间压力曲线上限曲线L1的值点；

P2为渗灌管系统内时间压力曲线下限曲线L2的值点；

还有渗灌管系统内理想时间压力曲线L3；

系统压力下限Plow的直线Llow，

直线Llow与上限曲线L1，下限曲线L2，理想时间压力曲线L3的交点对应的时间点为t1，t2，t3，并满足t4<t4+Δt<t2<t3<t1。

7.根据权利要求6所述的分散式渗灌系统的使用方法，其特征在于：S711为判断是否P1<P，如果是，执行S712；如果否，环保集水装置内向渗灌管系统以纯水模式供水，再执行S3。