CN111557225A - 一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了农田作物灌溉技术领域的一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置，包括预埋支撑底座，所述预埋支撑底座顶部上方设置有保护箱，所述进水连接柱顶部固定连接有灌溉盘机构，所述灌溉盘机构外壁环形阵列固定设置有多组结构相同的灌溉喷头件，所述灌溉盘机构顶部固定设置有雨水收集机构，本发明当数据采集模块采集到湿度传感器采集到的土壤湿度数据和气象监测装置获取田间天气数据，中央处理器进行判断后通过报警模块对农田管理人员(或使用者)进行提醒，实现自动预警，并且通过PLC控制器控制电磁阀打开，使收集空心箱内的水向下进入灌溉盘并从灌溉喷头件处喷出，对农作物实现自动化灌溉。

Description

一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置及方法

技术领域

本发明涉及农田作物灌溉技术领域，具体为一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置及方法。

背景技术

众所周知，水是生命的源泉，水利是农业的命脉。数千年来的农耕生产实践表明：农作物在整个生长阶段始终都离不开水，农作物最终有没有产量收获关键在于水，这充分体现了水在农业生产活动中的重要性。因此，不论是干旱半干旱地区，还是半湿润易旱区，以及季节性干旱湿润区，农田灌溉都是支撑农业生产的重要保障措施。

现有的基本的灌溉装置在使用时存在以下缺陷：1当农作物缺水时不能自动预警，不能实现有效的灌溉和控制灌溉量；2不能有效的利用雨水进行灌溉，使用能源消耗较大，灌溉成本较高，为此，我们提出一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置，包括预埋支撑底座，所述预埋支撑底座顶部上方设置有保护箱，所述保护箱底部内壁中央固定设置有电液推缸，所述预埋支撑底座顶部中央开设有装配槽，且装配槽槽底固定设置有伺服电机一，所述伺服电机一输出端设置有减速器，且减速器输出端与保护箱底部中央固定连接，所述电液推缸输出端设置有活塞杆，且活塞杆顶部贯穿保护箱顶部并固定连接有进水连接柱，所述进水连接柱顶部固定连接有灌溉盘机构，所述灌溉盘机构外壁环形阵列固定设置有多组结构相同的灌溉喷头件，所述灌溉盘机构顶部固定设置有雨水收集机构，所述进水连接柱前侧外壁底部设置有相连通的连接水管，所述进水连接柱前后侧外壁顶部均设置有相连通的分流软管，且前后侧分流软管另一端分别与灌溉盘机构底部前后侧连接并与灌溉盘机构内腔相连通。

进一步地，所述灌溉盘机构包括固定在进水连接柱顶部的灌溉盘，所述灌溉盘顶部中央固定设置有保护壳，所述保护壳顶部内壁中央固定设置有伺服电机二，所述伺服电机二输出端设置有减速器，且减速器输出端贯穿保护壳底部和灌溉盘顶部并固定连接有转动杆，且转动杆底端通过轴承与灌溉盘底部中央活动连接，所述灌溉盘底部内壁固定设置有支撑圆形框，所述支撑圆形框位于前后侧分流软管的内侧，所述转动杆外壁底部固定套设有装配盘，且装配盘位于支撑圆形框内侧，所述支撑圆形框外壁顶部环形阵列插接有多组传动转杆，且传动转杆与灌溉喷头件一一对应，所述传动转杆外壁靠近装配盘圆心的一端固定套设有从动齿轮，所述装配盘顶部环形阵列均匀设置有与从动齿轮啮合的齿牙，所述装配盘外壁环形阵列开设有多组装配孔，所述传动转杆远离装配盘圆心的一端固定设置有活动盘，所述活动盘与装配孔一一对应，且活动盘活动设置在装配孔内。

进一步地，所述灌溉喷头件包括通过螺钉固定在装配盘外壁的固定筒，所述固定筒与装配孔一一对应，所述固定筒远离装配盘的一端一体成型设置有相连通的雾化喷嘴，所述固定筒内腔靠近装配盘的一端固定设置有与活动盘贴合的固定盘，所述活动盘远离传动转杆的一侧圆心固定设置有半圆形嵌入块，且固定盘靠近活动盘的一侧圆心处开设有与半圆形嵌入块匹配的半圆形嵌入槽，所述活动盘和固定盘外壁均环形阵列开设有多组相互配合的出水通孔。

