CN118370179A - 一种支持动态调节的智能节水灌溉装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持动态调节的智能节水灌溉装置，具体涉及农业灌溉技术领域，包括供水泵、设置在供水泵进水口的过滤网、中转仓、若干条输水管道、均匀设置在输水管道外壁的若干个支流管以及设置在支流管底部的喷头，所述中转仓的一侧设置有中央处理器，所述中转仓的出水口通过水管固定连接有抽取泵，所述抽取泵的输出口通过水管固定连接有水流分配阀，所述支流管的外壁设置有流量调节阀、压力调节阀和释放机构，还包括：水流量采集模块、水压采集模块和土壤湿度采集模块。本发明可以实时判断出喷头喷出的水是否可以进行均匀灌溉，并根据分析结果控制相关机构的工作状态，提高了装置的智能化，并且可以在节约水资源的基础上实现动态调节。

Description

一种支持动态调节的智能节水灌溉装置

技术领域

本发明涉及农业灌溉技术领域，更具体地说，本发明涉及一种支持动态调节的智能节水灌溉装置。

背景技术

节水灌溉装置是一种智能化的灌溉系统，其核心目标是在农田或园艺种植中实现有效的水资源管理和节约。这些装置利用先进的传感器技术和自动化控制系统，监测和分析土壤湿度、植物需水量、气温等关键数据，以便精确地调控灌溉水量和频率。传感器通过实时监测土壤湿度的变化，将数据反馈给控制器，控制器根据预设的灌溉方案和植物生长需求，自动调整灌溉设备的运行，确保植物在最佳的生长状态下获得所需的水分。这种系统可以避免传统灌溉中常见的浪费现象，减少不必要的水资源消耗，提高水资源利用效率。同时，节水灌溉装置还能降低劳动成本和能源消耗，因为大部分操作是自动化的，不需要人工持续监控和调节。总体而言，节水灌溉装置是现代农业和园艺领域中一项重要的技术创新，有助于实现可持续发展目标，保护生态环境，提高作物产量和质量。

现有技术存在以下不足：在现有的节水灌溉装置中，当输水管道上依次设置了多个喷头进行大面积灌溉时，距离总出水口最近的喷头和距离最远的喷头面临着水流压力和水流量不均匀的问题，这是因为水流在长距离管道中流动时会逐渐受到阻力影响，导致距离总出水口较远的喷头所受到的水流压力较小，水流量也相应减少，这种不均匀的水流压力和水流量分布使得距离总出水口较远的喷头无法获得足够的水量和压力，导致其喷水效果不理想，喷洒范围可能变窄或不均匀，甚至有些喷头可能无法正常工作，这种问题可能导致灌溉不均匀，部分植物得不到足够的水源供应，影响植物生长和产量，同时，管道系统可能因为不均匀的水流压力分布而加速磨损，增加了维护和管理的成本和工作量。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种支持动态调节的智能节水灌溉装置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：

一种支持动态调节的智能节水灌溉装置，包括供水泵、设置在供水泵进水口的过滤网、中转仓、若干条输水管道、均匀设置在输水管道外壁的若干个支流管以及设置在支流管底部的喷头，所述中转仓的一侧设置有中央处理器，所述中转仓的出水口通过水管固定连接有抽取泵，所述抽取泵的输出口通过水管固定连接有水流分配阀，所述支流管的外壁设置有流量调节阀、压力调节阀和释放机构，所述流量调节阀用于调整通过支流管进入喷头的水流量，所述压力调节阀用于调整通过支流管进入喷头的水压，所述释放机构用于控制喷头是否进行喷水灌溉，所述释放机构包括积水仓和隔绝板；

还包括：

水流量采集模块，设置在流量调节阀和压力调节阀之间的支流管外壁，用于实时获取通过支流管进入喷头的实际水流量，并通过中央处理器生成水流量变化率；

水压采集模块，设置在隔绝板的顶部，用于实时获取通过支流管进入喷头的实际水压，并通过中央处理器生成水压偏差系数；

土壤湿度采集模块，设置在积水仓的底部，用于实时获取喷头灌溉区域的实际土壤湿度，并通过中央处理器生成土壤湿度变化系数；

通过中央处理器对生成的水流量变化率、水压偏差系数和土壤湿度变化系数进行综合分析，生成评估系数，通过评估系数与预先设定的评估系数参考阈值进行比对，判断出喷头喷出的水是否可以进行均匀灌溉，并根据比对结果控制流量调节阀、压力调节阀和释放机构的工作状态。

