CN1772391A - 人工模拟降雨喷射装置 - Google Patents

Abstract

一种人工模拟降雨喷射装置，该装置的喷头(2)通过上水软管(3)与三通电磁阀(4)的C口连接，三通电磁阀(4)的A口连接供水主管，B口连接回水主管；光电开关(6)固定在光电开关支架上，反光贴片(8)固定在往复摆动的喷头上；三通电磁阀(4)和光电开关(6)与测控系统电路连接。所述的光电开关6固定在光电开关支架上的位置原则是，当喷头摆动到进入非降雨区时，喷头的中心距光电开关的水平直线距离为光电开关的感应距离。该装置不仅使喷头的喷水受控，在降雨区域喷水，在非降雨区域不喷水，节约了水资源，并省去了水槽及其附属件，使得降雨装置整体重量减小，为野外的人工模拟降雨试验提供了方便。

Description

人工模拟降雨喷射装置

技术领域

本发明涉及一种人工模拟天然降雨装置，是一种适用于室内和野外两用的降雨模拟装置。

背景技术

目前国内外基本采用人工模拟降雨装置模拟天然降雨，在这一研究领域，前苏联、美国、日本、加拿大等国家研究比较早，他们早在20世纪中叶就开始研制模拟降雨机，并广泛应用于各类涉及到自然降雨的科研试验中。中国在20世纪60年代开始相继研制出不同性能的人工模拟降雨装置，并应用于科学研究的试验中。

进入21世纪，科研人员又研制出了各种新型人工模拟降雨实验装置。例如：2005年第四期《实验技术与管理》上，所公开的“一种新型人工模拟降雨装置的研制”，这是一种多喷头、槽式间歇降雨装置，该装置通过控制喷头的摆动频率、输水管道流量、供水压力、及喷头开关，实现了不同雨强、不同分布、不同历时的人工模拟降雨过程。申请号为2004200099956.X的“一种用于人工模拟降雨装置的喷头摆动机构”，详细介绍了这种降雨装置的喷头摆动方式。但是这种人工模拟降雨装置的喷头一直处于喷射状态，不受控制，不利于水资源的节约，另外由于水槽及其附属件存在，其整体重量也增加了，不利于野外试验的安装。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的降雨装置的喷头喷水不受控。

本发明的技术方案：

该人工模拟降雨喷射装置，它包括：喷头及其供水管路，喷头通过上水软管与三通电磁阀的一个接口连接，三通电磁阀的另外两个接口分别连接供水主管和回水主管；光电开关固定在光电开关支架上，反光贴片固定在往复摆动的喷头上；三通电磁阀和光电开关与测控系统电路连接。

所述的光电开关固定在光电开关支架上的位置原则是，当喷头摆动到进入非降雨区时，喷头的中心距光电开关的水平直线距离为光电开关的感应距离。

本发明具有的有益效果：能够使喷头的喷水受控，在降雨区域喷水，在非降雨区域不喷水，节约了水资源，并省去了水槽及其附属件，使得降雨装置整体重量减小，解决了现有的装置整体重量不利于野外试验的问题，为野外的人工模拟降雨试验提供了方便。

附图说明

图1人工模拟降雨喷射装置装配示意图。

图2喷头摆动示意图。

图3三通电磁阀不通电时工作示意图。

图4三通电磁阀通电时工作示意图。

图5测控系统工作原理图。

图6控制程序流程图。

图7测控系统电路图。

图中：横向支架1、喷头2、上水软管3、三通电磁阀4、光电开关支架5、光电开关6、主支架7、反光贴片8。

具体实施方式

结合附图对本喷射装置作进一步的说明。

图1为人工模拟降雨喷射装置装配示意图，该装置包括：横向支架1、喷头2、上水软管3、三通电磁阀4、光电开关支架5、光电开关6、主支架7、反光贴片8。

喷头2通过上水软管3与三通电磁阀4的C口连接，三通电磁阀4的A口连接供水主管，B口连接回水主管：光电开关6固定在光电开关支架上，反光贴片8固定在往复摆动的喷头上；三通电磁阀4和光电开关6与测控系统电路连接。

