CN116530398A - 可拆装渠道灌溉斗门、控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了可拆装渠道灌溉斗门，包括水平固定板，水平固定板下表面设置有两侧板，两侧板之间设置有斗门本体，斗门本体连接有升降机构。本发明还公开了智能型渠道灌溉斗门控制系统，包括依次连接的灌溉水流检测模块一、灌溉水流检测模块二、斗门控制模块和斗门电源，斗门控制模块还连接有灌溉水流检测模块一、云平台，云平台连接有移动终端，斗门控制模块、斗门电源均与可拆装渠道灌溉斗门连接。本发明还公开了可拆装渠道灌溉斗门的灌溉控制方法，有效改善传统人工方式管理灌溉斗门存在的人力投入大、工作效率低、容易造成漫水或农田灌溉不均允等问题，有效提高渠道灌溉管理工作效率和农田灌溉水资源利用效果。
Description
技术领域
本发明属于渠道灌溉技术领域，涉及可拆装渠道灌溉斗门，还涉及智能型渠道灌溉斗门控制系统，还涉及可拆装渠道灌溉斗门的灌溉控制方法。
背景技术
目前，我国粮食主产区的粮田灌溉仍以传统渠道灌溉为主，近些年，国家不断加强农业水利基础设施建设，渠道灌溉系统中的干渠、支渠、斗渠等灌溉渠道基本实现了水泥混凝土硬化处理，渠道质量和输水性能大为提升。斗门作为渠道灌溉系统中调节分配水量的关键设备，大量分布在灌溉渠道系统的干渠、支渠、斗渠中，发挥着调节分配水量、保证农田灌溉、防止水资源浪费的重要作用。
渠道系统中支渠、斗渠中使用的斗门大多手动调节式，由管理人员使用特制的、类似扳手的工具扭动斗门上的螺栓调节斗门进水口大小，实施水量调节和分配，每到农田灌溉的关键时期，需要大量的管理人员在不同渠道之间来回奔波、手动调节分布在不同灌溉渠道中斗门，实施农田灌溉水量分配调节和灌溉水流调控管理等功能，人力投入大、工作效率低、且容易造成漫水或水量调节不均，进而造成水资源浪费，影响农田灌溉的质量和效果。
发明内容
本发明的目的是提供可拆装渠道灌溉斗门，采用可拆装结构，适用于不同大小灌溉渠道。
本发明的还一目的是提供智能型渠道灌溉斗门控制系统，提高了可拆装渠道灌溉斗门的调节效率。
本发明的还一目的是提供可拆装渠道灌溉斗门的灌溉控制方法，解决了现有斗门工作效率低、容易造成漫水或农田灌溉不均允的问题。
本发明所采用的第一种技术方案是，可拆装渠道灌溉斗门，包括水平固定板，水平固定板下表面设置有两侧板，两侧板间距可调，两侧板之间设置有斗门本体，斗门本体连接有升降机构，升降机构用于调节斗门本体相对于水平固定板的高度。
本发明第一种技术方案的特点还在于，
两侧板分别为左侧板和右侧板，左侧板包括左垂直侧板，左垂直侧板顶端外侧固定连接有左水平顶板，左垂直侧板内侧沿其长度方向固定有左燕尾槽，斗门本体一侧边缘位于左燕尾槽中，左垂直侧板和左水平固定板垂直，左垂直侧板上开设有多个左贯穿螺丝孔，左水平顶板上开设有条形的左贯通螺丝孔槽，右侧板与左侧板结构对称，右侧板包括右水平顶板和右垂直侧板，右垂直侧板内侧沿其长度方向固定有右燕尾槽，斗门本体另一侧边缘位于右燕尾槽中，右垂直侧板上开设有多个右贯穿螺丝孔，右水平顶板上开设有条形的右贯通螺丝孔槽，水平固定板上开设有与左贯通螺丝孔槽、右贯通螺丝孔槽对应的贯通螺丝孔槽，左侧板、右侧板分别通过螺丝与水平固定板连接。
升降机构包括固定在水平固定板上的蜗轮蜗杆丝杠升降机，蜗轮蜗杆丝杠升降机的丝杠与斗门本体顶部固定连接，蜗轮蜗杆丝杠升降机通过联轴器连接有直流步进电机，直流步进电机连接有电机驱动器。
本发明所采用的第二种技术方案是，智能型渠道灌溉斗门控制系统，用于控制本发明的可拆装渠道灌溉斗门进行灌溉，包括依次连接的灌溉水流检测模块一、灌溉水流检测模块二、斗门控制模块和斗门电源，斗门控制模块还连接有灌溉水流检测模块一、云平台，云平台连接有移动终端，斗门控制模块与可拆装渠道灌溉斗门连接，斗门电源分别与斗门控制模块、可拆装渠道灌溉斗门中各用电单元的电源端连接；
灌溉水流检测模块一用于检测灌溉水入水口区域的灌溉水流及灌溉时间，并将该检测信息传送给斗门控制模块；灌溉水流检测模块二用于检测灌溉结束区域的灌溉水流及灌溉时间，并将该检测信息传送给斗门控制模块；移动终端通过云平台向斗门控制模块发送可拆装渠道灌溉斗门的控制指令；斗门控制模块用于接收控制指令，并根据控制指令控制斗门的开关状态，并将斗门的实时开关状态通过云平台反馈到移动终端；斗门电源用于为斗门控制模块中各用电单元及可拆装渠道灌溉斗门中的升降机构供电。
本发明第二种技术方案的特点还在于，
斗门控制模块包括微控制器一，微控制器一分别连接有手动控制按键、云平台通信模块、LoRa通信模块一、显示模块一、升降机控制接口模块，手动控制按键包括K1键、K2键、K3键、K4键、K5键，云平台通信模块与云平台通信连接，升降机控制接口模块包括驱动脉冲接口、电机转动方向控制接口、电机使能信号接口，驱动脉冲接口、电机转动方向控制接口、电机使能信号接口均与电机驱动器连接。
斗门电源包括220伏交流电接口，220伏交流电接口分别连接有220伏交流电稳压模块和多路交流-直流转换模块，220伏交流电接口与电机驱动器的电源输入端子连接，多路交流-直流转换模块与斗门控制模块各用电单元电源端连接。