优选的，所述释放机构还包括电机固定架、电机、齿轮传动箱、双向螺纹丝杆、滑块和防水轴承，所述电机固定架的一侧与积水仓的一侧固定连接，所述电机固定架的顶部与电机的底部固定连接，所述电机的输出轴与齿轮传动箱的输入轴传动连接，所述齿轮传动箱的输出轴与双向螺纹丝杆的一端传动连接，所述双向螺纹丝杆的外壁与滑块的内侧壁传动连接，所述滑块的一侧与隔绝板的一侧固定连接，所述双向螺纹丝杆的外壁与防水轴承的内侧壁固定连接，所述双向螺纹丝杆的外壁通过防水轴承与积水仓的内侧壁活动连接。

优选的，所述中央处理器的输出端分别与供水泵的输入端、抽取泵的输入端、水流分配阀的输入端、流量调节阀的输入端、压力调节阀的输入端以及电机的输入端电性连接，所述水流量采集模块的输出端和输入端、水压采集模块的输出端和输入端、土壤湿度采集模块的输出端和输入端分别与中央处理器的输入端和输出端电性连接。

优选的，所述水流量变化率的获取逻辑为：

S1、通过水流量采集模块获取T时间内不同时刻通过支流管进入喷头的实际水流量，将T时间内不同时刻通过支流管进入喷头的实际水流量标定为，表示T时间内不同时刻通过支流管进入喷头的实际水流量的编号，，为正整数；

S2、计算水流量变化率，计算的表达式为：

式中，为水流量变化率。

优选的，所述水压偏差系数的获取逻辑为：

S1、通过水压采集模块获取T时间内不同时刻通过支流管进入喷头的实际水压，将T时间内不同时刻通过支流管进入喷头的实际水压标定为，表示T时间内不同时刻通过支流管进入喷头的实际水压的编号，，为正整数；

S2、通过中央处理器获取T时间内通过支流管进入喷头的预设水压，将T时间内通过支流管进入喷头的预设水压标定为；

S3、计算水压偏差系数，计算的表达式为：

式中，为水压偏差系数。

优选的，所述土壤湿度变化系数的获取逻辑为：

S1、通过土壤湿度采集模块获取T时间内不同时刻喷头灌溉区域的实际土壤湿度，将T时间内不同时刻喷头灌溉区域的实际土壤湿度标定为，表示T时间内不同时刻喷头灌溉区域的实际土壤湿度的编号，，为正整数；

S2、计算土壤湿度变化系数，计算的表达式为：

式中，为土壤湿度变化系数。

优选的，所述评估系数的表达公式为：

通过中央处理器进行公式化分析，依据公式：

式中，为评估系数，、和分别为水流量变化率、水压偏差系数和土壤湿度变化系数的预设比例系数，且、和均大于0。

优选的，将预先设定的评估系数参考阈值设定为，通过中央处理器将计算出的评估系数和预先设定的评估系数参考阈值进行比对，判断出喷头喷出的水是否可以进行均匀灌溉，并根据比对结果控制流量调节阀、压力调节阀和释放机构的工作状态，具体判断如下：

当时，喷头喷出的水可以进行均匀灌溉，生成正常信号，中央处理器接收正常信号后，生成保持信号和释放信号，将保持信号分别传输至流量调节阀和压力调节阀，流量调节阀和压力调节阀接收保持信号后，均进行保持工作，并将释放信号传输至电机，电机接收释放信号后，控制释放机构进行释放工作；

当时，喷头喷出的水不可以进行均匀灌溉，生成异常信号，中央处理器接收异常信号后，生成调整信号和关闭信号，将调整信号分别传输至流量调节阀和压力调节阀，流量调节阀和压力调节阀接收调整信号后，分别进行调整工作，并将关闭信号传输至电机，电机接收关闭信号后，控制释放机构进行关闭工作。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明通过设置的水流量采集模块、水压采集模块和土壤湿度采集模块，分别可以实时获取通过支流管进入喷头的实际水流量、通过支流管进入喷头的实际水压以及喷头灌溉区域的实际土壤湿度，并通过中央处理器进行综合分析，可以实时判断出喷头喷出的水是否可以进行均匀灌溉，并根据分析结果控制流量调节阀、压力调节阀和释放机构的工作状态，提高了装置的智能化，并且可以在节约水资源的基础上实现动态调节。

2、本发明通过在输水管道上设置水流分配阀，确保了每条输水管道可以均匀分配水量，从而解决了远近喷头水流压力不均匀的根本问题。其次，在支流管上设置流量调节阀和压力调节阀，配合水压和水流量采集模块，实现了对水流量和水压的实时监测和调节，从而确保了喷头灌溉的均匀性和稳定性。具体而言，水压偏差系数和水流量变化率的联合判断使得系统能够准确评估喷头所需的水压和水量，并根据土壤湿度变化系数调整喷头灌溉区域的水量，从而实现了灌溉过程中的动态调节和优化。这种智能化的灌溉系统有效地解决了远近喷头水流不均匀导致的灌溉效果不理想的问题，提高了灌溉的均匀性和效率。

