CN110609337A - 径流泥沙自动监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种径流泥沙自动监控系统，包括降雨或灌溉监控系统、径流流量和浊度监控系统、供电系统和样品收集系统，降雨或灌溉监控系统、径流流量和浊度监控系统和样品收集系统均与供电系统相连，本发明通过雨量计等传感器可以实时监控降雨情况，同时通过内置程序可以控制设备的供电系统，实现在下雨或者人工灌溉时系统正常供电，而在非下雨和非灌溉时关闭供电系统。此外，本系统设置的自动取样系统，能够设置采样间隔，并且在样品杯收集满样品之后能够自动停止工作，避免样品杯重复采样；当重新启动供电系统后，采样系统重新按设置进行工作。

Description

径流泥沙自动监控系统
技术领域
本发明涉及的是地表径流技术领域，具体涉及一种径流泥沙自动监控系统。
背景技术
目在农业生产活动中，尤其是在坡耕地地区，由于降雨时空分布不均，加之不合理的耕作制度，使得地表易发生水土流失，氮磷等养分物质通过农田地表径流和农田渗漏等流失，一方面使土壤肥力下降，另一方面造成农业面污染。研究表明，坡耕地土壤养分流失的关键因素为降雨特征、土壤性质与地形因素、耕作与管理措施。其中降雨导致的有效养分在坡面迁移与流失是坡地土壤质量退化的主要原因，降雨强度越大，氮磷流失越严重。
如何制定施肥方式和种植制度减少耕地水土和氮磷等养分流失，以维护其生产潜力，改善生态环境，满足日益增长的人口对粮食的需求，以如何采取有效的耕地改造配套工程措施，截排季节性降水径流，减少对土壤表层的冲刷，且变有害径流为有效灌溉水，形成支撑坡地高效生态农业的坡面配套工程体系，实现抗旱与防洪并举、达到保持水土、减少农业面污染、保障农业生态安全的目的，是今后相当长一个时期内必须面临和解决的重大问题之一。因此，对坡耕地、大田等区域地表径流进行深入研究对于现代农业发展、以及生态植被恢复均具有重要意义。
目前，在地表径流的研究中，主要有两种测量方法：一是传统方法，在径流小区出水口放置收集器，通过体积法测量径流流量，然后搅拌均匀后再收集水样进行后续试验；二是自动监控系统，能够一定程度实现了对径流流量、泥沙含量等进行自动监测，并记录数据。
1、 传统方法需消耗大量人力和时间成本
2、 现有自动监控系统只能实现对流量、雨量、浊度和收集等参数中两个或三个参数进行监控，且耗电量大，价格昂贵。
针对目前技术背景和现有技术缺点，本发明设计了一种径流泥沙自动监控系统，能实现对雨量、径流流量、径流浊度和样品收集的自动监控。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种径流泥沙自动监控系统，通过雨量计等传感器可以实时监控降雨情况，同时通过内置程序可以控制设备的供电系统，实现在下雨或者人工灌溉时系统正常供电，而在非下雨和非灌溉时关闭供电系统。此外，本系统设置的自动取样系统，能够设置采样间隔，并且在样品杯收集满样品之后能够自动停止工作，避免样品杯重复采样；当重新启动供电系统后，采样系统重新按设置进行工作。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：径流泥沙自动监控系统，包括降雨或灌溉监控系统、径流流量和浊度监控系统、供电系统和样品收集系统，降雨或灌溉监控系统、径流流量和浊度监控系统和样品收集系统均与供电系统相连，所述的降雨或灌溉监控系统包括雨量计、外置传感器，雨量计用来测量一段时间内某地区的降水量的仪器传感器的输出信号为模拟量可以直接接在数据采集器，用以记录降雨量；外置传感器选用开关量型，传感器采用表面栅形电极感应外界雨雪情况，内部采用进口智能微处理器，反应灵敏、测量精度高。内置自动加热装置可排除雨雪附着的干扰，保障系统的正常运行。输出为一组常开、一组常闭开关信号，将常开信号线的串联到径流流量计和浊度监控系统的电源线上。当传感器上有水时，常开信号线由常开切换到常闭，径流流量和浊度监控系统电源线导通并开始运行。