灌溉水流检测模块一包括微控制器二，微控制器二分别连接有水流检测模块、LoRa通信模块二、显示模块二，灌溉水流检测模块一通过LoRa通信模块二与斗门控制模块连接，水流检测模块、LoRa通信模块二、显示模块二共同连接有电源模块二，水流检测模块包括与微控制器二连接的反相器，反相器连接有四输入与门，四输入与门连接有四个水流感应开关。
灌溉水流检测模块二包括连接在一起的微控制器三和电源模块三，微控制器三、电源模块三均连接有一级水流检测模块、二级水流检测模块、三级水流检测模块、LoRa通信模块三，灌溉水流检测模块二通过LoRa通信模块三与斗门控制模块连接。
本发明所采用的第三种技术方案是，可拆装渠道灌溉斗门的灌溉控制方法，通过本发明的智能型渠道灌溉斗门控制系统对本发明的可拆装渠道灌溉斗门进行控制，实现灌溉，具体按照以下步骤实施：
步骤1，根据渠道大小选择左侧板、右侧板及斗门本体，在安装斗门的水泥渠道壁上打孔，利用膨胀螺丝、左贯穿螺丝孔、右贯穿螺丝孔将左侧板、右侧板固定在渠道壁上，并将斗门本体左右两侧边缘放进左侧板和右侧板的燕尾槽中，再将水平固定板与左侧板、右侧板通过螺丝连接固定；
步骤2，接通斗门工作电源，通过斗门控制模块中手动控制按键的K1键、K2键、K3键测试斗门上电后的是否能够正常上升和下降，确定斗门系统工作状态正常后，通过K3键将斗门下降到完全闭合状态，随后按动K2和K5键，控制斗门上升同时启动控制脉冲计数，记录斗门从完全闭合到完全开启的控制脉冲个数，并存储该脉冲数，该脉冲数是实施斗门自动升降控制的参数依据、也是计算和显示斗门运行位置的参数依据；
步骤3，将灌溉水流检测模块一设置在灌溉农田中入水口位置，并将水流检测模块中的4个水流感应开关并排设置在入水口处，保证对灌溉水流入地的准确检测；再将灌溉水流检测模块二设置在灌溉结束区域，并按照距离最终结束位置由远到近的方式依次将灌溉水流检测模块二中的一级水流检测模块、二级水流检测模块、三级水流检测模块设置在灌溉结束区域内，并设置灌溉水流检测模块一和灌溉水流检测模块二中灌溉水流检测的时间间隔；
步骤4，系统整体上电工作，先由系统模块各自完成云平台的自动接入及LoRa通信连接等初始化设置，初始化完成后进入工作状态，首先要由管理人员启动斗门放水开始灌溉，通过移动终端和云平台实时查看斗门上升运行状态，当斗门开启到目标大小时，再通过移动终端或手动控制按键发送斗门停止工作指令，斗门控制模块根据指令要求，通过微控制器一给电机驱动器发送停止指令，电机驱动器控制直流步进电机停止转动，蜗轮蜗杆丝杠升降机停止运动，斗门本体停在固定位置处，灌溉水流通过斗门流向灌溉农田；
步骤5，当灌溉水流通过渠道流进灌溉农田时，灌溉水流检测模块一中的水流检测模块检测到灌溉水流，其输出端输出“0”信号并送往微控制器二，微控制器二收到水流检测模块输出的“0”信号时，判定灌溉水流到达当前灌溉农户的地头，灌溉水流检测模块一中的微控制器二启动灌溉计时，并将计时信息显示在显示模块二上，灌溉正式开始；
步骤6，灌溉过程中，灌溉水流检测模块二中的微控制器三定时读取一级水流检测模块、二级水流检测模块、三级水流检测模块的输出信号，当一级水流检测模块输出为“0”时，微控制器三通过LoRa通信模块三向斗门控制模块发送斗门关闭1/3指令，斗门控制模块通过LoRa通信模块一接收该指令，并由微控制器一向电机驱动器发送电机正转指令，同时微控制器一依据之前记录的斗门运行到全开位置时的控制脉冲个数，再次计算斗门下降1/3所需的控制脉冲个数，并产生相应数量的控制脉冲，控制电机转动带动斗门下降1/3高度，减小入地灌溉水量；
当二级水流检测模块输出为“0”时，微控制器三通过LoRa通信模块三向斗门控制模块发送斗门关闭2/3指令，斗门控制模块再通过LoRa通信模块一接收该指令，并再次由微控制器一向电机驱动器发送电机正转指令和相应个数的控制脉冲控制电机转动带动斗门下降到2/3高度，进一步减小入地灌溉水量；
当三级水流检测模块输出为“0”时，灌溉水流检测模块二中的微控制器三判定该农户灌溉结束，微控制器三再通过LoRa通信模块三向斗门控制模块发送斗门完全关闭指令，斗门控制模块中接收该指令，并由微控制器一向电机驱动器发送电机正转指令和相应个数的控制脉冲控制电机转动带动斗门下降，直至斗门完全关闭，灌溉结束，随后微控制器三再通过LoRa通信模块三向灌溉水流检测模块一发送灌溉结束指令，灌溉水流检测模块一通过LoRa通信模块二接收指令并停止灌溉计时，并由微控制器二计算灌溉时间，同时保存该灌溉时间，并将计时结果在显示模块二显示，同时由灌溉水流检测模块一通过LoRa通信模块二将灌溉时间发送给斗门控制模块，由斗门控制模块通过LoRa通信模块一接收并通过云平台通信模块将该灌溉时间上传到云平台保存。
本发明第三种技术方案的特点还在于，
步骤4中启动斗门的方式有两种：一种是在现场通过手动控制按键直接发送斗门启动控制指令，另一种是利用移动终端通过云平台向斗门控制模块远程发送斗门启动控制指令，管理人员通过以上方式发送的控制指令被斗门控制模块中的云平台通信模块接收并发送给微控制器一，微控制器一接收指令后通过升降机构控制接口模块向电机驱动器发送使能有效指令、电机反转指令和控制脉冲，电机驱动器接收指令后控制直流步进电机反向转动，电机轴通过联轴器带动丝杠升降机蜗杆运动，进而实现斗门的提升，斗门上升过程中，微控制器一实时记录输出控制脉冲个数，并根据调试过程中已经记录存储的斗门全开所需的脉冲数计算斗门实时开启状态，并在显示模块一以文字方式实时显示斗门开启状态，该结果同时通过云平台通信模块上传至云平台。