3、本发明实现了对灌溉水流量和水压的精确调节，保证了每个喷头获得足够的水量和水压，从而确保了灌溉的均匀性和一致性；其次，通过实时监测土壤湿度和水流状态，有效节约了水资源的使用，降低了灌溉过程中的水资源浪费；最后，优化了管道系统的运行状态，减少了管道系统因不均匀水流而导致的磨损和维护成本，提高了系统的可靠性和持久性。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明；

图1为本发明提出的一种支持动态调节的智能节水灌溉装置的立体结构示意图；

图2为本发明提出的一种支持动态调节的智能节水灌溉装置的侧面结构示意图；

图3为本发明提出的一种支持动态调节的智能节水灌溉装置的流量调节阀、压力调节阀、释放机构和喷头安装结构示意图；

图4为图3中A处放大结构图；

图5为本发明提出的一种支持动态调节的智能节水灌溉装置的积水仓内部结构示意图；

图6为本发明提出的一种支持动态调节的智能节水灌溉装置的模块示意图。

图中：1、供水泵；2、过滤网；3、中转仓；4、输水管道；5、支流管；6、喷头；7、中央处理器；8、抽取泵；9、水流分配阀；10、流量调节阀；11、压力调节阀；12、释放机构；1201、积水仓；1202、电机固定架；1203、电机；1204、齿轮传动箱；1205、双向螺纹丝杆；1206、滑块；1207、隔绝板；1208、防水轴承；13、水流量采集模块；14、水压采集模块；15、土壤湿度采集模块。

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。

实施例

如图1-6所示，一种支持动态调节的智能节水灌溉装置，包括供水泵1、设置在供水泵1进水口的过滤网2、中转仓3、若干条输水管道4、均匀设置在输水管道4外壁的若干个支流管5以及设置在支流管5底部的喷头6，中转仓3的一侧设置有中央处理器7，中转仓3的出水口通过水管固定连接有抽取泵8，抽取泵8的输出口通过水管固定连接有水流分配阀9，支流管5的外壁设置有流量调节阀10、压力调节阀11和释放机构12，流量调节阀10用于调整通过支流管5进入喷头6的水流量，压力调节阀11用于调整通过支流管5进入喷头6的水压，释放机构12用于控制喷头6是否进行喷水灌溉，释放机构12包括积水仓1201和隔绝板1207；

还包括：

水流量采集模块13，设置在流量调节阀10和压力调节阀11之间的支流管5外壁，用于实时获取通过支流管5进入喷头6的实际水流量，并通过中央处理器7生成水流量变化率；

需要说明的是，水流采集模块13可以是超声波流量计或者其他能够实时获取通过支流管5进入喷头6的实际水流量的设备，水流采集模块13在此不做具体的限定，可根据实际需求进行选取；

水压采集模块14，设置在隔绝板1207的顶部，用于实时获取通过支流管5进入喷头6的实际水压，并通过中央处理器7生成水压偏差系数；

需要说明的是，水压采集模块14可以是压力传感器或者其他能够实时获取通过支流管5进入喷头6的实际水压的设备，水压采集模块14在此不做具体的限定，可根据实际需求进行选取；

土壤湿度采集模块15，设置在积水仓1201的底部，用于实时获取喷头6灌溉区域的实际土壤湿度，并通过中央处理器7生成土壤湿度变化系数；

需要说明的是，土壤湿度采集模块15可以是微波辐射传感器或者其他能够实时获取喷头6灌溉区域的实际土壤湿度的设备，土壤湿度采集模块15在此不做具体的限定，可根据实际需求进行选取；

通过中央处理器7对生成的水流量变化率、水压偏差系数和土壤湿度变化系数进行综合分析，生成评估系数，通过评估系数与预先设定的评估系数参考阈值进行比对，判断出喷头6喷出的水是否可以进行均匀灌溉，并根据比对结果控制流量调节阀10、压力调节阀11和释放机构12的工作状态；

需要说明的是，流量调节阀10用于调整通过支流管5进入喷头6的水流量，具体的实现方式为：通过调节流量调节阀10阀门的开度来控制水流量的大小，这种调节通过电动方式进行，流量调节阀10的内部结构包括可以调节通道大小的阀门或活塞，通过改变阀门的开度，可以调整通过流量调节阀10的水流量，当需要增加水流量时，调节阀门打开；相反，当需要减少水流量时，调节阀门关闭或部分关闭；