进一步地，所述雨水收集机构包括固定在灌溉盘机构顶部的收集空心箱，所述收集空心箱顶部为中空，且收集空心箱底部中央开设有与保护壳匹配的凹口，所述收集空心箱内腔中部横向固定设置有过滤板，所述收集空心箱顶部前后侧均固定设置有侧板一，所述收集空心箱顶部左侧纵向固定设置有侧板二，且侧板二前后端分别与前后侧侧板一的外壁左端固定，前后侧所述侧板一之间滑动设置有相匹配的挡板，所述侧板二顶部中央设置有雨滴传感器，所述收集空心箱右侧内壁且位于过滤板上方的位置固定设置有镶块，且镶块顶部通过U形架和转轴活动设置有主动齿轮，转轴前端贯穿U形架前侧并与微型伺服电机输出端连接，且微型伺服电机固定在U形架前侧，所述挡板底部开设有横向凹槽，所述横向凹槽槽底均匀设置有与主动齿轮啮合的安装齿牙，所述挡板顶部固定设置有光伏板，所述收集空心箱底部左右侧均插接有与灌溉盘机构相连通的出水管，且出水管内从上至下依次设置有电磁阀和单向出水阀。

进一步地，所述保护箱底部内壁左侧和底部内壁右侧分别设置有蓄电池和PLC控制器，所述保护箱顶部左侧固定设置有报警模块，所述PLC控制器分别双向电性连接中央处理器、数据库、数据采集模块和电路控制模块，所述PLC控制器电性输入连接蓄电池，所述蓄电池电性输入连接光伏板，所述中央处理器分别电性输出连接无线网络、报警模块和数据储存模块，所述无线网络电性输出连接智能移动终端，所述智能移动终端电性输出连接PLC控制器，所述数据采集模块分别电性输入连接湿度传感器、雨滴传感器和气象监测装置，所述电路控制模块分别电性输入连接电液推缸、伺服电机一、电磁阀和微型伺服电机。

进一步地，所述挡板前后侧外壁左端均固定设置有限位滑块，且前后侧侧板一相对一侧均横向开设有与限位滑块匹配的横向滑槽。

进一步地，所述保护箱底部左右侧均固定设置有T形滑块，且预埋支撑底座顶部开设有与T形滑块匹配的环形的T形滑槽。

一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置的方法：

S1:先将农田进行分区，小块化处理，该装置在使用时，将预埋支撑底座预埋至小块化的农田土壤内，在土壤中不同深度放置的湿度传感器，实现不同深度土壤湿度数据的采集，在农田田间设置气象监测装置获取田间天气数据，判断作物蒸发量和环境降水量，将连接水管另一端通过现有技术中应用广泛的管道连接件与外界带有输水设备(例如输水泵)的出水端的管道连接，光伏板在日常时吸收太阳光能，并转换为电能储存至蓄电池内，通过蓄电池为本装置中的电器元件提供电源；

S2:在下雨时，数据采集模块采集到雨滴传感器检测到下雨信号发送给PLC控制器，PLC控制器通过电路控制模块控制微型伺服电机，微型伺服电机带动主动齿轮转动，主动齿轮和安装齿牙的配合驱动挡板向右侧移动，打开收集空心箱，进而使雨水进入收集空心箱内，并通过过滤板进行过滤后向下位于收集空心箱内下方进行储存；

S3:当数据采集模块采集到湿度传感器采集到的土壤湿度数据和气象监测装置获取田间天气数据，并与数据库内的正常数据进行对比，确定分析灌溉量，进而发送“灌溉信号”给PLC控制器，PLC控制器将信号发送给中央处理器，中央处理器进行判断后通过报警模块对农田管理人员(或使用者)进行提醒，并通过PLC控制器控制电磁阀打开，使收集空心箱内的水向下进入灌溉盘并从灌溉喷头件处喷出，对农作物实现灌溉，当收集空心箱内的水使用完或其水量无法满足农作物灌溉量时，使外界的水通过连接水管进入进水连接柱，再通过分流软管进入灌溉盘，并从灌溉喷头件处喷出进行灌溉；

S4:在灌溉时，可进行灵活控制出水量，避免水源浪费，通过启动伺服电机二，伺服电机二和减速器的配合带动转动杆，转动杆带动装配盘，装配盘通过齿牙带动多组从动齿轮同步同方向转动，进而使传动转杆同步同方向转动，进而驱动活动盘转动，进而通过活动盘和固定盘上的出水通孔重合度调整雾化喷嘴的出水量；