本发明的有益效果是：
本发明可拆装渠道灌溉斗门，斗门架构大小可调，能适应不同大小灌溉渠道的斗门安装要求，可拆装渠道灌溉斗门各部件之间通过螺丝固定连接，结构简单，拆装方便。
本发明智能型渠道灌溉斗门控制系统，通过斗门系统上的控制模块就可以完成斗门升降，还可以通过移动终端和云平台实现远程控制，同时还能根据灌溉过程中对灌溉水流覆盖农田区域的不同实施斗门自动调节控制功能，并能自动完成灌溉计时功能，系统功能丰富、实用。
本发明可拆装渠道灌溉斗门的灌溉控制方法，有效改善传统人工方式管理灌溉斗门存在的人力投入大、工作效率低、容易造成漫水或农田灌溉不均允等问题，有效提高渠道灌溉管理工作效率和农田灌溉水资源利用效果。
附图说明
图1是本发明可拆装渠道灌溉斗门的结构示意图；
图2是本发明可拆装渠道灌溉斗门左侧板和右侧板的三视图，其中，图2(a)是左侧板的主视图，图2(b)是左侧板的俯视图，图2(c)是左侧板的侧视图，图2(d)是右侧板的主视图，图2(e)是右侧板的俯视图，图2(f)是右侧板的侧视图；
图3是本发明智能型渠道灌溉斗门控制系统的结构示意图；
图4是本发明智能型渠道灌溉斗门控制系统中斗门控制模块的示意框图；
图5是本发明智能型渠道灌溉斗门控制系统中斗门电源的示意框图；
图6是本发明智能型渠道灌溉斗门控制系统中灌溉水流检测模块一的示意框图；
图7是本发明智能型渠道灌溉斗门控制系统中灌溉水流检测模块二的示意框图。
图中，1.可拆装渠道灌溉斗门，1-1.水平固定板，1-1-1.贯通螺丝孔槽，1-2.左侧板，1-2-1.水平顶板，1-2-1-1.贯通螺丝孔槽,1-2-2.垂直侧板，1-2-2-1.燕尾槽，1-2-2-2.贯穿螺丝孔，1-3.右侧板，1-3-1.水平顶板，1-3-1-1.贯通螺丝孔槽，1-3-2.垂直侧板，1-3-2-1.燕尾槽，1-3-2-2.贯穿螺丝孔，1-4斗门，1-4-1.橡胶封边，1-4-2.贯通螺丝孔，1-5.升降机构，1-5-1.蜗轮蜗杆丝杠升降机，1-5-1-1.斗门固定夹，1-5-2联轴器，1-5-3.直流步进电机，1-5-4.电机驱动器；
2.斗门控制模块，2-1.微控制器一，2-2.手动控制按键，2-2-1.K1键，2-2-2.K2键，2-2-3.K3键，2-2-4.K4键，2-2-5.K5键，2-3.云平台通信模块，2-4.LoRa通信模块一，2-5.显示模块一，2-6.升降机控制接口模块，2-6-1.驱动脉冲接口，2-6-2.电机转动方向控制接口，2-6-3.电机使能信号接口；
3.斗门电源，3-1.220伏交流电接口，3-2.220伏交流电稳压模块，3-3.多路交流-直流转换模块；
4.灌溉水流检测模块一，4-1.微控制器二，4-2.水流检测模块，4-2-1.水流感应开关，4-2-2.四输入与门，4-2-3.反相器，4-3.LoRa通信模块二，4-4.显示模块二，4-5.电源模块二；
5.灌溉水流检测模块二，5-1.微控制器三，5-2.一级水流检测模块，5-3.二级水流检测模块，5-4.三级水流检测模块，5-5.6.LoRa通信模块三，5-6.电源模块三；
6.移动终端，7.云平台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明可拆装渠道灌溉斗门，如图1所示，包括水平固定板1-1，水平固定板1-1下表面设置有两侧板，两侧板间距可调，两侧板之间设置有斗门本体1-4，斗门本体1-4采用高强度铝合金板材，斗门本体1-4的左边缘、右边缘及底部边缘均有燕尾型橡胶封边1-4-1，该燕尾型橡胶封边尺寸与左侧板1-2、右侧板1-3上的燕尾槽尺寸匹配，确保斗门闭合后的水流密封效果，斗门本体1-4连接有升降机构1-5，升降机构1-5用于调节斗门本体1-4相对于水平固定板1-1的高度。
两侧板分别为高强度铝合金板材的左侧板1-2和右侧板1-3，如图2所示，左侧板1-2包括左垂直侧板1-2-2，左垂直侧板1-2-2顶端外侧固定连接有左水平顶板1-2-1，左垂直侧板1-2-2与左水平顶板1-2-1相互垂直且为一体结构，左垂直侧板1-2-2内侧沿其长度方向固定有左燕尾槽1-2-2-1，斗门本体1-4一侧边缘位于左燕尾槽1-2-2-1中，左垂直侧板1-2-2上开设有多个左贯穿螺丝孔1-2-2-2，左贯穿螺丝孔1-2-2-2用于左侧板与渠道壁之间通过膨胀螺丝固定连接，左水平顶板1-2-1上中心线两侧均开设有一条条形左贯通螺丝孔槽1-2-1-1，两条左贯通螺丝孔槽1-2-1-1的间距为30cm，每条左贯通螺丝孔槽1-2-1-1的长度为40cm，开口宽度均为1.5cm。
右侧板1-3与左侧板1-2结构对称，右侧板1-3包括右水平顶板1-3-1和右垂直侧板1-3-2，右垂直侧板1-3-2内侧沿其长度方向固定有右燕尾槽1-3-2-1，斗门本体1-4另一侧边缘位于右燕尾槽1-3-2-1中，右垂直侧板1-3-2上开设有多个右贯穿螺丝孔1-3-2-2，右水平顶板1-3-1上中心线两侧均开设有一条条形右贯通螺丝孔槽1-3-1-1，两条右贯通螺丝孔槽1-3-1-1的间距为30cm，每条右贯通螺丝孔槽1-3-1-1的长度为40cm，开口宽度均为1.5cm。
