CN219146370U - 一种灌溉设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种灌溉设备，属于灌溉技术领域，用以达到精准灌溉的目的，解决灌溉过程中所产生的浪费水资源的问题，所述设备包括：采集模块，用于采集目标灌溉范围内的环境信息；控制模块，所述控制模块与所述采集模块连接，用于控制执行模块的目标运动姿态；所述执行模块，与所述控制模块连接，用于根据所述目标运动姿态调整位置以执行灌溉操作。

Description

一种灌溉设备

技术领域

本申请属于灌溉技术领域，具体涉及一种灌溉设备。

背景技术

目前，主要有漫灌、喷灌、滴灌三种主流的灌溉方式。漫灌可以通过在田地挖沟渠或者通过在田间使用硬塑料管或铝管引水，但应用管道不能控制水的流量，容易造成浪费水资源的问题。喷灌是由管道将水送到位于田地中的喷头中喷出，其中，喷头的高度和喷头的压力都是固定的，不容易均匀地浇灌整个灌溉面积。滴灌可以将水一滴一滴地、均匀而又缓慢地滴入土壤中的灌溉形式，但是如果滴灌的时间太长，根系下面可能发生浸透现象。

因此，上述三种灌溉方式均会因无法自动控制灌溉操作而产生浪费水资源的问题，并且无法达到精准灌溉的目的。

实用新型内容

本申请实施例的目的是提供一种灌溉设备，能够进行精准控制灌溉，解决灌溉过程中所产生的浪费水资源的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种灌溉设备，包括：采集模块，用于采集目标灌溉范围内的环境信息；控制模块，所述控制模块与所述采集模块连接，用于控制执行模块的目标运动姿态；所述执行模块，与所述控制模块连接，用于根据所述目标运动姿态调整位置以执行灌溉操作。

在本申请实施例中，通过采集模块，用于采集目标灌溉范围内的环境信息；控制模块，所述控制模块与所述采集模块连接，用于控制执行模块的目标运动姿态；所述执行模块，与所述控制模块连接，用于根据所述目标运动姿态调整位置以执行灌溉操作，能够进行精准控制灌溉，并解决灌溉过程中所产生的浪费水资源的问题。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种灌溉设备的结构示意图；

图2a是本申请实施例提供的另一种灌溉设备的结构示意图；

图2b是本申请实施例提供的又一种灌溉设备的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的再一种灌溉设备的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种灌溉方法的示意性流程图；

图5是本申请实施例提供的另一种灌溉方法的示意性流程图；

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的一种灌溉设备进行详细地说明。

图1为本发明实施例提供的一种灌溉设备的结构示意图。所述灌溉设备包括：采集模块110、控制模块120、执行模块130。

如图1所示，采集模块110，用于采集目标灌溉范围内的环境信息；控制模块120，所述控制模块120与所述采集模块110连接，用于控制执行模块130的目标运动姿态；所述执行模块130，与所述控制模块120连接，用于根据所述目标运动姿态调整位置以执行灌溉操作。

可选的，目标运动姿态可以是根据目标灌溉范围内的环境信息确定的，相关现有计算方式可以实现基于环境信息确定目标运动姿态，例如，采集到目标灌溉范围内的湿度大，则可以控制目标运动姿态，将执行模块130移出灌溉范围，采集到目标灌溉范围内某一位置的湿度小，则可以控制目标运动姿态，将执行模块130移动到该位置，以尽快提高该位置的湿度等，本申请实施例具体确定方法不作限定。

其中，执行模块130可以向任意方向和角度进行弯曲，进行灌溉操作。

采集模块110可以通过无线通信模块和串口连接等方式与控制模块120进行通信连接。

采集模块120可以是土壤湿度传感器、风速传感器、光照传感器和风向传感器等用于采集环境信息的传感器中的至少一种。

在一种实现方式中，远程监控平台对采集模块120采集的环境信息进行分析，在该环境信息符合预设环境信息的情况下，正常记录该环境信息，在该环境信息不符合预设环境信息的情况下，向用户推送报警信号，并指示灌溉设备停止灌溉操作。

在一种实现方式中，灌溉设备还包括供电模块、固定底板150、支架140、水泵、水箱。如图1所示，控制模块120通过固定底板150与执行模块相连接，支架140与固定底板150连接，用于固定灌溉设备的位置，该灌溉设备可以根据需求更换位置。其中，供电模块由蓄电池供电，太阳能发电，风能发电可以作为辅助能源在适宜工况下接入使用。