S5：同时在灌溉时，可驱动电液推缸带动活塞杆使进水连接柱向上，进而使灌溉喷头件向上，进而提高灌溉喷头件的灌溉范围，同时可驱动伺服电机一带动保护箱，进而使灌溉喷头件转动，在离心力的作用下，使灌溉喷头件喷出的水喷洒距离更远，进而适应不同位置的农作物灌溉需要，当数据采集模块采集到湿度传感器检测的农作物湿度达到指定数值时，本装置中的电器元件关闭。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明当数据采集模块采集到湿度传感器采集到的土壤湿度数据和气象监测装置获取田间天气数据，并与数据库内的正常数据进行对比，确定灌溉量，进而发送“灌溉信号”给PLC控制器，PLC控制器将信号发送给中央处理器，中央处理器进行判断后通过报警模块对农田管理人员(或使用者)进行提醒，实现自动预警，并且通过PLC控制器控制电磁阀打开，使收集空心箱内的水向下进入灌溉盘并从灌溉喷头件处喷出，对农作物实现自动化灌溉，同时使用人员也可驱动外界的设备使水通过连接水管进入进水连接柱，再通过分流软管进入灌溉盘，并从灌溉喷头件处喷出实现灌溉；

2)本发明设置有灌溉喷头件和灌溉盘机构配合，可进行灵活控制出水量，避免水源浪费，通过启动伺服电机二，伺服电机二和减速器的配合带动转动杆，转动杆带动装配盘，装配盘通过齿牙带动多组从动齿轮同步同方向转动，进而使传动转杆同步同方向转动，进而驱动活动盘转动，进而通过活动盘和固定盘上的出水通孔重合度调整出水量，方便使用人员控制灌溉量，避免过多或过少影响到农作物生长，设置有雨水收集机构，在下雨时，数据采集模块采集到雨滴传感器检测到下雨信号发送给PLC控制器，PLC控制器通过电路控制模块控制微型伺服电机，微型伺服电机带动主动齿轮转动，主动齿轮和安装齿牙的配合驱动挡板向右侧移动，打开收集空心箱，进而使雨水进入收集空心箱内，并通过过滤板进行过滤后位于收集空心箱内下方进行储存，而在未下雨时，挡板进行封闭收集空心箱，提高雨水的储存时间，降低能源消耗和灌溉成本，同时采用光伏板和蓄电池进行电力提供，进一步降低该装置的能源消耗和灌溉成本；

3)本发明在灌溉时，可驱动电液推缸带动活塞杆使进水连接柱向上，进而使灌溉喷头件向上，进而提高灌溉喷头件的灌溉范围，同时可驱动伺服电机一带动保护箱，进而使灌溉喷头件转动，在离心力的作用下，使灌溉喷头件喷出的水喷洒距离更远，进而适应不同位置的农作物灌溉需要，提高灌溉质量。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明灌溉盘机构结构剖视图；

图3为本发明雨水收集机构结构剖视图；

图4为本发明雨水收集机构结构俯视图；

图5为本发明原理图。

图中：1、预埋支撑底座；2、保护箱；201、T形滑块；3、电液推缸；4、伺服电机一；5、灌溉盘机构；51、灌溉盘；52、保护壳；53、伺服电机二；54、转动杆；55、装配盘；56、支撑圆形框；57、传动转杆；58、从动齿轮；59、活动盘；6、分流软管；7、连接水管；8、灌溉喷头件；81、固定筒；82、固定盘；83、雾化喷嘴；84、出水通孔；9、雨水收集机构；91、收集空心箱；92、过滤板；93、侧板一；94、侧板二；95、雨滴传感器；96、挡板；961、限位滑块；962、横向凹槽；963、安装齿牙；97、光伏板；98、主动齿轮；99、电磁阀；991、微型伺服电机；10、蓄电池；11、PLC控制器；12、无线网络；13、进水连接柱；14、数据库；15、数据采集模块；16、湿度传感器；17、智能移动终端；18、雨滴传感器；19、气象监测装置；20、电路控制模块；21、中央处理器；22、报警模块；23、数据储存模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置，请参阅图1，包括预埋支撑底座1，先将农田进行分区，小块化处理，该装置在使用时，将预埋支撑底座1预埋至小块化的农田土壤内，(每份小块化农田内均设置该装置)；

请参阅图1，预埋支撑底座1顶部上方设置有保护箱2，保护箱2用于保护和安装内部的结构，保护箱2上的一侧设置有壳盖(图中未示出)，方便对内部的结构进行维护；

请参阅图1，保护箱2底部内壁中央固定设置有电液推缸3，预埋支撑底座1顶部中央开设有装配槽，且装配槽槽底固定设置有伺服电机一4，伺服电机一4输出端设置有减速器，且减速器输出端与保护箱2底部中央固定连接，伺服电机一4和减速器带动保护箱2转动，进一步提高灌溉范围；