结合图7，测控系统电路：光电开关通过光电开关插口J1接入测控系统电路，光电开关的1口接外部电源VCC5.0(OUT)，3口接地，2口通过一个电阻R20接信号隔离芯片U3的2口，U3的1口接外部电源VCC5.0(OUT)，3口接内部电源VCC(3.3伏)，光电开关的输入信号通过隔离后由U3的4口的接入U1的96口(VD1)。U1的9口、47口、125口接内部电源VCC(3.3伏)；21口、34口、62口、109口、138口接内部电源VDDCPU(2.5伏)；10口、22口、35口、48口、63口、73口、74口、90口、110口、126口、139口、152口接内部地；U1的64口、65口接10MHz的晶振；U1的87口、88口接32.768kHz的晶振；在内部电源VCC(3.3伏)和地之间并联C41-45共五个10μF的去耦电容；在内部电源VDDCPU(2.5伏)和地之间并联C49-53共四个0.1uF的去耦电容。经U1处理后，输出的控制信号通过U1的97口(VD2)，经电阻R22接入信号隔离芯片U2的2口，U2的1口接内部电源VCC(3.3伏)，3口接外部电源VCC5.0(OUT)，输出信号通过隔离后通过U2的4口接入驱动芯片U4的8口，经电阻R22再通过U4的12口接入D1的2口，D1的1口接外部电源VCC24(OUT)，D1的4口接外部地。输出信号最终通过D1的3口接入电磁阀插口J2，J2的1口连接并控制电磁阀，J2的2口接外部地。其中，U3与U2同为型号TLP521-2的芯片，U1为型号S3C44B0X的芯片，U4为型号74LS244的芯片，D1为固态继电器。

控制程序结合图6，首先将VD1口设置成输入口、VD2口设置成输出口，完成对VD1和VD2口进行初始化，VD1和VD2为控制芯片的普通输入输出口，然后读取VD1口值，看是否检测到光电开关的信号，如果能检测到信号，VD2口就输出打开电磁阀的信号，否则就输出关闭电磁阀的信号。程序容易由C语言实现，经编译后固化在控制器中。

光电开关6固定在光电开关支架上的位置原则是，当喷头摆动到进入非降雨区时，喷头的中心距光电开关的水平直线距离为光电开关的感应距离。

当喷射装置喷头的设计摆动角度为70度时，其中中间50度所覆盖区域为降雨区，两边各有10度所覆盖区域为非降雨区，当喷头摆动经过一个10度的非降雨区时，喷头的运动轨迹为一个圆弧，因喷头的中心距喷头摆动的圆心为43mm，经过计算得其水平直线距离为10mm，因此选用感应距离为10mm的光电开关来检测喷头的位置，本装置选用SC3015-KP2型，感应距离10mm，NPN或PNP可选，NO/NC共用。反光贴片8与光电开关配套使用，固定在往复摆动的喷头上。

三通电磁阀具有三个管路接口，阀内有两个阀座，通常情况下一个常开，另一个常闭。本装置选择M00U-STK系列的三通电磁阀，额定电压24V，额定电流0.33A，工作压力0～0.7MPa。如图3及图4所示，三通电磁阀三个接口A、B和C，结合图1所示，其中A口连接供水主管，C口通过上水软管4连接喷头，B口连接回水主管。当电磁阀通电时，水流从A口进从C口出；当电磁阀不通电时，水流从A口进从B口出。

如图5及图7所示为本装置测控系统电路工作原理，光电开关作为位置传感器将感受到的信号经过信号隔离输入给控制芯片，光电开关及信号隔离芯片为电路的输入部分；控制芯片接受信号后，控制芯片按照控制程序产生控制信号，并经信号隔离芯片及驱动芯片控制固态继电器的通、断，从而实现了对三通电磁阀的控制，信号隔离芯片、驱动芯片、固态继电器及三通电磁阀为电路的输出部分。图7中，输入及输出部分分别在虚线框内，中间的为控制芯片及其相关的晶振和电源。

综合上述，喷射装置的具体工作过程是，喷头在摆动机构的带动下在往复摆动，当喷头在摆动中处于降雨区时，光电开关6没有检测到信号，控制电路控制三通电磁阀4的水流从A口进从C口出，由水泵供给的水通过供水主管及其所连接的供水软管3供给喷头2，由喷头2形成降雨。当喷头摆动中进入非降雨区时，光电开关6发射的光被贴在喷头上的反光贴纸反射回来，被光电开关接收到并产生信号，该信号经信号隔离芯片后传给控制芯片，控制芯片按照控制程序产生控制信号，并经信号隔离芯片及驱动芯片控制固态继电器开通，从而控制三通电磁阀的水流从A口进从B口出，这样所有供给喷头的水由回水主管流回供水箱，喷头停止降雨。由于该降雨装置多个喷头联动，所以将光电开关安装在一个喷头附近，即可通过对于一个喷头的检测来同时控制多个喷头的降雨。

Claims (2)

1.一种人工模拟降雨喷射装置，它包括：喷头及其供水管路，其特征在于，喷头(2)通过上水软管(3)与三通电磁阀(4)的C口连接，三通电磁阀(4)的A口连接供水主管，B口连接回水主管；光电开关(6)固定在光电开关支架上，反光贴片(8)固定在往复摆动的喷头上；三通电磁阀(4)和光电开关(6)与测控系统电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种人工模拟降雨喷射装置，其特征在于，光电开关(6)固定在光电开关支架上的位置原则是，当喷头摆动到进入非降雨区时，喷头的中心距光电开关的水平直线距离为光电开关的感应距离。

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