水平固定板1-1上开设有与左贯通螺丝孔槽1-2-1-1、右贯通螺丝孔槽1-3-1-1对应的贯通螺丝孔槽1-1-1，左侧板1-2、右侧板1-3分别通过螺丝与水平固定板1-1连接，连接左侧板1-2、右侧板1-3与水平固定板1-1的螺丝分别位于左贯通螺丝孔槽1-2-1-1、右贯通螺丝孔槽1-3-1-1中，螺丝沿左贯通螺丝孔槽1-2-1-1、右贯通螺丝孔槽1-3-1-1移动调整左侧板1-2和右侧板1-3的间距，以适应不同规格尺寸的渠道、斗门本体1-4。
升降机构包括固定在水平固定板1-1上的蜗轮蜗杆丝杠升降机1-5-1，水平固定板1-1中心位置有孔径5cm的贯通圆孔，用于升降机构1-5中丝杠通过，该贯通圆孔周围分布有多个直径为1.5cm的螺丝孔，该螺丝孔用于蜗轮蜗杆丝杠升降机1-5-1和直流步进电机1-5-3在水平固定板1-1上的安装固定，螺丝孔的数量和分布位置与蜗轮蜗杆丝杠升降机1-5-1和直流步进电机1-5-3底座上的螺丝孔的数量和分布位置一致，蜗轮蜗杆丝杠升降机1-5-1的丝杠头部焊接有斗门固定夹1-5-1-1，该斗门固定夹为不锈钢材质，斗门固定夹夹槽两侧的板面上均有三个贯通螺丝孔，这些螺丝孔的间距、直径、分布位置与斗门本体1-4顶部的贯通螺丝孔1-4-2的间距、直径、分布位置完全相同，将斗门本体1-4顶部安放到斗门固定夹的夹槽之间，再通过斗门固定夹和斗门本体1-4顶部上的贯通螺丝孔1-4-2用螺丝将他们连接固定，使斗门本体1-4和升降机丝杠连接为一体，蜗轮蜗杆丝杠升降机1-5-1通过联轴器1-5-2连接有直流步进电机1-5-3，直流步进电机1-5-3连接有电机驱动器1-5-4，电机驱动器1-5-4上设置有脉冲信号输入端子、电机转动方向控制信号输入端子、电机使能信号输入端子，电源输入端子及电机驱动信号输出端子等，由电机驱动器1-5-4根据控制指令要求控制直流步进电机1-5-3启动、停止、正转、反转，进而实现升降机构1-5的启动、停止、上升、下降等控制功能。
本发明智能型渠道灌溉斗门控制系统，用于控制本发明的可拆装渠道灌溉斗门进行灌溉，如图3所示，包括依次连接的灌溉水流检测模块一4、灌溉水流检测模块二5、斗门控制模块2和斗门电源3，斗门控制模块2还连接有灌溉水流检测模块一4、云平台7，云平台7连接有移动终端6，斗门控制模块2与可拆装渠道灌溉斗门1连接，斗门电源3分别与斗门控制模块2、可拆装渠道灌溉斗门1中各用电单元的电源端连接；
灌溉水流检测模块一4用于检测灌溉水入水口区域的灌溉水流及灌溉时间，并将该检测信息传送给斗门控制模块；灌溉水流检测模块二5用于检测灌溉结束区域的灌溉水流及灌溉时间，并将该检测信息传送给斗门控制模块；移动终端通过云平台7向斗门控制模块2发送可拆装渠道灌溉斗门的控制指令，移动终端6上运行斗门系统控制软件，该控制软件基于消息队列遥测传输协议(MQTT协议)，可实现中移OneNET云平台自动接入，具有斗门运行状态数据自动上传和斗门启停及运行远程控制功能；斗门控制模块用于接收控制指令，并根据控制指令控制斗门的开关状态，并将斗门的实时开关状态通过云平台7反馈到移动终端6；云平台7为中移OneNET云平台，斗门电源3用于为可拆装渠道灌溉斗门的升降机构1-5供电。
如图4所示，斗门控制模块2包括微控制器一2-1，微控制器一2-1分别连接有手动控制按键2-2、云平台通信模块2-3、LoRa通信模块一2-4、显示模块一2-5、升降机控制接口模块2-6，手动控制按键2-2包括K1键2-2-1、K2键2-2-2、K3键2-2-3、K4键2-2-4、K5键2-2-5五个独立按键开关，K1键2-2-1为启动/停止控制键，K2键2-2-2为斗门上升控制按键、K3键2-2-3为斗门下降按键制，K4键2-2-4为系统复位控制键、K5键2-2-5为脉冲记录键，用于记录斗门从全闭到全开或从全开到全闭的控制脉冲数，K1键2-2-1、K2键2-2-2、K3键2-2-3、K5键2-2-5分别与微控制器一的第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端、第四信号输入端相连，K4键2-2-4与微控制器一的复位信号输入端相连，云平台通信模块2-3与云平台7通信连接，斗门控制模块2通过LoRa通信模块一2-4分别与灌溉水流检测模块一4、灌溉水流检测模块二5连接，云平台通信模块与微控制器一2-1的第一个通用异步串行通信接口相连，LoRa通信模块一2-4与微控制器一2-1的第二个通用异步串行通信接口相连，显示模块一2-5与微控制器一2-1的第三个通用异步串行通信接口相连，升降机控制接口模块2-6包括驱动脉冲接口2-6-1、电机转动方向控制接口2-6-2、电机使能信号接口2-6-3，驱动脉冲接口2-6-1、电机转动方向控制接口2-6-2、电机使能信号接口2-6-3均与电机驱动器1-5-4连接。
如图5所示，斗门电源3包括220伏交流电接口3-1，220伏交流电接口3-1分别连接有220伏交流电稳压模块3-2和多路交流-直流转换模块3-3，220伏交流电接口3-1与电机驱动器1-5-4电源输入端子连接，多路交流-直流转换模块3-3与斗门控制模块2各用电单元电源端连接，可为升降机构1-5中的电机、电机驱动器及斗门控制模块中各用电单元提供工作电源。