所述的径流流量和浊度监控系统包括电磁流量计和浊度计，电磁流量计和浊度计的信号输出线通过RS232-RS485转换器与数据采集器相连。
所述的供电系统包括太阳能板、蓄电池、控制器、DC-DC模块，太阳能板与蓄电池相连，蓄电池与控制器、DC-DC模块相连。
所述的样品收集系统包括取样架、取样杯、进水口、出水口、六路水排、六路常开电磁阀、1#循环定时器、2#循环定时器和水泵，取样架上设置有六个取样杯（1#取样杯-6#取样杯），六个取样杯上方对应设置有六个出水口，出水口通过六路水排与进水口相连，六路水排上设置有六路常开电磁阀，1#循环定时器、2#循环定时器的输入端通过中间继电器与数据采集器相连，1#循环定时控制器的输出端与水泵连接；2#循环定时控制器的输出端与六路常开电磁阀连接。
本发明具有以下有益效果：
1、外观设计合理，能有效测量径流
2、实现对降雨、径流流量、浊度和样品采集的自动监测，无需人工值守
3、通过降雨或灌溉控制供电系统，节约电量
4、可配置外置传感器，从而实现对环境的全面监测（需选配数采和传感器）。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的电气原理图；
图3为本发明的工作流程图；
图4为本发明的样品收集系统示意图；
图5为本发明的样品收集系统内部的采样装置的俯视图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1-图5，本具体实施方式采用以下技术方案：径流泥沙自动监控系统，包括降雨或灌溉监控系统1、径流流量和浊度监控系统2 、供电系统3和样品收集系统4，降雨或灌溉监控系统1、径流流量和浊度监控系统2和样品收集系统4均与供电系统3相连，所述的降雨或灌溉监控系统1包括雨量计11、外置传感器12，雨量计11用来测量一段时间内某地区的降水量的仪器传感器的输出信号为模拟量可以直接接在数据采集器，用以记录降雨量；外置传感器12选用开关量型，传感器采用表面栅形电极感应外界雨雪情况，内部采用进口智能微处理器，反应灵敏、测量精度高。内置自动加热装置可排除雨雪附着的干扰，保障系统的正常运行。输出为一组常开、一组常闭开关信号，将常开信号线的串联到径流流量计和浊度监控系统的电源线上。当传感器上有水时，常开信号线由常开切换到常闭，径流流量和浊度监控系统电源线导通并开始运行。
所述的径流流量和浊度监控系统2包括电磁流量计21和浊度计22，电磁流量计21和浊度计22的信号输出线通过RS232-RS485转换器与数据采集器相连。
所述的供电系统3包括太阳能板31、蓄电池、控制器、DC-DC模块，太阳能板31与蓄电池相连，蓄电池与控制器、DC-DC模块相连。
所述的样品收集系统4包括取样架41、取样杯42、进水口43、出水口44、六路水排45、六路常开电磁阀46、1#循环定时器、2#循环定时器和水泵47，取样架41上设置有六个取样杯42（1#取样杯-6#取样杯），六个取样杯42上方对应设置有六个出水口44，出水口44通过六路水排45与进水口43相连，六路水排45上设置有六路常开电磁阀46，1#循环定时器、2#循环定时器的输入端通过中间继电器与数据采集器相连，1#循环定时控制器的输出端与水泵47连接；2#循环定时控制器的输出端与六路常开电磁阀46连接。
本具体实施方式的径流流量和浊度监控系统主要由电磁流量计和浊度计组成，电磁流量计是应用电磁感应原理， 根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量的一种仪器。浊度计是依据浑浊液对光进行散射或透射的原理制成的测定水体浊度的专用仪器，一般用于水体浊度的连续自动测定。电磁流量计和浊度计信号输出均为RS485。其中，信号输出线通过RS232-RS485转换器与数据采集器（若数采为RS485可不需要添加此模块）上于信号传输和数据收集。供电系统有太阳能板、蓄电池、控制器、DC-DC模块组成。控制器的作用是用来保护电瓶的防止过充与过放电的。安装在控制系统的机箱内（如图1）。DC-DC模块是为了满足各个器件不同的工作电压的。样品收集系统由取样硬件装置和两个循环定时控制器以及水泵组成，循环定时控制器能够设置开机和停机时间、循环次数进行样品收集。安装在控制系统机箱内（如图1所示），1#和2#循环定时器输入端通过中间继电器与数据采集器连接，1#循环定时控制器的输出端与水泵连接；2#循环定时控制器的输出端与六路常开电磁阀连接。