本发明实施例提供的一种灌溉设备，通过采集模块，用于采集目标灌溉范围内的环境信息；控制模块，所述控制模块与所述采集模块连接，用于控制执行模块的目标运动姿态；所述执行模块，与所述控制模块连接，用于根据所述目标运动姿态调整位置以执行灌溉操作，能够进行精准灌溉，并解决灌溉过程中所产生的浪费水资源的问题。

图2a和2b为本发明实施例提供的一种灌溉设备的结构示意图。所述灌溉设备包括：采集模块110、控制模块120、执行模块130、输送部件212、刚性环211、填充部213、比例阀215。

输送部件212，所述输送部件为空心结构，用于在执行所述灌溉操作时输送液体；刚性环211，所述刚性环套在所述输送部件212外侧；填充部213，所述填充部213穿过所述刚性环211与所述输送部件212连接，所述填充部213处于填充状态时缩短，拉动所述输送部件212发生形变以改变运动姿态；比例阀215，所述比例阀215设置在所述输送部件212的多个弯曲节点，所述比例阀215根据所述目标运动姿态控制所述填充部213的填充比例。

喷头214，所述喷头214设置在所述输送部件212的末端，在执行所述灌溉操作时将所述输送部件212输送的液体喷洒到所述灌溉范围内；固定基座210，所述固定基座210设置在所述输送部件顶端，用于固定所述执行模块130的位置；其中，所述执行模块130与水泵连接，所述水泵与水箱连接，其中，所述水泵用于将所述水箱中的水输送到所述输送部件212和所述填充部213中，为所述填充部213提供动力，拉动所述输送部件212改变运动姿态。

如图2a所示，执行模块130主要包括固定基座210、刚性环211、输送部件212、填充部213和喷头214，其中，输送部件212为可以任意弯曲且具有一定弹性的弹性支柱，该弹性支柱可以实现任意方向的弯曲，同时弹性支柱为空心结构(液体通道)，从而使得液体可以从输送部件212中间通过并且输送给灌溉目标。输送部件212外套有刚性环211，同时有至少一个填充部213穿过所述刚性环211。其中，填充部213充气后可以缩短，从而拉动弹性支柱实现其弯曲。如图2b所示，输送部件212的每个弯曲节点都设置一个比例阀215控制该输送部件212的弯曲方向和角度，通过控制模块120控制比例阀215改变填充部213的填充比例，可以实现执行模块130任意方向的弯曲，从而实现执行模块130的喷头214精确到达灌溉目标旁进行浇灌操作。

其中，填充部213可以为气动肌肉，例如Mckibben气动肌肉和Yarlott气动肌肉。

需要说明的是，控制模块120包括上位机和下位机。上位机用于进行图像识别和数据传输，下位机与上位机连接，用于获取采集模块110上传的环境信息，并根据由所述环境信息确定的目标运动姿态控制执行模块130的运动姿态和灌溉流量。例如，如图3所示，下位机采用STM32最小系统，搭载STM32F103芯片，提供21路ADC通道，可以用于控制比例阀215通过A/D模块进行模数信号转换，还可以用于调节水泵供压从而调节执行模块130的姿态以及浇灌的流量。同时，下位机可以获取采集模块110的采集到的环境信息，并根据由所述环境信息确定的目标运动姿态调节流体驱动力大小。上位机连接外部摄像设备，通过无线连接传输图像信息，同时接收下位机传入的数据，将图像信息、姿态信息进行同步显示。上位机模块选用Raspberry Pi 3B+芯片，用于图像传输和数据显示。继电器选用施耐德电气的RPM12BD继电器，采用DC24V供电，触电电流15A，可用于水泵的开闭。

在一种实现方式中，采集模块110还包括姿态传感器，该姿态传感器可以由拉线传感器和陀螺仪组成，用于采集执行模块130的当前运动姿态，比例阀215用于根据目标运动姿态和当前运动姿态，控制所述填充部213的填充比例，以使执行模块130由当前运动姿态调整到目标运动姿态。例如，姿态传感器采集到执行模块130的当前运动姿态为第一位置，而目标运动姿态为第二位置，控制模块120控制比例阀215将填充部213的填充比例调整到与第二位置对应的填充比例，填充部213根据填充比例膨胀后收缩到长度，以拉动执行模块130由第一位置调整到第二位置。