如图6所示，灌溉水流检测模块一4包括微控制器二4-1，微控制器二4-1分别连接有水流检测模块4-2、LoRa通信模块二4-3、显示模块二4-4，灌溉水流检测模块一4通过LoRa通信模块二4-3与斗门控制模块2连接，水流检测模块4-2、LoRa通信模块二4-3、显示模块二4-4共同连接有电源模块二4-5，水流检测模块4-2包括与微控制器二4-1连接的反相器4-2-3，反相器4-2-3连接有四输入与门4-2-2，四输入与门4-2-2连接有四个水流感应开关4-2-1，四个水流感应开关的信号输出端接到四输入与门的信号输入端，四输入与门4-2-2的信号输出端接到反相器4-2-3的输入端，反相器4-2-3的信号输出端接到微控制器二4-1的信号输入端，LoRa通信模块二4-3与微控制器二4-1的第一个通用异步串行通信接口相连，显示模块二4-4与微控制器二4-1的第二个通用异步串行通信接口相连，电源模块二4-5与灌溉水流检测模块一4中各用电单元的电源端相连，为各用电单元提供工作电源。
如图7所示，灌溉水流检测模块二5包括连接在一起的微控制器三5-1和电源模块三5-6，微控制器三5-1、电源模块三5-6均连接有一级水流检测模块5-2、二级水流检测模块5-3、三级水流检测模块5-4、LoRa通信模块三5-5，灌溉水流检测模块二5通过LoRa通信模块三5-5与斗门控制模块2连接，一级水流检测模块5-2、二级水流检测模块5-3、三级水流检测模块5-4的电路结构与灌溉水流检测模块一4中水流检测模块4-2电路结构相同，一级水流检测模块5-2、二级水流检测模块5-3、三级水流检测模块5-4的信号输出端分别与微控制器三5-1的第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端相连，LoRa通信模块三5-5与微控制器三5-1的第一个通用异步串行通信接口相连，电源模块三5-6与灌溉水流检测模块二5中各用电单元的电源端相连，为各用电单元提供工作电源。
微控制器一2-1、微控制器二4-1、微控制器三5-1均为32位嵌入式微控制器STM32F103ZET6，速度72MHz，程序存储器容量是256KB，包含多个内部定时器，具有UART/USART、I2C，SPI、CAN、USB等丰富的外部接口。
电源模块二4-5和电源模块三5-6均为现有电源模块，均包含太阳能板和蓄电池。
本发明可拆装渠道灌溉斗门的灌溉控制方法，通过本发明的智能型渠道灌溉斗门控制系统对本发明的可拆装渠道灌溉斗门进行控制，实现灌溉，具体按照以下步骤实施：
步骤1，根据渠道大小选择左侧板1-2、右侧板1-3及斗门本体1-4，在安装斗门的水泥渠道壁上打孔，利用膨胀螺丝、左贯穿螺丝孔1-2-2-2、右贯穿螺丝孔1-3-2-2将左侧板1-2、右侧板1-3固定在渠道壁上，并将斗门本体1-4左右两侧边缘放进左侧板1-2和右侧板1-3的燕尾槽中，再将水平固定板1-1与左侧板1-2、右侧板1-3通过螺丝连接固定；
斗门系统安装固定完后，再根据斗门安装现场的实际情况，连接斗门系统的电源模块，如所在地方有市电线路，则接220伏交流市电电源供电，如所在地方市电线路未覆盖，则采用220伏汽油发电机供电，供电电源确定后，将斗门电源3与直流步进电机1-5-3及电机驱动器1-5-4、斗门控制模块2等用电单元按要求连接好，完成斗门系统电源部分的连接安装；
步骤2，接通斗门工作电源，通过斗门控制模块2中手动控制按键2-2的K1、K2、K3键测试斗门上电后的是否能够正常上升和下降，确定斗门系统工作状态正常后，通过K3键将斗门下降到完全闭合状态，随后按动K2和K5键，控制斗门上升同时启动控制脉冲计数，记录斗门从完全闭合到完全开启的控制脉冲个数，并存储该脉冲数，该脉冲数是实施斗门自动升降控制的参数依据、也是计算和显示斗门运行位置的参数依据；
步骤3，将灌溉水流检测模块一4设置在灌溉农田中入水口位置，并将水流检测模块4-2中的4个水流感应开关并排设置在入水口处，保证对灌溉水流入地的准确检测；再将灌溉水流检测模块二5设置在灌溉结束区域，并按照距离最终结束位置由远到近的方式依次将灌溉水流检测模块二5中的一级水流检测模块5-2、二级水流检测模块5-3、三级水流检测模块5-4设置在灌溉结束区域内，在保证检测准确性的前提下，为降低功耗，减小冗余数据处理量，并设置灌溉水流检测模块一4和灌溉水流检测模块二5中灌溉水流检测的时间间隔均为5s；
步骤4，系统整体上电工作，先由系统模块各自完成云平台7的自动接入及LoRa通信连接等初始化设置，初始化完成后进入工作状态，首先要由管理人员启动斗门放水开始灌溉，通过移动终端6和云平台7实时查看斗门上升运行状态，当斗门开启到目标大小时，再通过移动终端6或手动控制按键2-2发送斗门停止工作指令，斗门控制模块2根据指令要求，通过微控制器一2-1给电机驱动器1-5-4发送停止指令，电机驱动器1-5-4控制直流步进电机1-5-3停止转动，蜗轮蜗杆丝杠升降机1-5-1停止运动，斗门本体1-4停在固定位置处，灌溉水流通过斗门流向灌溉农田；