请参阅图1，电液推缸3输出端设置有活塞杆，且活塞杆顶部贯穿保护箱2顶部并固定连接有进水连接柱13，进水连接柱13顶部和底部均为封闭，电液推缸3通过活塞杆和进水连接柱13的配合也实现小范围的灌溉范围调控；

请参阅图1，进水连接柱13顶部固定连接有灌溉盘机构5，灌溉盘机构5外壁环形阵列固定设置有多组结构相同的灌溉喷头件8，灌溉盘机构5用于调控出水量的同时用于安装灌溉喷头件8，灌溉喷头件8配合灌溉盘机构5调控出水量，同时进行出水；

请参阅图1，灌溉盘机构5顶部固定设置有雨水收集机构9，雨水收集机构9用于收集雨水用作灌溉水使用，进一步降低能源消耗；

请参阅图1，进水连接柱13前侧外壁底部设置有相连通的连接水管7，连接水管7另一端通过现有技术中应用广泛的管道连接件(例如法兰、抱箍等)与外界带有输水设备(例如输水泵)的出水端的管道连接，进水连接柱13前后侧外壁顶部均设置有相连通的分流软管6，且前后侧分流软管6另一端分别与灌溉盘机构5底部前后侧连接并与灌溉盘机构5内腔相连通，分流软管6使进水连接柱13内的水进入灌溉盘51内。

如图2所示：灌溉盘机构5包括固定在进水连接柱13顶部的灌溉盘51，灌溉盘51起到装配和支撑结构的作用，灌溉盘51顶部中央固定设置有保护壳52，保护壳52起到保护或安装结构的作用，保护壳52上的一侧带有壳盖(图中未示出)，方便维护内部的结构，保护壳52顶部内壁中央固定设置有伺服电机二53，伺服电机二53输出端设置有减速器，且减速器输出端贯穿保护壳52底部和灌溉盘51顶部并固定连接有转动杆54，伺服电机二53和减速器带动转动杆54转动，且转动杆54底端通过轴承与灌溉盘51底部中央活动连接，灌溉盘51底部内壁固定设置有支撑圆形框56，支撑圆形框56用于支撑传动转杆57，支撑圆形框56位于前后侧分流软管6的内侧，不影响分流软管6进水，转动杆54外壁底部固定套设有装配盘55，且装配盘55位于支撑圆形框56内侧，支撑圆形框56顶部和底部均为中空，支撑圆形框56外壁顶部环形阵列插接有多组传动转杆57，传动转杆57与支撑圆形框56的连接处设置有轴承，不影响传动转杆57转动的同时避免其移动，且传动转杆57与灌溉喷头件8一一对应(假设传动转杆57为五组，则灌溉喷头件8为五组)，传动转杆57位于装配盘55的上方，传动转杆57外壁靠近装配盘55圆心的一端固定套设有从动齿轮58，装配盘55顶部环形阵列均匀设置有与从动齿轮58啮合的齿牙，装配盘55转动通过齿牙带动从动齿轮58，使从动齿轮58带动传动转杆57转动，装配盘55外壁环形阵列开设有多组装配孔，装配孔与传动转杆57的个数相同，传动转杆57远离装配盘55圆心的一端固定设置有活动盘59，活动盘59与装配孔一一对应，且活动盘59活动设置在装配孔内；

如图2所示：灌溉喷头件8包括通过螺钉固定在装配盘55外壁的固定筒81，采用螺钉的固定方式，方便拆装，固定筒81与装配孔一一对应(假设装配孔为五组，则固定筒81为五组)，固定筒81远离装配盘55的一端一体成型设置有相连通的雾化喷嘴83，雾化喷嘴83在本领域应用广泛，在此不另做详述，使进入固定筒81的水从雾化喷嘴83喷出，固定筒81内腔靠近装配盘55的一端固定设置有与活动盘59贴合的固定盘82，活动盘59远离传动转杆57的一侧圆心固定设置有半圆形嵌入块，且固定盘82靠近活动盘59的一侧圆心处开设有与半圆形嵌入块匹配的半圆形嵌入槽，半圆形嵌入块和半圆形嵌入块的配合保证活动盘59转动与固定盘82配合的稳定性，也在安装时起到定位的作用，活动盘59和固定盘82外壁均环形阵列开设有多组相互配合的出水通孔84，通过活动盘59转动，改变活动盘59和固定盘82上的出水通孔84的重合度，实现出水量大小的调节；

