CN111053023A

CN111053023A - 一种基于田面水深的水田自动灌溉系统

Info

Publication number: CN111053023A
Application number: CN202010000328.9A
Authority: CN
Inventors: 朱建彬; 郭相平; 谢毅; 曹克文; 刘金晶
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2020-01-02
Filing date: 2020-01-02
Publication date: 2020-04-24

Abstract

本发明公开一种基于田面水深的水田自动灌溉系统，包括供水源、灌溉管组、电磁继电器、电阻电压信号转换模块、压力传感系统和工作电源，灌溉管组包括进水管、出水管和常闭电磁阀，常闭电磁阀设置在进水管与出水管之间，电阻电压信号转换模块设定电阻阈值，压力传感系统包括工作箱和安装于工作箱内的电阻式压力传感器，工作箱通过固定装置安装于田面上，工作箱底板与田面保持水平，工作箱侧壁与底板垂直，工作箱底板上设有进水孔，电阻式压力传感器固定安装在工作箱内。本发明的水田自动灌水系统，安装简便，当田间水深低于需要值时能自动灌水，高于需要值时自动停止灌水，节省人力，并且利用太阳能作为工作电源，便于获取，清洁无污染。

Description

一种基于田面水深的水田自动灌溉系统

技术领域

本发明涉及农业灌溉领域，具体涉及一种水田自动灌溉系统。

背景技术

水稻作为我国主要粮食作物，其种植面积广阔，且水稻全生育期耗水量较大，而我国是一个水资源短缺的国家，合理控制灌溉时间，不过度灌溉，对农业节水而言显得尤为重要。目前南方地区田间输水系统多为渠道，由渠道向田间的输水方式多为在渠道上留取水口，这种方式的优点是取水简单，缺点是在灌溉结束后需人为堵住取水口，若取水口过多，工作量大，耗时长，极易造成过度灌溉，浪费水资源。且输水渠道留有取水口，长期使用渠道容易在水流的冲刷下破坏，影响正常输水。所以需要一套可以实现自动灌溉，并且灌溉结束后可自动快速关闭的灌溉系统，并且能保证渠道完整性，延长其使用寿命。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于田面水深的水田自动灌溉系统，采用如下技术方案：

一种基于田面水深的水田自动灌溉系统，包括供水源、灌溉管组、电磁继电器、电阻电压信号转换模块、压力传感系统和工作电源，其中灌溉管组包括进水管、出水管和常闭电磁阀，进水管连接在供水源上，常闭电磁阀设置在进水管与出水管之间，常闭电磁阀、电磁继电器和电阻电压信号转换模块依次电路连接，电磁继电器和电阻电压信号转换模块分别与工作电源连接，电阻电压信号转换模块设定电阻阈值，其中压力传感系统包括工作箱和安装于工作箱内的电阻式压力传感器，工作箱通过固定装置安装于田面上，工作箱底板与田面保持水平，工作箱侧壁与底板垂直，工作箱底板上设有至少一个进水孔，电阻式压力传感器固定安装在工作箱内。

进一步地，压力传感系统还包括固定杆和隔水空腔，固定杆设置于工作箱内且垂直于工作箱底板，电阻式压力传感器固定安装于固定杆上，电阻式压力传感器为片状结构，隔水空腔设置于电阻式压力传感器的一侧，保证压力传感器在工作时处于单侧受力状态，所谓隔水空腔，即在压力传感器上下两端安装一组沿同一水平方向延伸的延伸板，上下两块延伸板远离压力传感器的各端由一密封板封闭连接，形成一空腔以起到隔离水压的作用。

进一步地，电阻式压力传感器为片状结构，电阻式压力传感器还可以固定安装在工作箱内侧壁，电阻式压力传感器靠近工作箱侧壁的一侧为安装面，安装面上设置有隔水空腔，电阻式压力传感器通过隔水空腔与工作箱侧壁贴合安装，以确保水流无法进入电阻式压力传感器的安装面，保证压力传感器在工作时处于单侧受力状态。

进一步地，灌溉管组有至少二组，灌溉管组的常闭电磁阀与电磁继电器并联连接。

进一步地，常闭电磁阀与出水管之间还设置有电磁流量计，电磁流量计可用于监控田间净灌溉用水量。

进一步地，在进水管的管口还设有拦污栅，防止杂物堵塞供水管路。

进一步地，还包括太阳能电池板，太阳能电池板与工作电源连接，向工作电源充电。

进一步地，工作箱底部还设置有固定支架，固定支架可以是在箱底四角各安装一支架，或者是三角形支架、中心支柱等任一种。

本发明的有益效果是，当田面水深低于田间需要水深时，阀门开启灌水，当田面水深达到田间需要水深时，阀门关闭停止灌水，实现自动灌溉，并且仅需留有出水管取水，保证渠道的完整性，延长其使用寿命，利用太阳能作为供电电源，清洁方便。