启动斗门的方式有两种：一种是在现场通过手动控制按键2-2直接发送斗门启动控制指令，另一种是利用移动终端6通过云平台7向斗门控制模块2远程发送斗门启动控制指令，管理人员通过以上方式发送的控制指令被斗门控制模块2中的云平台通信模块2-3接收并发送给微控制器一2-1，微控制器一2-1接收指令后通过升降机构控制接口模块2-6向电机驱动器1-5-4发送使能有效指令、电机反转指令和控制脉冲，电机驱动器1-5-4接收指令后控制直流步进电机1-5-3反向转动，电机轴通过联轴器1-5-2带动丝杠升降机蜗杆运动，进而实现斗门的提升，斗门上升过程中，微控制器一2-1实时记录输出控制脉冲个数，并根据调试过程中已经记录存储的斗门全开所需的脉冲数计算斗门实时开启状态，并在显示模块一2-5以文字方式实时显示斗门开启状态，该结果同时通过云平台通信模块2-3上传至云平台7；
步骤5，当灌溉水流通过渠道流进灌溉农田时，灌溉水流检测模块一4中的水流检测模块4-2检测到灌溉水流，其输出端输出“0”信号并送往微控制器二4-1，微控制器二4-1收到水流检测模块输出的“0”信号时，判定灌溉水流到达当前灌溉农户的地头，灌溉水流检测模块一4中的微控制器二4-1启动灌溉计时，并将计时信息显示在显示模块二4-4上，灌溉正式开始；
步骤6，灌溉过程中，灌溉水流检测模块二5中的微控制器三5-1定时读取一级水流检测模块5-2、二级水流检测模块5-3、三级水流检测模块5-4的输出信号，当一级水流检测模块5-2输出为“0”时，微控制器三5-1通过LoRa通信模块三5-5向斗门控制模块2发送斗门关闭1/3指令，斗门控制模块2通过LoRa通信模块一2-4接收该指令，并由微控制器一2-1向电机驱动器1-5-4发送电机正转指令，同时微控制器一2-1依据之前记录的斗门运行到全开位置时的控制脉冲个数，再次计算斗门下降1/3所需的控制脉冲个数，并产生相应数量的控制脉冲，控制电机转动带动斗门下降1/3高度，减小入地灌溉水量；
当二级水流检测模块5-3输出为“0”时，微控制器三5-1通过LoRa通信模块三5-5向斗门控制模块2发送斗门关闭2/3指令，斗门控制模块2中再通过LoRa通信模块一2-4接收该指令，并再次由微控制器一2-1向电机驱动器1-5-4发送电机正转指令和相应个数的控制脉冲控制电机转动带动斗门下降到2/3高度，进一步减小入地灌溉水量；
当三级水流检测模块5-4输出为“0”时，灌溉水流检测模块二5中的微控制器三5-1判定该农户灌溉结束，微控制器三5-1再通过LoRa通信模块三5-5向斗门控制模块发送斗门完全关闭指令，斗门控制模块2中接收该指令，并由微控制器一2-1向电机驱动器1-5-4发送电机正转指令和相应个数的控制脉冲控制电机转动斗门下降直至完全关闭，灌溉结束，随后微控制器三5-1再通过LoRa通信模块三5-5向灌溉水流检测模块一4发送灌溉结束指令，灌溉水流检测模块一4接收指令并停止灌溉计时，并由微控制器二4-1计算灌溉时间，同时保存该灌溉时间，并将计时结果在显示模块二4-4显示，同时由灌溉水流检测模块一4通过LoRa通信模块二4-3将灌溉时间发送给斗门控制模块2，由斗门控制模块2接收并通过云平台通信模块2-3将该灌溉时间上传到云平台7保存，该计时结果是水利管理部门向农户收取农田灌溉收费的主要依据。
通过上述方式可知，本发明可拆装渠道灌溉斗门的灌溉控制方法，有效改善了传统人工方式管理灌溉斗门存在的人力投入大、工作效率低、容易造成漫水或农田灌溉不均允等问题，有效提高渠道灌溉管理工作效率和农田灌溉水资源利用效果。
Claims (10)
1.可拆装渠道灌溉斗门，其特征在于，包括水平固定板(1-1)，所述水平固定板(1-1)下表面设置有两侧板，两所述侧板间距可调，两所述侧板之间设置有斗门本体(1-4)，所述斗门本体(1-4)连接有升降机构(1-5)，所述升降机构(1-5)用于调节斗门本体(1-4)相对于水平固定板(1-1)的高度。
2.根据权利要求1所述的可拆装渠道灌溉斗门，其特征在于，两所述侧板分别为左侧板(1-2)和右侧板(1-3)，所述左侧板(1-2)包括左垂直侧板(1-2-2)，所述左垂直侧板(1-2-2)顶端外侧固定连接有左水平顶板(1-2-1)，所述左垂直侧板(1-2-2)内侧沿其长度方向固定有左燕尾槽(1-2-2-1)，所述斗门本体(1-4)一侧边缘位于左燕尾槽(1-2-2-1)中，所述左垂直侧板(1-2-2)和左水平固定板(1-1)垂直，所述左垂直侧板(1-2-2)上开设有多个左贯穿螺丝孔(1-2-2-2)，所述左水平顶板(1-2-1)上开设有条形的左贯通螺丝孔槽(1-2-1-1)，所述右侧板(1-3)与左侧板(1-2)结构对称，所述右侧板(1-3)包括右水平顶板(1-3-1)和右垂直侧板(1-3-2)，所述右垂直侧板(1-3-2)内侧沿其长度方向固定有右燕尾槽(1-3-2-1)，所述斗门本体(1-4)另一侧边缘位于右燕尾槽(1-3-2-1)中，所述右垂直侧板(1-3-2)上开设有多个右贯穿螺丝孔(1-3-2-2)，所述右水平顶板(1-3-1)上开设有条形的右贯通螺丝孔槽(1-3-1-1)，所述水平固定板(1-1)上开设有与左贯通螺丝孔槽(1-2-1-1)、右贯通螺丝孔槽(1-3-1-1)对应的贯通螺丝孔槽(1-1-1)，所述左侧板(1-2)、右侧板(1-3)分别通过螺丝与水平固定板(1-1)连接。
