CN110692496B - 一种可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农业自动化灌溉系统领域，具体涉及一种可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，包括用于连接在水源头的水泵和用于输水的管道，所述管道上安装有风力测试仪、控制器和流量阀，所述管道上开设有若干出水口，每个出水口上均对应安装有可应对风力变化的喷洒组件；所述喷洒组件包括固定架、水管、可伸缩杆、旋转电机、主喷头和旋转圈。本发明通过安装可应对风力变化的喷洒组件，能够应对农田中风力和风速变化，减少喷洒不均匀的现象，节水环保。
Description
技术领域
本发明属于农业自动化灌溉系统领域，具体涉及一种可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统。
背景技术
灌溉是农业生产中非常普遍的操作，传统的以水泵为动力的灌溉方式耗水量大，需要大量人工控制，存在严重的水资源浪费现象，非常不利于节约能源和环保。随着现代农业技术的大力发展，高效节水的灌溉方式逐渐被开发。
目前，常见的节水灌溉方式包括喷灌和微灌两种方式，(1)喷灌是用喷头来进行主要灌溉，在水源头利用水泵提水，然后通过铺设在农田中的管道输水，管道上每隔一段距离安装喷头，通过控制水泵输水量来进行喷头洒水操作，非常适用于低矮作物、丘陵地区、露天平地等灌水操作。但是，因为这种喷灌方式大多采用低压喷头，喷头的射程和范围较大，容易受到风向和风力的影响，形成喷洒不均匀的现象。(2)微灌也是在水源头利用水泵提水，然后通过铺设在农田中的管道输水，管道上每隔一段距离安装喷头，其与喷灌方式的区别在于，微灌采用的是出水量较小的微喷头，射程和灌溉范围均较小，该方法的优点在于单位时间出水量小，喷洒程度比喷灌方式均匀，比喷灌方式减少了水资源的浪费，非常适用于低矮作物的大棚或露天种植。但是微灌方式由于喷射压力小，也容易受到风向和风力的影响，形成喷洒不均匀的现象。
综上，目前的节水喷灌系统存在的问题是，喷头喷水容易受到风向和风力的影响，形成喷洒不均匀的现象，有的植物接受灌溉机会大，有的植物接受灌溉机会小，以至于需要延长灌溉时间来为接受灌溉机会小的植物提供足够的水分，不利于节水环保。
发明内容
本发明的目的是提供一种可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，安装有可应对风力变化的喷洒组件，能够应对农田中风力和风速变化，减少喷洒不均匀的现象，节水环保。
本发明提供了一种可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，包括用于连接在水源头的水泵和用于输水的管道，所述管道上安装有风力测试仪、控制器和流量阀，所述管道上开设有若干出水口，每个出水口上均对应安装有可应对风力变化的喷洒组件；
所述喷洒组件包括固定架、水管、可伸缩杆、旋转电机、主喷头和旋转圈，所述旋转电机安装在所述管道上，所述旋转圈安装在所述旋转电机的输出轴上，所述固定架固定安装在所述旋转圈上，所述可伸缩杆的固定端连接在所述固定架上，所述可伸缩杆的伸缩端连接有所述主喷头，所述水管的一端与所述管道上的出水口对应连通，另一端与所述主喷头连通；
所述控制器分别与所述风力测试仪、所述水泵、所述流量阀、所述可伸缩杆和所述旋转电机电连接。
优选的，所述可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，所述固定架为中空的筒状结构，所述水管从固定架底端穿入所述固定架内部，然后从所述固定架连接有所述可伸缩杆处穿出，并沿可伸缩杆延伸，最后与所述主喷头连通。
优选的，所述可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，所述风力测试仪、控制器、流量阀和若干所述喷洒组件组成一个微调节系统，所述管道上分布了多个微调节系统。
优选的，所述可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，每个微调节系统的喷洒组件中主喷头、可伸缩杆的数量设置为2-4个，所述主喷头与所述可伸缩杆的数量相等，且所有的主喷头围绕所述固定架外壁分布；每个所述主喷头都对应的连接有一个水管，所述管道上的出水口通过分水阀分别与每个水管对应连通，每个所述水管上均设有水阀，所述控制器分别与每个所述水阀电连接，且所述控制器能控制所述旋转电机带动其中一个主喷头转动。