附图说明

图1是自动灌溉系统整体示意图。

图2是实施例1的压力传感器系统局部示意图。

图3是实施例1的电阻式压力传感器侧视图。

图4是实施例2的压力传感器系统局部示意图。

图5是实施例2的电阻式压力传感器侧视图。

附图中标记的含义如下：1.供水源、2.灌溉管组、3.进水管、4.出水管、5.常闭电磁阀、6.电磁继电器、7.电阻电压信号转换模块、8.压力传感系统、9.工作电源、10.工作箱、11.电阻式压力传感器、12. 太阳能电池板、101.工作箱底板、102.工作箱侧壁、103.进水孔、104.固定杆、105.隔水空腔、106.固定装置。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作具体的介绍。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1至图3所示的一种基于田面水深的水田自动灌溉系统，包括供水源1、灌溉管组2、灌溉管组2包括进水管3、出水管4和常闭电磁阀5，电磁继电器6、电阻电压信号转换模块7、压力传感系统8和工作电源9，进水管3连接在供水源1上，常闭电磁阀5设置在进水管3与出水管4之间，进水管3的管口还设有拦污栅，可以防止杂物堵塞供水管路，常闭电磁阀5、电磁继电器6和电阻电压信号转换模块7依次电路连接，电磁继电器6和电阻电压信号转换模块7分别与工作电源9连接，工作电源9优选蓄电池，由太阳能电池板12向蓄电池充电，蓄电池为常闭电磁阀、电磁继电器、电阻电压信号转换模块提供工作电源。

压力传感系统8包括工作箱10和安装于工作箱内的电阻式压力传感器11，工作箱10还可以起到防止田间生物或其它自然因素对系统造成干扰，工作箱10通过固定装置106固定安装于田面上，固定装置106可以是在箱底四角各安装一支架，或者是三角形支架、中心支柱等任一种，工作箱底板101与田面保持水平，工作箱侧壁102与工作箱底板101垂直，工作箱底板101上设有至少一个进水孔103，电阻式压力传感器11固定安装在工作箱10内，电阻式压力传感器11可将受到的水压力转变成电阻，其阻值随压力的增大而减小。电阻电压信号转换模块7设定电阻阈值，电阻电压信号转换模块7可将电阻式压力传感器11的电阻信号转变成电压信号，当电阻式压力传感器11的电阻值大于阈值时，电阻电压信号转换模块7对外输出高电平信号，反之将对外输出低电平信号。

压力传感系统8还包括固定杆104和隔水空腔105，固定杆104设置于工作箱10内且垂直于工作箱底板101，电阻式压力传感器11固定安装于固定杆104上，电阻式压力传感器11为片状结构，隔水空腔105设置于电阻式压力传感器11的一侧，保证压力传感器在工作时处于单侧受力状态，所谓隔水空腔105，即为在压力传感器上下两端安装一组沿同一水平方向延伸的延伸板，上下两块延伸板远离压力传感器的各端由一密封板封闭连接，形成一隔水空腔。隔水空腔的作用在于确保该片状电阻式压力传感器的一侧面免受水流压力作用，使得工作时处于单侧受力状态，电阻式压力传感器才能精确地采集到单侧所受到的水压力并将该水压力转变成电阻信号。

工作时电磁继电器6接收电阻电压信号转换模块7的电信号，当接收到高电平信号时，电磁继电器6开启工作，控制常闭电磁阀5所在电路形成闭合回路，常闭电磁阀5开启，水流经进水管3、常闭电磁阀5、出水管4，向水田供水；当接收到低电平信号时，电磁继电器6控制常闭电磁阀5所在电路断开，常闭电磁阀5闭合，隔断水流。

本发明专利中的供水源1不局限于明渠，同样适用于地下暗管、管道输水等供水方式的情况，只需将自动灌溉系统的灌溉管组2合理安装在田间取水口处，若需获得较大灌溉流量，则可并联多组灌溉管组2，利用同一电磁继电器6同时控制该多组灌溉管组2中的常闭电磁阀5的启闭。为了便于监控田间净灌溉用水量，本发明还可以在常闭电磁阀5与出水管4之间安装电磁流量计。

工作时，将压力传感器系统8的工作箱10通过固定装置106固定插入泥土，工作箱底板101水平且与田面齐平，将电阻式压力传感器11带有隔水空腔105的一侧固定于竖直的固定杆104上，保证电阻式电压传感器11的下边缘水平，其距底板101的距离设为h₂，h₂应当小于田间需水深度h₁，以此保证压力传感器能接受到水压力。设定电阻电压信号转换模块7的电阻阈值R_阈，其值按照如下方法确定：片状的电阻式压力传感器11的压力感应区为矩形，设其矩形边长为b，距底板101的距离为h₂，需要的田间水深为h₁，当田间水深达到田间需水深度时电阻式电压传感器11受到的水压力为P_临界=1/2ρg(h₁- h₂)²b，查该电阻式电压传感器11的工作曲线表，得出对应于P_临界压力下的阻值R_临界，则设置电阻电压信号转换模块7的电阻阈值R_阈＝R_临界。