在一种实现方式中，采集模块110包括以下至少一种：第一信息采集部件，例如陀螺仪或其他位置传感器，所述第一信息采集部件与所述输送部件212连接，用于监测所述输送部件212的所述当前运动姿态；第二信息采集部件，例如湿度计，所述第二信息采集部件置于靠近所述输送部件212的喷头214的一侧，用于监测所述目标灌溉范围内的土壤湿度；视觉部件216，例如摄像头，所述视觉部件216连接在所述填充部213末端接近喷头214的一侧，用于采集所述灌溉范围内的图像信息，并将所述图像信息传送给所述控制模块120，以确定灌溉目标；第三信息采集部件，例如距离传感器，所述第三信息采集部件设置在靠近所述输送部件212的喷头214的一侧，用于监测所述喷头214与所述灌溉目标之间的距离信息，并将所述距离信息传送给所述控制模块120，以根据所述距离信息调整所述输送部件212的运动姿态。

其中，第一信息采集部件可以是姿态传感器，第二信息采集部件可以是土壤湿度传感器，第三信息采集部件可以是超声波传感器，视觉部件216为外部摄像设备。视觉部件216将采集到的图像信息上传至控制模块120，控制模块120根据该图像中灌溉目标的位置信息，调整执行模块130的运动姿态，进行精准浇灌。

可选的，在控制模块120根据视觉部件216上传的图像信息无法确定灌溉目标的位置的情况下，控制模块120可以根据第三信息采集部件确定喷头214与灌溉目标之间的距离信息，并根据该距离信息控制执行模块130的运动姿态，进行精准浇灌。例如，第三信息采集部件为超声波传感器在沙尘或大雾天气，外部摄像设备无法清晰的拍摄到目标灌溉范围内的环境信息，控制模块也无法通过外部摄像设备拍摄到的图像信息分析得到灌溉目标的位置信息，在这种情况下，可以通过超声波传感器定位灌溉目标和喷头之间的距离信息，进而确定灌溉目标的位置信息。

本发明实施例提供的一种灌溉设备，通过采集模块，用于采集目标灌溉范围内的环境信息；控制模块，所述控制模块与所述采集模块连接，用于控制执行模块的目标运动姿态；所述执行模块，与所述控制模块连接，用于根据所述目标运动姿态调整位置以执行灌溉操作，能够进行精准灌溉，并解决灌溉过程中所产生的浪费水资源的问题。

本发明实施例提供的一种灌溉设备，通过输送部件，所述输送部件为空心结构，用于在执行所述灌溉操作时输送液体；刚性环，所述刚性环套在所述输送部件外侧；填充部，所述填充部穿过所述刚性环与所述输送部件连接，所述填充部处于填充状态时缩短，拉动所述输送部件发生形变以改变运动姿态；比例阀，所述比例阀设置在所述输送部件的多个弯曲节点，所述比例阀根据所述目标运动姿态控制所述填充部的填充比例，使喷头能够准确、灵活的到达目标灌溉范围内，达到精准灌溉的目的。

本发明实施例提供的一种灌溉设备，通过第一信息采集部件，所述第一信息采集部件与所述输送部件连接，用于监测所述输送部件的所述当前运动姿态；第二信息采集部件，所述第二信息采集部件置于靠近所述输送部件的喷头的一侧，用于监测所述目标灌溉范围内的土壤湿度；视觉部件，所述视觉部件连接在所述填充部末端接近喷头的一侧，用于采集所述灌溉范围内的图像信息，并将所述图像信息传送给所述控制模块，以确定灌溉目标；第三信息采集部件，所述第三信息采集部件设置在靠近所述输送部件的喷头的一侧，用于监测所述喷头与所述灌溉目标之间的距离信息，并将所述距离信息传送给所述控制模块，以根据所述距离信息调整所述输送部件的运动姿态，不仅采集了目标灌溉范围内的环境信息，同时监测了灌溉设备的当前运动姿态，为灌溉设备确定目标运动姿态提供了数据支持。

本申请对于灌溉方法不进行限定，但通过以下实施例介绍可以使用本方案所述的灌溉设备的一种灌溉方法，作为示例。图4示出本申请实施例提供的一种灌溉方法的流程示意图。如图4所示，该灌溉方法可以包括以下步骤。