优选的，所述可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，每个微调节系统中，将所有水阀从“1”开始依次编号，所述旋转电机与编号为“1”的水阀所连接的主喷头对应，所述控制器控制旋转电机转动。
优选的，所述可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，所述喷洒组件还包括备用喷头，所述可伸缩杆与所述固定架之间通过中空的连接管连接，所述水管从固定架上延伸后，从一端穿入所述连接管内部，然后再从另一端穿出所述连接管，并沿所述可伸缩杆铺设，位于所述连接管内的所述水管上开设有分水口，所述分水口通过分水管与所述备用喷头连通，所述备用喷头固定在所述连接管上，所述连接管上与所述备用喷头的喷洒口相对应的位置开设有喷洒出口，所述连接管上安装有用于将所述备用喷头密封的密封盖。
优选的，所述可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，所述密封盖包括第一盖体、第二盖体、密封圈、第一滑轨、第二滑轨、第一步进电机和第二步进电机，所述第一滑轨和第二滑轨对称设置在所述喷洒出口的两侧，所述第一盖体与所述第一滑轨滑动连接，所述第二盖体与所述第二滑轨滑动连接，所述第一盖体、第二盖体相向滑动后能拼接在一起，且拼接后能够将备用喷头封口，所述第一步进电机安装在所述连接管与所述第一盖体之间，所述第二步进电机安装在所述连接管与第二盖体之间，所述控制器分别与所述第一步进电机和所述第二步进电机电连接，所述第一盖体内侧和所述第二盖体内侧分别安装有所述密封圈。
优选的，所述可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，所述备用喷头的喷洒口与所述连接管上喷洒出口的边缘重合。
优选的，所述可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，还包括太阳能电池板以及与所述太阳能电池板配套使用的电池，该电池与所有的所述控制器电连接。
与现有技术相比，本发明提供的可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统至少具有以下有益效果：
本发明安装有可应对风力变化的喷洒组件，能够应对农田中风力和风速变化，减少因为风力作用而使大量水分喷洒方向偏移的情况，有利于节水环保，使喷头周围的植物能够最大程度的均匀接受灌溉。本发明采用控制器自动化控制喷洒组件工作，可节约大量人力。本发明还通过设置太阳能电池板以及与所述太阳能电池板配套使用的电池，利用太阳能电池板发电、电池存储电量，灌溉时可进一步的达到环保节能效果，节约电能。
附图说明
图1是本发明可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统的结构示意图；
图2是本发明可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统的喷洒组件的内部结构示意图；
图3是本发明安装了备用喷头的可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统结构示意图；
图4是本发明安装了备用喷头的喷洒组件的内部结构示意图；
图5是本发明中备用喷头与连接管连接的内部结构示意图；
图6是本发明第中备用喷头与连接管连接的外部结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