3.根据权利要求1所述的可拆装渠道灌溉斗门，其特征在于，所述升降机构(1-5)包括固定在水平固定板(1-1)上的蜗轮蜗杆丝杠升降机(1-5-1)，所述蜗轮蜗杆丝杠升降机(1-5-1)的丝杠与斗门本体(1-4)顶部固定连接，所述蜗轮蜗杆丝杠升降机(1-5-1)通过联轴器(1-5-2)连接有直流步进电机(1-5-3)，所述直流步进电机(1-5-3)连接有电机驱动器(1-5-4)。
4.智能型渠道灌溉斗门控制系统，用于控制如权利要求3所述的可拆装渠道灌溉斗门(1)进行灌溉，其特征在于，包括依次连接的灌溉水流检测模块一(4)、灌溉水流检测模块二(5)、斗门控制模块(2)和斗门电源(3)，所述斗门控制模块(2)还连接有灌溉水流检测模块一(4)、云平台(7)，所述云平台(7)连接有移动终端(6)，所述斗门控制模块(2)与可拆装渠道灌溉斗门(1)连接，斗门电源(3)分别与斗门控制模块(2)、可拆装渠道灌溉斗门(1)中各用电单元的电源端连接；
所述灌溉水流检测模块一(4)用于检测灌溉水入水口区域的灌溉水流及灌溉时间，并将该检测信息传送给斗门控制模块(2)；所述灌溉水流检测模块二(5)用于检测灌溉结束区域的灌溉水流及灌溉时间，并将该检测信息传送给斗门控制模块(2)；所述移动终端通过云平台(7)向斗门控制模块(2)发送可拆装渠道灌溉斗门的控制指令；所述斗门控制模块(2)用于接收控制指令，并根据控制指令控制斗门的开关状态，并将斗门的实时开关状态通过云平台(7)反馈到移动终端(6)；斗门电源(3)用于为斗门控制模块(2)中各用电单元及可拆装渠道灌溉斗门(1)中的升降机构(1-5)供电。
5.根据权利要求4所述的智能型渠道灌溉斗门控制系统，其特征在于，所述斗门控制模块(2)包括微控制器一(2-1)，所述微控制器一(2-1)分别连接有手动控制按键(2-2)、云平台通信模块(2-3)、LoRa通信模块一(2-4)、显示模块一(2-5)、升降机控制接口模块(2-6)，手动控制按键(2-2)包括K1键(2-2-1)、K2键(2-2-2)、K3键(2-2-3)、K4键(2-2-4)、K5键(2-2-5)，所述云平台通信模块(2-3)与云平台(7)通信连接，所述升降机控制接口模块(2-6)包括驱动脉冲接口(2-6-1)、电机转动方向控制接口(2-6-2)、电机使能信号接口(2-6-3)，所述驱动脉冲接口(2-6-1)、电机转动方向控制接口(2-6-2)、电机使能信号接口(2-6-3)均与电机驱动器(1-5-4)连接。
6.根据权利要求4所述的智能型渠道灌溉斗门控制系统，其特征在于，所述斗门电源(3)包括220伏交流电接口(3-1)，所述220伏交流电接口(3-1)分别连接有220伏交流电稳压模块(3-2)和多路交流-直流转换模块(3-3)，所述220伏交流电接口(3-1)与电机驱动器(1-5-4)电源输入端子连接，所述多路交流-直流转换模块(3-3)与斗门控制模块(2)各用电单元电源端连接。
7.根据权利要求4所述的智能型渠道灌溉斗门控制系统，其特征在于，所述灌溉水流检测模块一(4)包括微控制器二(4-1)，所述微控制器二(4-1)分别连接有水流检测模块(4-2)、LoRa通信模块二(4-3)、显示模块二(4-4)，所述灌溉水流检测模块一(4)通过LoRa通信模块二(4-3)与斗门控制模块(2)连接，所述水流检测模块(4-2)、LoRa通信模块二(4-3)、显示模块二(4-4)共同连接有电源模块二(4-5)，所述水流检测模块(4-2)包括与微控制器二(4-1)连接的反相器(4-2-3)，所述反相器(4-2-3)连接有四输入与门(4-2-2)，所述四输入与门(4-2-2)连接有四个水流感应开关(4-2-1)。
8.根据权利要求4所述的智能型渠道灌溉斗门控制系统，其特征在于，所述灌溉水流检测模块二(5)包括连接在一起的微控制器三(5-1)和电源模块三(5-6)，所述微控制器三(5-1)、电源模块三(5-6)均连接有一级水流检测模块(5-2)、二级水流检测模块(5-3)、三级水流检测模块(5-4)、LoRa通信模块三(5-5)，所述灌溉水流检测模块二(5)通过LoRa通信模块三(5-5)与斗门控制模块(2)连接。
9.可拆装渠道灌溉斗门的灌溉控制方法，通过如权利要求4所述的智能型渠道灌溉斗门控制系统对如权利要求3所述的可拆装渠道灌溉斗门进行控制，实现灌溉，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，根据渠道大小选择左侧板(1-2)、右侧板(1-3)及斗门本体(1-4)，在安装斗门的水泥渠道壁上打孔，利用膨胀螺丝、左贯穿螺丝孔(1-2-2-2)、右贯穿螺丝孔(1-3-2-2)将左侧板(1-2)、右侧板(1-3)固定在渠道壁上，并将斗门本体(1-4)左右两侧边缘放进左侧板(1-2)和右侧板(1-3)的燕尾槽中，再将水平固定板(1-1)与左侧板(1-2)、右侧板(1-3)通过螺丝连接固定；
步骤2，接通斗门工作电源，通过斗门控制模块(2)中手动控制按键(2-2)的K1键(2-2-1)、K2键(2-2-2)、K3键(2-2-3)测试斗门上电后的是否能够正常上升和下降，确定斗门系统工作状态正常后，通过K3键将斗门下降到完全闭合状态，随后按动K2键(2-2-2)和K5键(2-2-5)，控制斗门上升同时启动控制脉冲计数，记录斗门从完全闭合到完全开启的控制脉冲个数，并存储该脉冲数，该脉冲数是实施斗门自动升降控制的参数依据、也是计算和显示斗门运行位置的参数依据；