压力调节阀11用于调整通过支流管5进入喷头6的水压，具体的实现方式为：压力调节阀11通常由阀体和阀芯组成，阀体连接在支流管5上，而阀芯则是可以在阀体内移动的部件，阀芯的移动会改变阀体内的通道大小，从而调整管道中的水流量和水压，压力调节阀11的工作原理是基于水流通过阀体和阀芯之间的通道大小来控制，当需要调整水压时，阀芯可以向上或向下移动，改变通道的大小，从而影响水流通过的阻力，进而调整支流管中的水压，压力调节阀可以自动操作，根据传感器采集的水压数据进行调节，以满足预设的水压要求。

进一步需要说明的是，水流分配阀9通过内部的可调节分配机制和智能控制系统来确保每条输水管道4均匀分配水量，具体实现方式是：水流分配阀9内设有多个可独立控制的阀门，这些阀门分别连接到各条输水管道4的输入口，通过控制这些阀门的开度来调节水流的分配，水流分配阀9内部装有高精度流量传感器和电动阀芯，流量传感器可以实时监测每条输水管道4的水流量数据，并将数据反馈给中央处理器7，中央处理器7可以根据设定的均匀分配算法，对比每条输水管道4的实际水流量和目标水流量，计算出每个阀门需要调整的开度，并通过电子控制系统精确调节阀芯的位置，使得每条输水管道4获得所需的水流量，从而实现均匀分配，此外，水流分配阀9还具备自动校准功能，能够在长时间运行后根据实际情况进行微调，进一步保证各输水管道4水流量的均衡和稳定。

本实施例中，释放机构12还包括电机固定架1202、电机1203、齿轮传动箱1204、双向螺纹丝杆1205、滑块1206和防水轴承1208，电机固定架1202的一侧与积水仓1201的一侧固定连接，电机固定架1202的顶部与电机1203的底部固定连接，电机1203的输出轴与齿轮传动箱1204的输入轴传动连接，齿轮传动箱1204的输出轴与双向螺纹丝杆1205的一端传动连接，双向螺纹丝杆1205的外壁与滑块1206的内侧壁传动连接，滑块1206的一侧与隔绝板1207的一侧固定连接，双向螺纹丝杆1205的外壁与防水轴承1208的内侧壁固定连接，双向螺纹丝杆1205的外壁通过防水轴承1208与积水仓1201的内侧壁活动连接；

需要说明的是，双向螺纹丝杆1205是一种机械传动元件，在本发明中用于将旋转运动转换为线性运动，它具有两端具有相反方向螺旋的螺纹，使得丝杆可以同时推进或拉回负载，而无需改变旋转方向，这种设计使得双向螺纹丝杆在许多工程应用中非常有用，双向螺纹丝杆1205的工作原理是利用螺旋副的原理，螺纹丝杆上的螺旋槽与滑块1206内侧壁的螺纹相配合，当丝杆旋转时，滑块1206会沿着丝杆上的螺旋槽移动，从而使螺母在丝杆轴向上产生移动，实现线性位移，而双向螺纹丝杆1205则通过在丝杆两端分别设置相反方向的螺旋，使得滑块1206可以根据旋转方向的不同而实现推进或拉回的线性运动，而不需要改变丝杆的旋转方向；

进一步需要说明的是，齿轮传动箱1204在本发明中设置了两个输出轴，双向螺纹丝杆1205的数量也为两个，并且两个双向螺纹丝杆1205以积水仓1201的中垂线为对称轴对称设置，同时隔绝板1207的数量也设置为两个，且以双向螺纹丝杆1205外壁旋向相反的两个螺纹结合处为对称轴对称设置，这样设置可以确保隔绝板1207在移动过程中，可以保持很好的稳定性；

释放机构12用于控制喷头6是否进行喷水灌溉，具体的实现方式如下：电机1203通过其输出轴将输出的旋转动能传递至齿轮传动箱1204，齿轮传动箱1204通过其内部的齿轮配合将接收的旋转动能传递至输出轴，由于齿轮传动箱1204的输出轴与双向螺纹丝杆1205的一端传动连接，进而可以控制双向螺纹丝杆1205进行旋转，进而可以控制滑块1206进行移动，从而带动隔绝板1207进行移动，进而可以控制支流管5内部的水是否进入喷头6，即控制喷头6是否进行喷水灌溉；

需要说明的是，齿轮传动箱1204通过其内部的齿轮配合将接收的旋转动能传递至输出轴，其内部齿轮的具体配合方式在此不做具体的限定，可根据实际需求进行选取，能够满足可以将电机1203输出的旋转动能传递至其输出轴即可；