一种可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，如图1所示，包括用于连接在水源头的能提水的水泵1和铺设在农田中的用于输水的管道2，管道2上安装有风力测试仪3、控制器4和流量阀5，管道2上开设有若干出水口，每个出水口上均对应安装有可应对风力变化的喷洒组件。喷洒组件包括固定架6、水管61、可伸缩杆62、旋转电机63、主喷头64和旋转圈65，旋转电机63固定安装在管道2上，旋转圈65安装在旋转电机63的输出轴上，旋转电机63转动时能带动旋转圈65转动，固定架6固定安装在旋转圈65上，当旋转圈65转动时能带动固定架6转动；优选的，旋转圈65底部转动安装有支撑架的顶部，支撑架的底部固定安装在管道2上，支撑架起到承重作用；可伸缩杆62的固定端连接在固定架6上，可伸缩杆62的伸缩端连接有主喷头64，水管61的一端与管道2上的出水口对应连通，另一端穿过旋转圈65并从固定架6底端向可伸缩杆62的伸缩端延伸，最后与主喷头64连通。优选的，固定架6为中空的筒状结构，水管61从固定架6底端穿入其内部，然后从固定架6上连接有可伸缩杆62处穿出，并沿可伸缩杆62延伸，最后与主喷头64连通。这样可以最大限度的保护水管61，且水管61在固定架6内部可稍微弯曲设置，使水管61长度能满足可伸缩杆62伸缩。控制器4分别与风力测试仪3、水泵1、流量阀5、可伸缩杆62和旋转电机63电连接。
需要说明的是，本发明实施例风力测试仪3和控制器4采用现有技术，比如直接购买具有风力风速测试功能的NK3500手持式风速仪，STM32F103RBT6控制器，该控制器的PA0引脚与风力测试仪3电连接，PA1引脚与水泵1电连接，PA2引脚与流量阀5电连接，PA3引脚与可伸缩杆62电连接，PA4引脚与旋转电机63电连接，VSS引脚连接有电源。可伸缩杆62采用现有技术的电动伸缩杆。
本发明装置的工作原理如下：风力测试仪3用于测试当前农田风向和风力数据，然后将风向和风力数据传输给控制器4，控制器4根据风向数据控制喷洒组件中旋转电机63的旋转角度，使主喷头64喷洒方向与当前风向呈0-30度角度，同时控制器4控制流量阀5的流量，使主喷头64喷射液体量得到调节。需要说明的是，为了方便控制器4控制，需要定义一个初始的角度方向，比如主喷头64在正东方是的角度数定义为零，然后控制器4根据当前风向与正东方风向的角度数差距来控制旋转电机63的旋转角度。比如无风条件下主喷头64采用低压喷头，喷液方向为正东方，喷洒流量为1立方米/h，当农田中出现风向正南方、风速为5米/秒的情况时，会使正南方的喷洒液体偏向其他方向(主要偏向北方)或者液体喷洒距离缩短，此时控制器4旋转电机63向南旋转90度，使控制主喷头64喷洒方向转向正南方，控制器4还控制流量阀5的流量增加为1.5立方米/h(风力过大比如大于4级风力时增大流量)或者控制器4控制流量阀5的流量不变(风力较小比如小于等于4级风力时不改变流量)。通过喷洒方向和喷洒流量的调整，增加主喷头64正南方植物接受灌溉的机会，减少因为风力作用而使大量水分喷洒方向偏移的情况，节约灌溉时间，有利于节水环保。
另外，如果风力较大，比如超过10米/秒，我们还通过控制器4控制可伸缩杆62的伸缩长度不停的伸缩或延长，使主喷头64的出液点位置发生往复性变化，以增大主喷头64的喷液范围。
由于地理位置的不同，在面积较大的农田中，不同位置的风力风向会存在差异，所以我们将风力测试仪3、控制器4、流量阀5和1-4个喷洒组件组成一个微调节系统，同一个农田中的管道2上分布了多个微调节系统，如图2所示，多个微调节系统并联，从而每个微调节系统可单独工作，能够更好的适用大面积农田使用。
如图1-2所示，在本发明的实施例中，为了达到更好的节能效果和喷洒范围，我们将每个微调节系统的喷洒组件中主喷头64、可伸缩杆62的数量设置为2-4个，主喷头64与可伸缩杆62的数量相等，且所有的主喷头64围绕固定架6外壁呈圆形分布，每个主喷头64都对应的连接有一个水管61，管道2上的出水口通过分水阀66分别与每个水管61对应连通。优选的，分水阀66的一端通过总流液管与管道2的出水口连通，另一端通过分流液管分别与每个水管61对应连通。分水阀66可以采用n通管，n的取值为水管61的数量加1。每个水管61上均设有水阀611，且所有的水阀611依次编号，控制器4分别与每个水阀611电连接；比如水阀611的数量为4个，则编号依次为1、2、3、4，其中控制器4的PB0引脚与编号为1的水阀611电连接，PB1引脚与编号为2的水阀611电连接，PB2引脚与编号为3的水阀611电连接，PB3引脚与编号为4的水阀611电连接。无风条件或风力不足以影响主喷头64的喷洒范围时，控制器4控制多个水阀611开启，多个主喷头64相应的开启使用，比如编号1-4的4个主喷头64喷液方向分别为正南、正北、正东、正西方，喷洒流量均为0.5立方米/h，可增大喷洒面积，节约喷洒时间，提高灌溉效率。