如图3和图4所示：雨水收集机构9包括固定在灌溉盘机构5顶部的收集空心箱91，可采用螺钉或螺栓的固定方式，收集空心箱91顶部为中空，方便装配挡板96，且收集空心箱91底部中央开设有与保护壳52匹配的凹口，避免对保护壳52造成干涉，收集空心箱91内腔中部横向固定设置有过滤板92，可采用螺钉或螺栓的固定方式，过滤板92可采用活性炭过滤板，在本领域应用广泛，用于对进入的雨水进行净化处理，在此不另详述，收集空心箱91顶部前后侧均固定设置有侧板一93，侧板一93对挡板96的移动起到限位和导向的作用，收集空心箱91顶部左侧纵向固定设置有侧板二94，侧板二94对挡板96的移动起到限位和导向的作用，且侧板二94前后端分别与前后侧侧板一93的外壁左端固定，前后侧侧板一93之间滑动设置有相匹配的挡板96，挡板96底部与收集空心箱91顶部贴合，在未下雨时，封闭收集空心箱91顶部，避免外界的灰尘或其他进入杂物进入收集空心箱91，同时也避免收集空心箱91内的雨水被蒸发，能较长时间保存收集空心箱91内的雨水，侧板二94顶部中央设置有雨滴传感器95，雨滴传感器95是一种传感装置，主要用于检测是否下雨及雨量的大小，现有技术中广泛应用于汽车自动刮水系统、智能灯光系统和智能天窗系统等，收集空心箱91右侧内壁且位于过滤板92上方的位置固定设置有镶块，镶块起到支撑和安装结构的作用，且镶块顶部通过U形架和转轴活动设置有主动齿轮98，转轴设置在U形架内，主动齿轮98固定套设在转轴外壁，转轴前端贯穿U形架前侧并与微型伺服电机991输出端连接，且微型伺服电机991固定在U形架前侧，微型伺服电机991可采用防水型微型伺服电机，在现有技术应有广泛，根据实际情况进行选择，在此不另做详述(或者微型伺服电机991设置在防水壳内)，挡板96底部开设有横向凹槽962，主动齿轮98外壁顶部部分位于横向凹槽962内，横向凹槽962槽底均匀设置有与主动齿轮98啮合的安装齿牙963，主动齿轮98和安装齿牙963的配合带动挡板96移动，挡板96顶部固定设置有光伏板97，光伏板97在本领域应用广泛，在此不另做详述，收集空心箱91底部左右侧均插接有与灌溉盘机构5相连通的出水管，出水管使收集空心箱91内的雨水向下进入灌溉盘51内，且出水管内从上至下依次设置有电磁阀99和单向出水阀，电磁阀99和单向出水阀在本领域内应用广泛，其结构和原理已为本领域技术人员熟知，在此不另作详述，单向出水阀避免灌溉盘51内的水通过出水管进入灌溉盘51内；

如图5所示：保护箱2底部内壁左侧和底部内壁右侧分别设置有蓄电池10和PLC控制器11，蓄电池10为本发明中的电器元件提供电力，节省能源消耗，PLC控制器11型号为XM-I13，用于控制本发明中的电器元件启闭，保护箱2顶部左侧固定设置有报警模块22，报警模块22为现有技术中应用广泛的报警灯，用于对农田管理人员或使用者进行预警提醒，PLC控制器11分别双向电性连接中央处理器21、数据库14、数据采集模块15和电路控制模块20，中央处理器21进行数据的处理和判断，数据库14用于储存正常的数据来与所检测的数据进行对比，数据采集模块15用于采集湿度传感器16、雨滴传感器18和气象监测装置19采集的数据，PLC控制器11电性输入连接蓄电池10，蓄电池10电性输入连接光伏板97，光伏板97吸收太阳光能，并转换为电能储存至蓄电池10内，该种方式在本领域应用广泛，在此不另做详述，中央处理器21分别电性输出连接无线网络12、报警模块22和数据储存模块23，无线网络12方便农田管理人员或使用者通过智能移动终端17进行远程调控，无线网络12电性输出连接智能移动终端17，智能移动终端17在本领域应用广泛，例如手机、电脑或平板电脑等常规已知设备，智能移动终端17电性输出连接PLC控制器11，农田管理人员或使用者可通过智能移动终端17远程控制PLC控制器11，数据采集模块15分别电性输入连接湿度传感器16、雨滴传感器18和气象监测装置19，湿度传感器16型号可采用STH10，雨滴传感器18和气象监测装置19在本领域应用广泛，其结构和原理已为本领域技术人员熟知，在此不另作详述，电路控制模块20分别电性输入连接电液推缸3、伺服电机一4、电磁阀99和微型伺服电机991，电路控制模块20用于控制电液推缸3、伺服电机一4、电磁阀99和微型伺服电机991的启闭；