本具体实施方式工作过程雨雪传感器有雨水触发后，雨雪传感器输出开关量信号，串在电磁流量计的雨雪传感器的常开变常闭，电磁流量计导通得电开始工作。当电磁流量计中有水通过有流量数据时，数据采集器产生输出高电压，继电器线圈得电，接在循环定时控制器的继电器常开导通开始通电，设置好开机和停机时间、循环次数的1#循环定时控制器开始工作，水泵接通，并按设置的开机和停机时间、循环次数进行工作。同时2#六路循环定时器接通， 1#电磁阀打开，取样架上的1#量筒收集样品。当对应的量筒收集完成后,1#循环定时控制器停机，水泵停机， 2#循环定时器延时停机关闭1#电磁阀。1、2#循环定时控制器经过设定的时间间隔后，重新通电，水泵通电，2#电磁阀打开，开始收集2#样品。如此循环直至6个量筒（取样杯）的样品收集完成。当6个量筒的样品全部收集完成后，1、2#循环定时控制器会停止工作，避免样品重复收集。此外，当样品收集过程中流量计中没有水通过时，数据采集器停止输出电压，1#和2#循环定时器停止工作。以上两种情况下，当采集器重新输出电压，1、2#循环定时控制器重新通电后，会按照以上所述重新开始工作。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.径流泥沙自动监控系统，其特征在于，包括降雨或灌溉监控系统(1)、径流流量和浊度监控系统(2) 、供电系统(3)和样品收集系统(4)，降雨或灌溉监控系统(1)、径流流量和浊度监控系统(2)和样品收集系统(4)均与供电系统(3)相连，所述的降雨或灌溉监控系统(1)包括雨量计(11)、外置传感器(12)，雨量计(11)用来测量一段时间内某地区的降水量的仪器传感器的输出信号为模拟量可以直接接在数据采集器，用以记录降雨量；外置传感器(12)选用开关量型，传感器采用表面栅形电极感应外界雨雪情况，内部采用进口智能微处理器，反应灵敏、测量精度高；内置自动加热装置可排除雨雪附着的干扰，保障系统的正常运行；输出为一组常开、一组常闭开关信号，将常开信号线的串联到径流流量计和浊度监控系统的电源线上；当传感器上有水时，常开信号线由常开切换到常闭，径流流量和浊度监控系统电源线导通并开始运行。
2.根据权利要求1所述的径流泥沙自动监控系统，其特征在于，所述的径流流量和浊度监控系统(2)包括电磁流量计(21)和浊度计22)，电磁流量计(21)和浊度计(22)的信号输出线通过RS232-RS485转换器与数据采集器相连。
3.根据权利要求1所述的径流泥沙自动监控系统，其特征在于，所述的供电系统(3)包括太阳能板、蓄电池、控制器、DC-DC模块，太阳能板(31)与蓄电池相连，蓄电池与控制器、DC-DC模块相连。
4.根据权利要求1所述的径流泥沙自动监控系统，其特征在于，所述的样品收集系统(4)包括取样架(41)、取样杯(42)、进水口(43)、出水口(44)、六路水排(45)、六路常开电磁阀(46)、1#循环定时器、2#循环定时器和水泵(47)，取样架(41)上设置有六个取样杯(42)，六个取样杯(42)上方对应设置有六个出水口(44)，出水口(44)通过六路水排(45)与进水口(43)相连，六路水排(45)上设置有六路常开电磁阀(46)，1#循环定时器、2#循环定时器的输入端通过中间继电器与数据采集器相连，1#循环定时控制器的输出端与水泵(47)连接；2#循环定时控制器的输出端与六路常开电磁阀(46)连接。
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