当出现特殊方向较大风力时，比如出现风向正南方风，风速为10米/秒的情况时，控制器4控制与其中一个水阀611连接的主喷头64喷洒转向正南方，比如将旋转电机63与编号为“1”的水阀611连接的主喷头64对应起来，通过控制器4控制与编号为“1”的水阀611连接的主喷头64喷洒方向为正南方，同时控制该编号为“1”的水阀611流量增大为0.7立方米/h；同时，控制器4控制其余编号的水阀611流量缩小为0.3立方米/h；如此一来，增加主喷头64正南方植物的喷水量和接受灌溉的机会，该方向因为风力影响而偏向其余方向(即非正南方)植物的水量和这些方向本身的喷洒量互补，可以节约这些方向非风力方向所消耗的水量从而更有利于节水环保。
如图3-6所示，本发明喷洒组件还包括备用喷头7，可伸缩杆62与固定架6之间通过中空的连接管71连接，连接管71与可伸缩杆62同轴设置，且连接管71的一端与固定架6固定连接，另一端与可伸缩杆62的固定端固定连接，水管61从固定架6上延伸后，从一端穿入连接管71内部，然后再从另一端穿出连接管71，并继续沿可伸缩杆62铺设。位于连接管71内的水管61上开设有分水口，分水口上固定安装有分水管72的一端，分水管72的另一端连通有备用喷头7，并且备用喷头7固定在连接管71上，备用喷头7的喷洒口朝向连接管71外侧设置。连接管71上与备用喷头7的喷洒口相对应的位置开设有喷洒出口，连接管71的外壁上安装有用于将喷洒出口及备用喷头7密封的密封盖。当风力影响主喷头64的喷洒方向时或者可伸缩杆62带动主喷头64延伸后，主喷头64与固定架6之间可能存在接受不到水的喷洒死角，通过在主喷头64与固定架6之间设置备用喷头7，我们可以增加喷洒面积，避免喷洒死角。不使用备用喷头7时，直接通过密封盖将备用喷头7封口。
密封盖的结构如下：包括第一盖体8、第二盖体81、密封圈、第一滑轨82、第二滑轨83、第一步进电机和第二步进电机，第一滑轨82和第二滑轨83对称设置在喷洒出口的两侧，且第一滑轨82和第二滑轨83均沿连接管71轴向设置，第一盖体8与第一滑轨82滑动连接，第二盖体81与第二滑轨83滑动连接，第一盖体8、第二盖体81相向滑动后能拼接在一起，且拼接后能够将备用喷头7封口，第一步进电机的固定端固定安装在连接管71上，第一步进电机的活动端与第一盖体8连接，用于控制第一盖体8沿第一滑轨82滑动，第二步进电机的固定端固定安装在连接管71上，第二步进电机的活动端与第二盖体81连接，用于控制第二盖体81沿第二滑轨83滑动，第一步进电机与控制器4的PC0引脚电连接，第二步进电机与控制器4的PC1引电连接。密封圈采用橡胶圈、乳胶圈等具有水封功能的装置，其分别安装在第一盖体8内侧和第二盖体81内侧，并能与喷头7的喷洒端紧密接触。当第一盖体8、第二盖体81关闭时，可将备用喷头7密封。通过控制器4控制第一盖体8、第二盖体81的打开与关闭，实现了备用喷头7的自动化控制。
需要说明的是，备用喷头7的喷洒口与连接管71上喷洒出口的边缘重合，第一滑轨82与第二滑轨83的长度之和应大于等于备用喷头7的宽度，从而当第一盖体8在第一步进电机控制下、第二盖体81在第二步进电机控制下分别向远离连接管71上喷洒出口边缘移动时，第一盖体8、第二盖体81之间能留出足够的出液距离。
优选的，本发明的装置还包括太阳能电池板以及与太阳能电池板配套使用的电池，该电池与每个微调节系统的控制器4电连接，该电池为控制器4及与控制器4连接的部件提供电能。本发明中，太阳能电池板以及与太阳能电池板配套使用的电池均采用现有技术，比如专利CN 205596781U中公开的太阳能发电设备。利用太阳能电池板发电、电池存储电量，灌溉时可进一步的达到环保节能效果，节约电能。
需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，包括用于连接在水源头的水泵(1)和用于输水的管道(2)，其特征在于，所述管道(2)上安装有风力测试仪(3)、控制器(4)和流量阀(5)，所述管道(2)上开设有若干出水口，每个出水口上均对应安装有可应对风力变化的喷洒组件；