如图3和图4所示：挡板96前后侧外壁左端均固定设置有限位滑块961，且前后侧侧板一93相对一侧均横向开设有与限位滑块961匹配的横向滑槽，限位滑块961和横向滑槽的配合保证挡板96左右移动的稳定性，也避免挡板96脱离收集空心箱91；

如图1所示：保护箱2底部左右侧均固定设置有T形滑块201，且预埋支撑底座1顶部开设有与T形滑块201匹配的环形的T形滑槽，T形滑块201和T形滑槽保证保护箱2稳定转动的同时避免保护箱2脱离预埋支撑底座1，也降低减速器输出端的承重负担。

一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置的方法：

S1:先将农田进行分区，小块化处理，该装置在使用时，将预埋支撑底座1预埋至小块化的农田土壤内，在土壤中不同深度放置的湿度传感器16，实现不同深度土壤湿度数据的采集，在农田田间设置气象监测装置19获取田间天气数据，判断作物蒸发量和环境降水量，将连接水管7另一端通过现有技术中应用广泛的管道连接件与外界带有输水设备(例如输水泵)的出水端的管道连接，光伏板97在日常时吸收太阳光能，并转换为电能储存至蓄电池10内，通过蓄电池10为本装置中的电器元件提供电源；

S2:在下雨时，数据采集模块15采集到雨滴传感器95检测到下雨信号发送给PLC控制器11，PLC控制器11通过电路控制模块20控制微型伺服电机991，微型伺服电机991带动主动齿轮98转动，主动齿轮98和安装齿牙963的配合驱动挡板96向右侧移动，打开收集空心箱91，进而使雨水进入收集空心箱91内，并通过过滤板92进行过滤后向下位于收集空心箱91内下方进行储存；

S3:当数据采集模块15采集到湿度传感器16采集到的土壤湿度数据和气象监测装置19获取田间天气数据，并与数据库14内的正常数据进行对比，确定分析灌溉量，进而发送“灌溉信号”给PLC控制器11，PLC控制器11将信号发送给中央处理器21，中央处理器21进行判断后通过报警模块22对农田管理人员或使用者进行提醒，并通过PLC控制器11控制电磁阀99打开，使收集空心箱91内的水向下进入灌溉盘51并从灌溉喷头件8处喷出，对农作物实现灌溉，当收集空心箱91内的水使用完或其水量无法满足农作物灌溉量时，使外界的水通过连接水管7进入进水连接柱13，再通过分流软管6进入灌溉盘51，并从灌溉喷头件8处喷出进行灌溉；

S4:在灌溉时，可进行灵活控制出水量，避免水源浪费，通过启动伺服电机二53，伺服电机二53和减速器的配合带动转动杆54，转动杆54带动装配盘55，装配盘55通过齿牙带动多组从动齿轮58同步同方向转动，进而使传动转杆57同步同方向转动，进而驱动活动盘59转动，进而通过活动盘59和固定盘82上的出水通孔84重合度调整雾化喷嘴83的出水量；

S5：同时在灌溉时，可驱动电液推缸3带动活塞杆使进水连接柱13向上，进而使灌溉喷头件8向上，进而提高灌溉喷头件8的灌溉范围，同时可驱动伺服电机一4带动保护箱2，进而使灌溉喷头件8转动，在离心力的作用下，使灌溉喷头件8喷出的水喷洒距离更远，进而适应不同位置的农作物灌溉需要，当数据采集模块15采集到湿度传感器16检测的农作物湿度达到指定数值时，本装置中的电器元件关闭。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置，包括预埋支撑底座(1)，其特征在于：所述预埋支撑底座(1)顶部上方设置有保护箱(2)，所述保护箱(2)底部内壁中央固定设置有电液推缸(3)，所述预埋支撑底座(1)顶部中央开设有装配槽，且装配槽槽底固定设置有伺服电机一(4)，所述伺服电机一(4)输出端设置有减速器，且减速器输出端与保护箱(2)底部中央固定连接，所述电液推缸(3)输出端设置有活塞杆，且活塞杆顶部贯穿保护箱(2)顶部并固定连接有进水连接柱(13)，所述进水连接柱(13)顶部固定连接有灌溉盘机构(5)，所述灌溉盘机构(5)外壁环形阵列固定设置有多组结构相同的灌溉喷头件(8)，所述灌溉盘机构(5)顶部固定设置有雨水收集机构(9)，所述进水连接柱(13)前侧外壁底部设置有相连通的连接水管(7)，所述进水连接柱(13)前后侧外壁顶部均设置有相连通的分流软管(6)，且前后侧分流软管(6)另一端分别与灌溉盘机构(5)底部前后侧连接并与灌溉盘机构(5)内腔相连通。