S401：采集目标灌溉范围内的环境信息。

其中，所述环境信息包括土壤湿度、环境温度、光照强度、风速、风向等信息中的至少一个。

具体的，采集模块对环境信息进行采集，并将采集到的信息上传至控制模块。例如，采集模块包括土壤湿度传感器，该土壤湿度传感器将采集到的土壤湿度上传至控制模块，由控制模块对该土壤湿度进行分析处理，并将该土壤湿度上传至远程监控平台进行保存。

S402：根据所述环境信息确定执行模块的目标运动姿态。

具体的，控制模块对环境信息进行分析，得到灌溉目标的位置信息，控制模块根据灌溉目标的位置信息调整执行模块的运动姿态。例如，控制模块对土壤湿度进行分析，得到第一位置的土壤湿度大于预设土壤湿度，第二位置的土壤湿度小于预设土壤湿度，则将第二位置设定为灌溉目标的位置信息，控制模块调整执行模块的运动姿态，对第二位置上的灌溉目标进行浇灌。

S403：根据所述目标运动姿态调整所述执行模块的位置，以执行灌溉操作。

具体的，控制模块根据目标运动姿态，将比例阀调整到与目标运动姿态对应的位置，一方面可以控制通过水泵输送到执行模块中的液体流量，另以方面可以控制冲入填充部的液体流量，即控制填充部的填充比例。当填充部中冲入液体时，填充部膨胀收缩，拉动输送部件产生形变，由此将执行模块调整到目标运动姿态。

本发明实施例提供的一种灌溉方法，通过采集目标灌溉范围内的环境信息；根据所述环境信息确定执行模块的目标运动姿态；根据所述目标运动姿态调整所述执行模块的位置，以执行灌溉操作，能够进行精准灌溉，并解决灌溉过程中所产生的浪费水资源的问题。

图5示出本申请实施例提供的一种灌溉方法的流程示意图。如图5所示，该灌溉方法可以包括以下步骤。

S501：采集目标灌溉范围内的环境信息。

本步骤可以采用图1实施例步骤S102的描述，对于重复部分在此不再赘述。

在一种实现方式中，所述采集目标灌溉范围内的环境信息至少包括以下一种：监测所述目标灌溉范围内的土壤湿度；采集所述灌溉范围内的图像信息；监测所述灌溉设备的喷头与所述灌溉目标之间的距离信息。

其中，所述灌溉范围内的图像信息为视觉部件在灌溉范围内拍摄到的图像信息，例如，视觉部件拍摄到的田地中的农物和花园中的植物等图像信息。

S502：根据所述环境信息确定执行模块的目标运动姿态。

本步骤可以采用图1实施例步骤S102的描述，对于重复部分在此不再赘述。

在一种实现方式中，根据所述环境信息确定执行模块的目标运动姿态包括：通过所述图像信息确定所述灌溉目标；根据所述土壤湿度、所述灌溉目标和所述距离信息中的至少一种，确定所述执行模块的目标运动姿态。

具体的，通过图像信息确定灌溉目标的位置信息，视觉部件对灌溉范围内的环境信息进行扫描拍摄，得到最大行程内深度图像信息和RGB信息。如图3所示，视觉部件与控制模块的上位机相连，视觉部件将上述深度图像信息和RGB信息上传至上位机进行识别检验，通过聚类算法对绿色植物区域进行聚类，滤除噪音，取得每株植物中心位置坐标作为灌溉目标的位置信息。对于相互遮盖的植物构成的超过预设长度的一排植物，设定每隔一定间距作为一棵植物的位置坐标处理。

可选的，由于外部拍摄设备的像素等限制和雾气、灰尘等的影响，在执行模块的喷头一侧，增设工作稳定价格低廉的超声波传感器，通过超声波传感器获取执行模块的喷头与灌溉目标的实时距离信息，仅作为深度图像信息失效时的保险设施，当探测到的物体距离超过一定阈值时，控制模块指示执行模块当前灌溉操作，重新进行当前区域内图像信息的采集和路径的规划。

S503：监测所述输送部件的当前运动姿态；根据所述目标运动姿态和所述当前运动姿态，控制所述填充部的填充比例，以使所述执行模块由所述当前运动姿态调整到所述目标运动姿态。

具体的，采集模块包括姿态传感器，通过姿态传感器监测输送部件的当前运动姿态，如图3所示，控制模块的下位机通过A/D转换模块采集姿态传感器采集到的运动姿态信息，并将该运动姿态信息转换为数字信号，以便于控制模块的分析和处理，得到目标运动姿态。控制模块根据目标运动姿态，控制比例阀调整填充部的填充比例，使得该填充比例达到与目标运动姿态对应的比例值，此时，填充部膨胀收缩，拉动执行模块从当前运动姿态调整到所述目标运动姿态。