所述喷洒组件包括固定架(6)、水管(61)、可伸缩杆(62)、旋转电机(63)、主喷头(64)和旋转圈(65)，所述旋转电机(63)安装在所述管道(2)上，所述旋转圈(65)安装在所述旋转电机(63)的输出轴上，所述固定架(6)固定安装在所述旋转圈(65)上，所述可伸缩杆(62)的固定端连接在所述固定架(6)上，所述可伸缩杆(62)的伸缩端连接有所述主喷头(64)，所述水管(61)的一端与所述管道(2)上的出水口对应连通，另一端与所述主喷头(64)连通；
所述控制器(4)分别与所述风力测试仪(3)、所述水泵(1)、所述流量阀(5)、所述可伸缩杆(62)和所述旋转电机(63)电连接；
所述风力测试仪(3)、控制器(4)、流量阀(5)和若干所述喷洒组件组成一个微调节系统，所述管道(2)上分布了多个微调节系统；
每个微调节系统的喷洒组件中主喷头(64)、可伸缩杆(62)的数量设置为2-4个，所述主喷头(64)与所述可伸缩杆(62)的数量相等，且所有的主喷头(64)围绕所述固定架(6)外壁分布；每个所述主喷头(64)都对应的连接有一个水管(61)，所述管道(2)上的出水口通过分水阀(66)分别与每个水管(61)对应连通，每个所述水管(61)上均设有水阀(611)，所述控制器(4)分别与每个所述水阀(611)电连接，且所述控制器(4)能控制所述旋转电机(63)带动其中一个主喷头(64)转动。
2.根据权利要求1所述的可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，其特征在于，所述固定架(6)为中空的筒状结构，所述水管(61)从固定架(6)底端穿入所述固定架(6)内部，然后从所述固定架(6)连接有所述可伸缩杆(62)处穿出，并沿可伸缩杆(62)延伸，最后与所述主喷头(64)连通。
3.根据权利要求1所述的可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，其特征在于，每个微调节系统中，将所有水阀(611)从“1”开始依次编号，所述旋转电机(63)与编号为“1”的水阀(611)所连接的主喷头(64)对应，所述控制器(4)控制旋转电机(63)转动。
4.根据权利要求1-3任一项所述的可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，其特征在于，所述喷洒组件还包括备用喷头(7)，所述可伸缩杆(62)与所述固定架(6)之间通过中空的连接管(71)连接，所述水管(61)从固定架(6)上延伸后，从一端穿入所述连接管(71)内部，然后再从另一端穿出所述连接管(71)，并沿所述可伸缩杆(62)铺设，位于所述连接管(71)内的所述水管(61)上开设有分水口，所述分水口通过分水管(72)与所述备用喷头(7)连通，所述备用喷头(7)固定在所述连接管(71)上，所述连接管(71)上与所述备用喷头(7)的喷洒口相对应的位置开设有喷洒出口，所述连接管(71)上安装有用于将所述备用喷头(7)密封的密封盖。
5.根据权利要求4所述的可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，其特征在于，所述密封盖包括第一盖体(8)、第二盖体(81)、密封圈、第一滑轨(82)、第二滑轨(83)、第一步进电机和第二步进电机，所述第一滑轨(82)和第二滑轨(83)对称设置在所述喷洒出口的两侧，所述第一盖体(8)与所述第一滑轨(82)滑动连接，所述第二盖体(81)与所述第二滑轨(83)滑动连接，所述第一盖体(8)、第二盖体(81)相向滑动后能拼接在一起，且拼接后能够将备用喷头(7)封口，所述第一步进电机安装在所述连接管(71)与所述第一盖体(8)之间，所述第二步进电机安装在所述连接管(71)与第二盖体(81)之间，所述控制器(4)分别与所述第一步进电机和所述第二步进电机电连接，所述第一盖体(8)内侧和所述第二盖体(81)内侧分别安装有所述密封圈。
6.根据权利要求5所述的可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，其特征在于，所述备用喷头(7)的喷洒口与所述连接管(71)上喷洒出口的边缘重合。
7.根据权利要求1所述的可应对风力变化的自动化农田节水灌溉系统，其特征在于，还包括太阳能电池板以及与所述太阳能电池板配套使用的电池，该电池与所有的所述控制器(4)电连接。
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