2.根据权利要求1所述的一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置，其特征在于：所述灌溉盘机构(5)包括固定在进水连接柱(13)顶部的灌溉盘(51)，所述灌溉盘(51)顶部中央固定设置有保护壳(52)，所述保护壳(52)顶部内壁中央固定设置有伺服电机二(53)，所述伺服电机二(53)输出端设置有减速器，且减速器输出端贯穿保护壳(52)底部和灌溉盘(51)顶部并固定连接有转动杆(54)，且转动杆(54)底端通过轴承与灌溉盘(51)底部中央活动连接，所述灌溉盘(51)底部内壁固定设置有支撑圆形框(56)，所述支撑圆形框(56)位于前后侧分流软管(6)的内侧，所述转动杆(54)外壁底部固定套设有装配盘(55)，且装配盘(55)位于支撑圆形框(56)内侧，所述支撑圆形框(56)外壁顶部环形阵列插接有多组传动转杆(57)，且传动转杆(57)与灌溉喷头件(8)一一对应，所述传动转杆(57)外壁靠近装配盘(55)圆心的一端固定套设有从动齿轮(58)，所述装配盘(55)顶部环形阵列均匀设置有与从动齿轮(58)啮合的齿牙，所述装配盘(55)外壁环形阵列开设有多组装配孔，所述传动转杆(57)远离装配盘(55)圆心的一端固定设置有活动盘(59)，所述活动盘(59)与装配孔一一对应，且活动盘(59)活动设置在装配孔内。

3.根据权利要求2所述的一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置，其特征在于：所述灌溉喷头件(8)包括通过螺钉固定在装配盘(55)外壁的固定筒(81)，所述固定筒(81)与装配孔一一对应，所述固定筒(81)远离装配盘(55)的一端一体成型设置有相连通的雾化喷嘴(83)，所述固定筒(81)内腔靠近装配盘(55)的一端固定设置有与活动盘(59)贴合的固定盘(82)，所述活动盘(59)远离传动转杆(57)的一侧圆心固定设置有半圆形嵌入块，且固定盘(82)靠近活动盘(59)的一侧圆心处开设有与半圆形嵌入块匹配的半圆形嵌入槽，所述活动盘(59)和固定盘(82)外壁均环形阵列开设有多组相互配合的出水通孔(84)。

4.根据权利要求2所述的一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置，其特征在于：所述雨水收集机构(9)包括固定在灌溉盘机构(5)顶部的收集空心箱(91)，所述收集空心箱(91)顶部为中空，且收集空心箱(91)底部中央开设有与保护壳(52)匹配的凹口，所述收集空心箱(91)内腔中部横向固定设置有过滤板(92)，所述收集空心箱(91)顶部前后侧均固定设置有侧板一(93)，所述收集空心箱(91)顶部左侧纵向固定设置有侧板二(94)，且侧板二(94)前后端分别与前后侧侧板一(93)的外壁左端固定，前后侧所述侧板一(93)之间滑动设置有相匹配的挡板(96)，所述侧板二(94)顶部中央设置有雨滴传感器(95)，所述收集空心箱(91)右侧内壁且位于过滤板(92)上方的位置固定设置有镶块，且镶块顶部通过U形架和转轴活动设置有主动齿轮(98)，转轴前端贯穿U形架前侧并与微型伺服电机(991)输出端连接，且微型伺服电机(991)固定在U形架前侧，所述挡板(96)底部开设有横向凹槽(962)，所述横向凹槽(962)槽底均匀设置有与主动齿轮(98)啮合的安装齿牙(963)，所述挡板(96)顶部固定设置有光伏板(97)，所述收集空心箱(91)底部左右侧均插接有与灌溉盘机构(5)相连通的出水管，且出水管内从上至下依次设置有电磁阀(99)和单向出水阀。