本实施例中，中央处理器7的输出端分别与供水泵1的输入端、抽取泵8的输入端、水流分配阀9的输入端、流量调节阀10的输入端、压力调节阀11的输入端以及电机1203的输入端电性连接，水流量采集模块13的输出端和输入端、水压采集模块14的输出端和输入端、土壤湿度采集模块15的输出端和输入端分别与中央处理器7的输入端和输出端电性连接；

需要说明的是，电性连接是指通过电导材料或导电元件将电流从一个电子设备或电路的一个部分传输到另一个部分的过程，这种连接是电子设备和电路运行的关键组成部分，它确保了电子设备中电子流的有效传输和连接，电性连接可以采用导线进行连接，中央处理器7与供水泵1、抽取泵8、水流分配阀9、流量调节阀10、压力调节阀11、电机1203、水流量采集模块13、水压采集模块14以及土壤湿度采集模块15之间电性连接的方式不做具体的限定，可根据实际需求进行选取。

在现有的节水灌溉装置中，当输水管道4上依次设置了多个喷头6进行大面积灌溉时，距离总出水口最近的喷头6和距离最远的喷头6面临着水流压力和水流量不均匀的问题，这是因为水流在长距离管道中流动时会逐渐受到阻力影响，导致距离总出水口较远的喷头6所受到的水流压力较小，水流量也相应减少，这种不均匀的水流压力和水流量分布使得距离总出水口较远的喷头6无法获得足够的水量和压力，导致其喷水效果不理想，喷洒范围可能变窄或不均匀，甚至有些喷头6可能无法正常工作，这种问题可能导致灌溉不均匀，部分植物得不到足够的水源供应，影响植物生长和产量，同时，管道系统可能因为不均匀的水流压力分布而加速磨损，增加了维护和管理的成本和工作量。因此，为了确保若干个喷头6均可以进行均匀灌溉工作，防止有的喷头6喷水量过多和水压过大，以及防止有的喷头6喷水量过少和水压过小，出现不均匀灌溉的情况，也防止造成不必要的水资源浪费，需要实时调节喷头6的喷水量和水压，在节约水资源的基础上实现均匀灌溉。解决节水灌溉装置中喷头6水流压力和水流量不均匀的问题具有重要意义：首先，通过确保每个喷头6获得适量的水量和压力，可以实现植物根系周围土壤的均匀湿润，从而促进植物生长，提高产量，并优化植物健康，这种均匀的灌溉方式可以避免部分植物因缺水或过湿而产生的生长不良或疾病；其次，解决不均匀的水流压力和水流量分布可以降低灌溉系统的维护成本和工作量，均匀的水流分布可以减少管道系统的磨损，延长设备寿命，并降低能源消耗和水资源浪费；此外，实时调节喷头6的喷水量和水压可以根据不同植物的需求和环境条件进行灵活调整，提高灌溉效率，减少不必要的水资源使用，通过节约水资源和优化灌溉效果，可以实现生态环境的可持续发展和资源的合理利用，对于农业生产和生态保护都具有重要的意义。

本实施例中，水流量变化率是指T时间内不同时刻通过支流管5进入喷头6的实际水流量的变化程度，若是变化程度越大，水流量变化率就越大，意味着在输水管道4的支流管5中水流量在不同时刻间发生了较大的波动或变化，在灌溉系统中，这种水流量变化率大的情况会对喷头6的灌溉效果产生重要影响：首先，水流量变化率大可能导致灌溉不均匀的问题，如果某个喷头6在不同时间点接收到的水流量变化很大，那么它的喷水效果会因为水压或水量的波动而受到影响，可能导致喷洒范围的变化或水量不稳定，进而影响到植物的灌溉效果；其次，水流量变化率大会增加管道系统的压力波动和磨损，频繁的水流量变化会导致管道内部压力的波动，可能增加管道系统的磨损程度，降低管道的使用寿命，并增加维护和管理的成本；

水流量变化率的获取逻辑为：

S1、通过水流量采集模块13获取T时间内不同时刻通过支流管5进入喷头6的实际水流量，将T时间内不同时刻通过支流管5进入喷头6的实际水流量标定为，表示T时间内不同时刻通过支流管5进入喷头6的实际水流量的编号，，为正整数；

S2、计算水流量变化率，计算的表达式为：

式中，为水流量变化率。

本实施例中，水压偏差系数是指T时间内不同时刻通过支流管5进入喷头6的实际水压与预设水压之间的差异，若是差异越大，水压偏差系数就越大，意味着输水管道4中的水流压力在不同时刻间发生了较大的波动或偏差，这对节水灌溉系统中的喷头6灌溉效果和管道系统的稳定性都会产生重要影响：首先，水压偏差系数较大可能导致灌溉不均匀的问题，如果喷头6在不同时间点受到的水压差异很大，那么喷头6的喷水效果会因水压的波动而不稳定，可能导致喷洒范围的变化或水量的波动，影响到植物的灌溉效果；其次，水压偏差系数较大会增加管道系统的压力波动和磨损，频繁的水压波动会使管道系统承受更大的压力差，加速管道的磨损，降低系统的稳定性和寿命，增加维护和管理的成本；