田间灌溉水通过进水孔103进入工作箱10，当田间实际水深h<h₁时，电阻式电压传感器11所受到的压力P<P_临界，其阻值R>R_阈，电阻电压信号转换模块7接收到电阻信号R，大于其设定的阈值，则输出高电平信号，电磁继电器6接收到高电平信号，则电磁继电器6控制常闭电磁阀5所在的电路闭合，常闭电磁阀5阀门开启，渠道的中水流经拦污栅、进水管3、常闭电磁阀5、出水管4向田间灌水。

当田间水深h达到田间需水深度h₁时，电阻式电压传感器11所受到的压力P＝P_临界，其阻值R<R_阈，电阻电压信号转换模块7接收到电阻信号R，小于其设定的阈值，则输出低电平信号，电磁继电器6接收到低电平信号，电磁继电器6控制常闭电磁阀5所在的电路断开，常闭电磁阀5阀门关闭，停止灌水。

当田间水深h大于田间需水深度h₁时，电阻式电压传感器11所受到的压力P>P_临界，其阻值R＝R_阈，电阻电压信号转换模块7接收到电阻信号R，等于其设定的阈值，则输出低电平信号，电磁继电器6接收到低电平信号，电磁继电器6控制常闭电磁阀5所在的电路断开，常闭电磁阀5阀门关闭，停止灌水。

实施例2：

如图1和图4、图5所示的一种基于田面水深的水田自动灌溉系统，包括供水源1、灌溉管组2、灌溉管组2包括进水管3、出水管4和常闭电磁阀5，电磁继电器6、电阻电压信号转换模块7、压力传感系统8和工作电源9，进水管3连接在供水源1上，常闭电磁阀5设置在进水管3与出水管4之间，进水管3的管口还设有拦污栅，可以防止杂物堵塞供水管路，常闭电磁阀5、电磁继电器6和电阻电压信号转换模块7依次电路连接，电磁继电器6和电阻电压信号转换模块7分别与工作电源9连接，工作电源9优选蓄电池，由太阳能电池板12向蓄电池充电，蓄电池为常闭电磁阀、电磁继电器、电阻电压信号转换模块提供工作电源。

电阻式压力传感器11固定安装在工作箱内侧壁102上，在电阻式压力传感器外侧面即安装面上设置有隔水空腔105，隔水空腔105与电阻式压力传感器11通过隔水空腔与工作箱侧壁贴合安装，以确保水流无法进入电阻式压力传感器的安装面，保证压力传感器在工作时处于单侧受力状态。

本实施例的工作原理同实施例1。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于田面水深的水田自动灌溉系统，包括供水源和灌溉管组，其特征在于，还包括电磁继电器、电阻电压信号转换模块、压力传感系统和工作电源，

所述灌溉管组包括进水管、出水管和常闭电磁阀，进水管连接供水源，常闭电磁阀设置在进水管与出水管之间，

所述常闭电磁阀、电磁继电器和电阻电压信号转换模块依次电路连接，电磁继电器和电阻电压信号转换模块分别与工作电源连接，电阻电压信号转换模块设定电阻阈值；

所述压力传感系统包括工作箱和安装于工作箱内的电阻式压力传感器，工作箱通过固定装置安装于田面上，工作箱底板与田面保持水平，工作箱侧壁与底板垂直，

所述工作箱底板上设有至少一个进水孔，所述电阻式压力传感器固定安装在工作箱内。

2.根据权利要求1所述的一种基于田面水深的水田自动灌溉系统，其特征在于，所述压力传感系统还包括固定杆和隔水空腔，固定杆设置于工作箱内且垂直于工作箱底板，

所述电阻式压力传感器固定安装于固定杆上，

所述电阻式压力传感器为片状结构，所述隔水空腔设置于电阻式压力传感器的一侧，保证压力传感器在工作时处于单侧受力状态。

3.根据权利要求1所述的一种基于田面水深的水田自动灌溉系统，其特征在于，所述电阻式压力传感器为片状结构，电阻式压力传感器固定安装在工作箱内侧壁，

所述电阻式压力传感器靠近工作箱侧壁的一侧为安装面，安装面上设置有隔水空腔，电阻式压力传感器通过隔水空腔与工作箱侧壁贴合安装，以确保水流无法进入电阻式压力传感器的安装面，保证压力传感器在工作时处于单侧受力状态。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于田面水深的水田自动灌溉系统，其特征在于，包括至少二组灌溉管组，所述灌溉管组的常闭电磁阀与所述电磁继电器并联连接。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于田面水深的水田自动灌溉系统，其特征在于，所述常闭电磁阀与所述出水管之间设置有电磁流量计。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于田面水深的水田自动灌溉系统，其特征在于，所述进水管的管口设有拦污栅。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于田面水深的水田自动灌溉系统，其特征在于，还包括太阳能电池板，所述太阳能电池板向所述工作电源充电。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于田面水深的水田自动灌溉系统，其特征在于，所述工作箱底部设置有固定支架。