5.根据权利要求4所述的一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置，其特征在于：所述保护箱(2)底部内壁左侧和底部内壁右侧分别设置有蓄电池(10)和PLC控制器(11)，所述保护箱(2)顶部左侧固定设置有报警模块(22)，所述PLC控制器(11)分别双向电性连接中央处理器(21)、数据库(14)、数据采集模块(15)和电路控制模块(20)，所述PLC控制器(11)电性输入连接蓄电池(10)，所述蓄电池(10)电性输入连接光伏板(97)，所述中央处理器(21)分别电性输出连接无线网络(12)、报警模块(22)和数据储存模块(23)，所述无线网络(12)电性输出连接智能移动终端(17)，所述智能移动终端(17)电性输出连接PLC控制器(11)，所述数据采集模块(15)分别电性输入连接湿度传感器(16)、雨滴传感器(18)和气象监测装置(19)，所述电路控制模块(20)分别电性输入连接电液推缸(3)、伺服电机一(4)、电磁阀(99)和微型伺服电机(991)。

6.根据权利要求4所述的一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置，其特征在于：所述挡板(96)前后侧外壁左端均固定设置有限位滑块(961)，且前后侧侧板一(93)相对一侧均横向开设有与限位滑块(961)匹配的横向滑槽。

7.根据权利要求1所述的一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置，其特征在于：所述保护箱(2)底部左右侧均固定设置有T形滑块(201)，且预埋支撑底座(1)顶部开设有与T形滑块(201)匹配的环形的T形滑槽。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种农田作物缺水自动预警并节能灌溉装置的方法，其特征在于：

S1:先将农田进行分区，小块化处理，该装置在使用时，将预埋支撑底座(1)预埋至小块化的农田土壤内，在土壤中不同深度放置的湿度传感器(16)，实现不同深度土壤湿度数据的采集，在农田田间设置气象监测装置(19)获取田间天气数据，判断作物蒸发量和环境降水量，将连接水管(7)另一端通过现有技术中应用广泛的管道连接件与外界带有输水设备(例如输水泵)的出水端的管道连接，光伏板(97)在日常时吸收太阳光能，并转换为电能储存至蓄电池(10)内，通过蓄电池(10)为本装置中的电器元件提供电源；

S2:在下雨时，数据采集模块(15)采集到雨滴传感器(95)检测到下雨信号发送给PLC控制器(11)，PLC控制器(11)通过电路控制模块(20)控制微型伺服电机(991)，微型伺服电机(991)带动主动齿轮(98)转动，主动齿轮(98)和安装齿牙(963)的配合驱动挡板(96)向右侧移动，打开收集空心箱(91)，进而使雨水进入收集空心箱(91)内，并通过过滤板(92)进行过滤后向下位于收集空心箱(91)内下方进行储存；

S3:当数据采集模块(15)采集到湿度传感器(16)采集到的土壤湿度数据和气象监测装置(19)获取田间天气数据，并与数据库(14)内的正常数据进行对比，确定分析灌溉量，进而发送“灌溉信号”给PLC控制器(11)，PLC控制器(11)将信号发送给中央处理器(21)，中央处理器(21)进行判断后通过报警模块(22)对农田管理人员(或使用者)进行提醒，并通过PLC控制器(11)控制电磁阀(99)打开，使收集空心箱(91)内的水向下进入灌溉盘(51)并从灌溉喷头件(8)处喷出，对农作物实现灌溉，当收集空心箱(91)内的水使用完或其水量无法满足农作物灌溉量时，使外界的水通过连接水管(7)进入进水连接柱(13)，再通过分流软管(6)进入灌溉盘(51)，并从灌溉喷头件(8)处喷出进行灌溉；

S4:在灌溉时，可进行灵活控制出水量，避免水源浪费，通过启动伺服电机二(53)，伺服电机二(53)和减速器的配合带动转动杆(54)，转动杆(54)带动装配盘(55)，装配盘(55)通过齿牙带动多组从动齿轮(58)同步同方向转动，进而使传动转杆(57)同步同方向转动，进而驱动活动盘(59)转动，进而通过活动盘(59)和固定盘(82)上的出水通孔(84)重合度调整雾化喷嘴(83)的出水量；

S5：同时在灌溉时，可驱动电液推缸(3)带动活塞杆使进水连接柱(13)向上，进而使灌溉喷头件(8)向上，进而提高灌溉喷头件(8)的灌溉范围，同时可驱动伺服电机一(4)带动保护箱(2)，进而使灌溉喷头件(8)转动，在离心力的作用下，使灌溉喷头件(8)喷出的水喷洒距离更远，进而适应不同位置的农作物灌溉需要，当数据采集模块(15)采集到湿度传感器(16)检测的农作物湿度达到指定数值时，本装置中的电器元件关闭。

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