水压偏差系数的获取逻辑为：

S1、通过水压采集模块14获取T时间内不同时刻通过支流管5进入喷头6的实际水压，将T时间内不同时刻通过支流管5进入喷头6的实际水压标定为，表示T时间内不同时刻通过支流管5进入喷头6的实际水压的编号，，为正整数；

S2、通过中央处理器7获取T时间内通过支流管5进入喷头6的预设水压，将T时间内通过支流管5进入喷头6的预设水压标定为；

需要说明的是，通过支流管5进入喷头6的预设水压可以通过系统的水力计算和管道设计来确定预设水压，根据灌溉系统的设计要求和管道特性，结合流体力学原理和水力学计算，计算出输送至每个喷头的预设水压值的方式进行获取，也可以通过其他方式进行获取，通过支流管5进入喷头6的预设水压的获取方式在此不做具体的阐述，可根据实际需求进行选取；

S3、计算水压偏差系数，计算的表达式为：

式中，为水压偏差系数。

本实施例中，土壤湿度变化系数是指T时间内不同时刻喷头6灌溉区域的实际土壤湿度的变化程度，若是变化程度越大，土壤湿度变化系数就越大，意味着灌溉系统在同一区域内的灌溉效果不稳定，土壤湿度会在较短时间内发生较大的变化，这种情况会导致灌溉不均匀，部分区域可能会过度灌溉或者出现干旱情况，影响植物的生长状况和产量，对于植物来说，持续的湿度波动可能会影响其根系的健康发育和水分吸收能力，从而影响植物的生长和发育，此外，土壤湿度波动大还会导致水资源的浪费，降低灌溉系统的效率；

土壤湿度变化系数的获取逻辑为：

S1、通过土壤湿度采集模块15获取T时间内不同时刻喷头6灌溉区域的实际土壤湿度，将T时间内不同时刻喷头6灌溉区域的实际土壤湿度标定为，表示T时间内不同时刻喷头6灌溉区域的实际土壤湿度的编号，，为正整数；

S2、计算土壤湿度变化系数，计算的表达式为：

式中，为土壤湿度变化系数

本实施例中，评估系数的表达公式为：

将、和进行无量纲化处理后，通过中央处理器7进行公式化分析，依据公式：

式中，为评估系数，、和分别为水流量变化率、水压偏差系数和土壤湿度变化系数的预设比例系数，且、和均大于0；

由计算的表达式可知，水流量变化率、水压偏差系数和土壤湿度变化系数均越大的情况下，评估系数就越大；

需要说明的是，无量纲化是一种将物理量表达为无量纲形式的过程，通过这种方式可以消除单位对物理问题的影响，使得问题更为简洁和通用；水流量变化率、水压偏差系数和土壤湿度变化系数的预设比例系数、和是为了在实际监测中更灵活地适应不同的工况和环境变化，这些偏差系数可以根据具体情况进行调整，以提高监测系统的性能和适用性。

本实施例中，将预先设定的评估系数参考阈值设定为，通过中央处理器7将计算出的评估系数和预先设定的评估系数参考阈值进行比对，判断出喷头6喷出的水是否可以进行均匀灌溉，并根据比对结果控制流量调节阀10、压力调节阀11和释放机构12的工作状态，具体判断如下：

当时，表明喷头6喷出的水可以进行均匀灌溉，此时会生成正常信号，中央处理器7接收正常信号后，生成保持信号和释放信号，将保持信号分别传输至流量调节阀10和压力调节阀11，流量调节阀10和压力调节阀11接收保持信号后，均进行保持工作，并将释放信号传输至电机1203，电机1203接收释放信号后，控制释放机构12进行释放工作；

保持工作是指：流量调节阀10和压力调节阀11接收保持信号后，均不改变当时的工作状态，即不改变通过支流管5进入喷头6的水流量和水压；

释放工作是指：电机1203接收释放信号后，通过其输出轴将输出的旋转动能传递至齿轮传动箱1204，齿轮传动箱1204通过其内部的齿轮配合将接收的旋转动能传递至输出轴，由于齿轮传动箱1204的输出轴与双向螺纹丝杆1205的一端传动连接，进而控制双向螺纹丝杆1205进行旋转，进而控制滑块1206进行移动，从而带动隔绝板1207进行移动，且移动至积水仓1201内部用于灌溉的水可以进入喷头6，即控制释放机构12进行释放工作；