在一种实现方式中，在确定目标运动姿态之后，填充部中的液体流失到输送部件中，填充部处于自然状态，执行模块回到原点。在执行模块回到原点后，控制模块控制比例阀调整通过水泵输送到填充部的液体体积，填充部膨胀收缩，拉动执行模块从原点位置调整到所述目标运动姿态。

S504：将液体输送至所述执行模块的填充部；根据所述目标运动姿态控制所述填充部的填充比例；根据所述填充比例，将所述执行模块的输送部件调整到对应的所述目标运动姿态，进行灌溉操作。

具体的，水泵与水箱连接，通过水泵将水箱中的水输送到执行模块的输送部件和填充部中。如图2b所示，执行模块的每个弯曲节点都设置了比例阀，当液体通过输送通道时，可通过比例阀控制液体的流量大小，因此可以控制输送至填充部的液体体积，即控制填充部的填充比例，当填充部的填充比例达到与目标运动姿态对应的填充比例时，执行模块的输送部件由填充部牵引，调整到对应的目标运动姿态，进行灌溉操作。

本发明实施例提供的一种灌溉方法，通过将液体输送至所述执行模块的填充部；根据所述目标运动姿态控制所述填充部的填充比例；根据所述填充比例，将所述执行模块的输送部件调整到对应的所述目标运动姿态，进行灌溉操作，确定了灌溉设备的目标运动姿态，有利于进行精准灌溉，节省水资源。

本发明实施例提供的一种灌溉方法，通过监测所述输送部件的当前运动姿态；根据所述目标运动姿态和所述当前运动姿态，控制所述填充部的填充比例，以使所述执行模块由所述当前运动姿态调整到所述目标运动姿态，能够准确、灵活的调整执行模块的运动姿态，达到精准灌溉的目的。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (5)

1.一种灌溉设备，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集目标灌溉范围内的环境信息；

控制模块，所述控制模块与所述采集模块连接，用于控制执行模块的目标运动姿态；

所述执行模块，与所述控制模块连接，用于根据所述目标运动姿态调整位置以执行灌溉操作。

2.根据权利要求1所述的灌溉设备，其特征在于，所述执行模块包括：

输送部件，所述输送部件为空心结构，用于在执行所述灌溉操作时输送液体；

刚性环，所述刚性环套在所述输送部件外侧；

填充部，所述填充部穿过所述刚性环与所述输送部件连接，所述填充部处于填充状态时缩短，拉动所述输送部件发生形变以改变运动姿态；

比例阀，所述比例阀设置在所述输送部件的多个弯曲节点，所述比例阀根据所述目标运动姿态控制所述填充部的填充比例。

3.根据权利要求2所述的灌溉设备，其特征在于，所述采集模块还用于采集所述执行模块的当前运动姿态；

所述比例阀用于根据所述目标运动姿态和所述当前运动姿态，控制所述填充部的填充比例，以使所述执行模块由所述当前运动姿态调整到所述目标运动姿态。

4.根据权利要求3所述的灌溉设备，其特征在于，所述采集模块包括以下至少一种：

第一信息采集部件，所述第一信息采集部件与所述输送部件连接，用于监测所述输送部件的所述当前运动姿态；

第二信息采集部件，所述第二信息采集部件置于靠近所述输送部件的喷头的一侧，用于监测所述目标灌溉范围内的土壤湿度；

视觉部件，所述视觉部件连接在所述填充部末端接近喷头的一侧，用于采集所述灌溉范围内的图像信息，并将所述图像信息传送给所述控制模块，以确定灌溉目标；

第三信息采集部件，所述第三信息采集部件设置在靠近所述输送部件的喷头的一侧，用于监测所述喷头与所述灌溉目标之间的距离信息。

5.根据权利要求2所述的灌溉设备，其特征在于，所述执行模块包括：

喷头，所述喷头设置在所述输送部件的末端，在执行所述灌溉操作时将所述输送部件输送的液体喷洒到所述灌溉范围内；

固定基座，所述固定基座设置在所述输送部件顶端，用于固定所述执行模块的位置；

其中，所述执行模块与水泵连接，所述水泵与水箱连接，其中，所述水泵用于将所述水箱中的水输送到所述输送部件和所述填充部中，为所述填充部提供动力，拉动所述输送部件改变运动姿态。

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