步骤3，将灌溉水流检测模块一(4)设置在灌溉农田中入水口位置，并将水流检测模块(4-2)中的4个水流感应开关并排设置在入水口处，保证对灌溉水流入地的准确检测；再将灌溉水流检测模块二(5)设置在灌溉结束区域，并按照距离最终结束位置由远到近的方式依次将灌溉水流检测模块二(5)中的一级水流检测模块(5-2)、二级水流检测模块(5-3)、三级水流检测模块(5-4)设置在灌溉结束区域内，并设置灌溉水流检测模块一(4)和灌溉水流检测模块二(5)中灌溉水流检测的时间间隔；
步骤4，系统整体上电工作，先由系统模块各自完成云平台(7)的自动接入及LoRa通信连接等初始化设置，初始化完成完成后进入工作状态，首先要由管理人员启动斗门放水开始灌溉，通过移动终端(6)和云平台(7)实时查看斗门上升运行状态，当斗门开启到目标大小时，再通过移动终端(6)或手动控制按键发送斗门停止工作指令，斗门控制模块(2)根据指令要求，通过微控制器一(2-1)给电机驱动器(1-5-4)发送停止指令，电机驱动器(1-5-4)控制直流步进电机(1-5-3)停止转动，蜗轮蜗杆丝杠升降机(1-5-1)停止运动，斗门本体(1-4)停在固定位置处，灌溉水流通过斗门流向灌溉农田；
步骤5，当灌溉水流通过渠道流进灌溉农田时，灌溉水流检测模块一(4)中的水流检测模块(4-2)检测到灌溉水流，其输出端输出“0”信号并送往微控制器二(4-1)，微控制器二(4-1)收到水流检测模块(4-2)输出的“0”信号时，判定灌溉水流到达当前灌溉农户的地头，灌溉水流检测模块一(4)中的微控制器二(4-1)启动灌溉计时，并将计时信息显示在显示模块二(4-4)上，灌溉正式开始；
步骤6，灌溉过程中，灌溉水流检测模块二(5)中的微控制器三(5-1)定时读取一级水流检测模块(5-2)、二级水流检测模块(5-3)、三级水流检测模块(5-4)的输出信号，当一级水流检测模块(5-2)输出为“0”时，微控制器三(5-1)通过LoRa通信模块三(5-5)向斗门控制模块(2)发送斗门关闭1/3指令，斗门控制模块(2)中的通过LoRa通信模块一(2-4)接收该指令，并由微控制器一(2-1)向电机驱动器(1-5-4)发送电机正转指令，同时微控制器一(2-1)依据之前记录的斗门运行到全开位置时的控制脉冲个数，再次计算斗门下降1/3所需的控制脉冲个数，并产生相应数量的控制脉冲，控制电机转动带动斗门下降1/3高度，减小入地灌溉水量；
当二级水流检测模块(5-3)输出为“0”时，微控制器三(5-1)通过LoRa通信模块三(5-5)向斗门控制模块(2)发送斗门关闭2/3指令，斗门控制模块(2)中再通过LoRa通信模块一(2-4)接收该指令，并再次由微控制器一(2-1)向电机驱动器(1-5-4)发送电机正转指令和相应个数的控制脉冲控制电机转动带动斗门下降到2/3高度，进一步减小入地灌溉水量；
当三级水流检测模块(5-4)输出为“0”时，灌溉水流检测模块二(5)中的微控制器三(5-1)判定该农户灌溉结束，微控制器三(5-1)再通过LoRa通信模块三(5-5)向斗门控制模块(2)发送斗门完全关闭指令，斗门控制模块(2)中接收该指令，并由微控制器一(2-1)向电机驱动器(1-5-4)发送电机正转指令和相应个数的控制脉冲控制电机转动斗门下降直至完全关闭，灌溉结束，随后微控制器三(5-1)再通过LoRa通信模块三(5-5)向灌溉水流检测模块一(4)发送灌溉结束指令，灌溉水流检测模块一(4)接收指令并停止灌溉计时，并由微控制器二(4-1)计算灌溉时间，同时保存该灌溉时间，并将计时结果在显示模块二(4-4)显示，同时由灌溉水流检测模块一(4)通过LoRa通信模块二(4-3)将灌溉时间发送给斗门控制模块(2)，由斗门控制模块(2)接收并通过云平台通信模块(2-3)将该灌溉时间上传到云平台(7)保存。
10.根据权利要求9所述的可拆装渠道灌溉斗门的灌溉控制方法，其特征在于，所述步骤4中启动斗门的方式有两种：一种是在现场通过手动控制按键(2-2)直接发送斗门启动控制指令，另一种是利用移动终端(6)通过云平台(7)向斗门控制模块(2)远程发送斗门启动控制指令，管理人员通过以上方式发送的控制指令被斗门控制模块(2)中的云平台通信模块(2-3)接收并发送给微控制器一(2-1)，微控制器一(2-1)接收指令后通过升降机构控制接口模块(2-6)向电机驱动器(1-5-4)发送使能有效指令、电机反转指令和控制脉冲，电机驱动器(1-5-4)接收指令后控制直流步进电机(1-5-3)反向转动，电机轴通过联轴器(1-5-2)带动丝杠升降机蜗杆运动，进而实现斗门的提升，斗门上升过程中，微控制器一(2-1)实时记录输出控制脉冲个数，并根据调试过程中已经记录存储的斗门全开所需的脉冲数计算斗门实时开启状态，并在显示模块一(2-5)以文字方式实时显示斗门开启状态，该结果同时通过云平台通信模块(2-3)上传至云平台(7)。
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