当时，表明喷头6喷出的水不可以进行均匀灌溉，此时会生成异常信号，中央处理器7接收异常信号后，生成调整信号和关闭信号，将调整信号分别传输至流量调节阀10和压力调节阀11，流量调节阀10和压力调节阀11接收调整信号后，分别进行调整工作，并将关闭信号传输至电机1203，电机1203接收关闭信号后，控制释放机构12进行关闭工作；

调整工作是指：流量调节阀10和压力调节阀11接收调整信号后，调整通过支流管5进入喷头6的水流量和水压，并且调整至通过支流管5进入喷头6的水流量和水压能够满足若干个喷头6可以进行均匀灌溉的程度；

关闭工作是指：电机1203接收关闭信号后，通过其输出轴将输出的旋转动能传递至齿轮传动箱1204，齿轮传动箱1204通过其内部的齿轮配合将接收的旋转动能传递至输出轴，由于齿轮传动箱1204的输出轴与双向螺纹丝杆1205的一端传动连接，进而控制双向螺纹丝杆1205进行旋转，进而控制滑块1206进行移动，从而带动隔绝板1207进行移动，且移动至积水仓1201内部用于灌溉的水不可以进入喷头6，即控制释放机构12进行关闭工作。

需要说明的是，本发明在每条输水管道4外壁的若干个支流管5以及设置在支流管5底部的喷头6，那么当某个喷头6的评估系数大于预设的评估系数参考阈值时，流量调节阀10和压力调节阀11进行调整工作，释放机构12进行关闭工作，此时，水流量采集模块13、水压采集模块14和土壤湿度采集模块15会继续采集更新后的数据，生成新的水流量变化率、水压偏差系数和土壤湿度变化系数，并反馈给中央处理器7，随着这些数据的变化趋势变小，后续生成的评估系数也会变小，当评估系数小于或等于预设的评估系数参考阈值时，流量调节阀10和压力调节阀11会保持当前工作状态，而释放机构12会重新进行释放工作。因此，即使关闭一个喷头6，虽然会影响其他喷头6的水流量和水压，但中央处理器7会对每一个喷头6进行独立评估和动态调节，通过这种实时监测、数据反馈和动态调整的机制，每个喷头6的工作状态都能够独立评估和调节，确保即使关闭一个喷头6也不会对系统整体的灌溉效果造成负面影响，从而实现全系统的动态平衡和均匀灌溉。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的总系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个总系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种支持动态调节的智能节水灌溉装置，包括供水泵（1）、设置在供水泵（1）进水口的过滤网（2）、中转仓（3）、若干条输水管道（4）、均匀设置在输水管道（4）外壁的若干个支流管（5）以及设置在支流管（5）底部的喷头（6），其特征在于：所述中转仓（3）的一侧设置有中央处理器（7），所述中转仓（3）的出水口通过水管固定连接有抽取泵（8），所述抽取泵（8）的输出口通过水管固定连接有水流分配阀（9），所述支流管（5）的外壁设置有流量调节阀（10）、压力调节阀（11）和释放机构（12），所述流量调节阀（10）用于调整通过支流管（5）进入喷头（6）的水流量，所述压力调节阀（11）用于调整通过支流管（5）进入喷头（6）的水压，所述释放机构（12）用于控制喷头（6）是否进行喷水灌溉，所述释放机构（12）包括积水仓（1201）和隔绝板（1207）；

还包括：

水流量采集模块（13），设置在流量调节阀（10）和压力调节阀（11）之间的支流管（5）外壁，用于实时获取通过支流管（5）进入喷头（6）的实际水流量，并通过中央处理器（7）生成水流量变化率；

水压采集模块（14），设置在隔绝板（1207）的顶部，用于实时获取通过支流管（5）进入喷头（6）的实际水压，并通过中央处理器（7）生成水压偏差系数；

土壤湿度采集模块（15），设置在积水仓（1201）的底部，用于实时获取喷头（6）灌溉区域的实际土壤湿度，并通过中央处理器（7）生成土壤湿度变化系数；

通过中央处理器（7）对生成的水流量变化率、水压偏差系数和土壤湿度变化系数进行综合分析，生成评估系数，通过评估系数与预先设定的评估系数参考阈值进行比对，判断出喷头（6）喷出的水是否可以进行均匀灌溉，并根据比对结果控制流量调节阀（10）、压力调节阀（11）和释放机构（12）的工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种支持动态调节的智能节水灌溉装置，其特征在于：所述释放机构（12）还包括电机固定架（1202）、电机（1203）、齿轮传动箱（1204）、双向螺纹丝杆（1205）、滑块（1206）和防水轴承（1208），所述电机固定架（1202）的一侧与积水仓（1201）的一侧固定连接，所述电机固定架（1202）的顶部与电机（1203）的底部固定连接，所述电机（1203）的输出轴与齿轮传动箱（1204）的输入轴传动连接，所述齿轮传动箱（1204）的输出轴与双向螺纹丝杆（1205）的一端传动连接，所述双向螺纹丝杆（1205）的外壁与滑块（1206）的内侧壁传动连接，所述滑块（1206）的一侧与隔绝板（1207）的一侧固定连接，所述双向螺纹丝杆（1205）的外壁与防水轴承（1208）的内侧壁固定连接，所述双向螺纹丝杆（1205）的外壁通过防水轴承（1208）与积水仓（1201）的内侧壁活动连接。

3.根据权利要求2所述的一种支持动态调节的智能节水灌溉装置，其特征在于：所述中央处理器（7）的输出端分别与供水泵（1）的输入端、抽取泵（8）的输入端、水流分配阀（9）的输入端、流量调节阀（10）的输入端、压力调节阀（11）的输入端以及电机（1203）的输入端电性连接，所述水流量采集模块（13）的输出端和输入端、水压采集模块（14）的输出端和输入端、土壤湿度采集模块（15）的输出端和输入端分别与中央处理器（7）的输入端和输出端电性连接。

4.根据权利要求3所述的一种支持动态调节的智能节水灌溉装置，其特征在于，所述水流量变化率的获取逻辑为：

S1、通过水流量采集模块（13）获取T时间内不同时刻通过支流管（5）进入喷头（6）的实际水流量，将T时间内不同时刻通过支流管（5）进入喷头（6）的实际水流量标定为，表示T时间内不同时刻通过支流管（5）进入喷头（6）的实际水流量的编号，，为正整数；

S2、计算水流量变化率，计算的表达式为：

；

式中，为水流量变化率。

5.根据权利要求4所述的一种支持动态调节的智能节水灌溉装置，其特征在于，所述水压偏差系数的获取逻辑为：

S1、通过水压采集模块（14）获取T时间内不同时刻通过支流管（5）进入喷头（6）的实际水压，将T时间内不同时刻通过支流管（5）进入喷头（6）的实际水压标定为，表示T时间内不同时刻通过支流管（5）进入喷头（6）的实际水压的编号，，为正整数；

S2、通过中央处理器（7）获取T时间内通过支流管（5）进入喷头（6）的预设水压，将T时间内通过支流管（5）进入喷头（6）的预设水压标定为；

S3、计算水压偏差系数，计算的表达式为：

；

式中，为水压偏差系数。

6.根据权利要求5所述的一种支持动态调节的智能节水灌溉装置，其特征在于，所述土壤湿度变化系数的获取逻辑为：

S1、通过土壤湿度采集模块（15）获取T时间内不同时刻喷头（6）灌溉区域的实际土壤湿度，将T时间内不同时刻喷头（6）灌溉区域的实际土壤湿度标定为，表示T时间内不同时刻喷头（6）灌溉区域的实际土壤湿度的编号，，为正整数；

S2、计算土壤湿度变化系数，计算的表达式为：

；

式中，为土壤湿度变化系数。

7.根据权利要求6所述的一种支持动态调节的智能节水灌溉装置，其特征在于，所述评估系数的表达公式为：

通过中央处理器（7）进行公式化分析，依据公式：

；

式中，为评估系数，、和分别为水流量变化率、水压偏差系数和土壤湿度变化系数的预设比例系数，且、和均大于0。

8.根据权利要求7所述的一种支持动态调节的智能节水灌溉装置，其特征在于，将预先设定的评估系数参考阈值设定为，通过中央处理器（7）将计算出的评估系数和预先设定的评估系数参考阈值进行比对，判断出喷头（6）喷出的水是否可以进行均匀灌溉，并根据比对结果控制流量调节阀（10）、压力调节阀（11）和释放机构（12）的工作状态，具体判断如下：

当时，喷头（6）喷出的水可以进行均匀灌溉，生成正常信号，中央处理器（7）接收正常信号后，生成保持信号和释放信号，将保持信号分别传输至流量调节阀（10）和压力调节阀（11），流量调节阀（10）和压力调节阀（11）接收保持信号后，均进行保持工作，并将释放信号传输至电机（1203），电机（1203）接收释放信号后，控制释放机构（12）进行释放工作；

当时，喷头（6）喷出的水不可以进行均匀灌溉，生成异常信号，中央处理器（7）接收异常信号后，生成调整信号和关闭信号，将调整信号分别传输至流量调节阀（10）和压力调节阀（11），流量调节阀（10）和压力调节阀（11）接收调整信号后，分别进行调整工作，并将关闭信号传输至电机（1203），电机（1203）接收关闭信号后，控制释放机构（12）进行关闭工作。