適用於不規則區域的節水灌溉裝置及灌溉方法
2023-12-04 14:52:46 2
適用於不規則區域的節水灌溉裝置及灌溉方法
【專利摘要】本發明提出了一種適合不規則區域的節水灌溉裝置及灌溉方法，通過合理配置噴頭的位置，實時控制噴頭的仰角大小，從而噴灑出不同的噴灌形狀，實現一定區域內無縫隙全面覆蓋。本發明解決了居民小區、農業及園林景觀中由於植物分布形狀不規則而導致灌溉受限的問題，提高了灌溉效率，降低了灌溉成本，對於加快我國農業及園林灌溉技術的發展，提高我國灌溉技術的現代化、智能化水平具有重要的意義。
【專利說明】適用於不規則區域的節水灌溉裝置及灌溉方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於農業機械領域，具體灌溉裝置，尤其是涉及一種適用於不規則形狀灌溉區的灌溉裝置及灌溉方法。
【背景技術】
[0002]我國農業灌溉用水量大，灌溉效率低下和用水浪費的問題普遍存在。由於園林造型多樣化，由此引起噴灌區域的形狀多變，從而對灌溉裝置提出了以下幾點要求:(I)噴灌灌水器的射程必須多變而且可調節，避免噴灑在路上，儘量不影響遊人興致，以適應園林植物配水的要求；(2)要求在同一區域的園林植物都需要在噴頭覆蓋範圍內。然而，由於目前噴頭噴水覆蓋的面積為扇形，當噴灌區域是方形、多邊形或則其他複雜形狀時，即使合理配置噴頭的位置和射程，仍然不能較好的解決噴灌覆蓋面積的問題。
【發明內容】
[0003]針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種適用於不規則形狀灌溉區的灌溉裝置及灌溉方法。
[0004]本發明的技術方案是:
[0005]適用於不規則區域的節水灌溉裝置，包括控制裝置和灌溉裝置，所述灌溉裝置包括噴灑裝置和微控制盒，所述控制裝置通過串行通訊線與微控制盒相連，所述微控制盒通過電源線與噴灑裝置相連。 所述噴灑裝置為旋轉噴灑裝置，所述旋轉噴灑裝置包括支架以及設置在支架上的噴頭和旋轉擺動機構。所述支架包括由上到下依次排布的第一固定板、第二固定板和第三固定板，所述第一固定板、第二固定板和第三固定板通過加強板固定相連。所述旋轉擺動機構包括舵機、步進電機、主軸、環形撥叉、直線連叉和聯擺平臺。
[0006]所述噴頭設置在聯擺平臺上。所述舵機通過舵機支架設置在第三固定板上，所述舵機的側面設置有舵盤，所述舵盤通過連杆與設置在第一固定板上的支臂相連，所述支臂通過軸承套與主軸活動相連。所述連杆的一端設有球頭，所述球頭與舵盤通過螺栓連接；所述連杆的另一端為撥叉結構，所述撥叉結構與支臂一端的球頭活動相連。所述支臂的另一端為軸承套，軸承套中間留有通孔，通孔直徑稍微大於軸承的外徑，軸承套通過軸承套在主軸上。所述卡環安裝在軸承的下端面，用於對軸承套進行固定和限制。所述步進電機通過電機支架設置在第二固定板上，所述步進電機通過聯軸器與主軸相連。所述主軸與步進電機的轉軸平行放置並處於一條直線上，主軸的一端和軸套連接器的垂直通孔連接，主軸的另一端通過聯軸器和步進電機的轉軸連接。所述橫軸的直徑稍小於軸套連接器的水平通孔的直徑，以便橫軸可以插入軸套連接器的水平通孔中。橫軸的兩端分別設置銷孔，以確保聯擺平臺插入橫軸中並不被甩出。橫軸的垂直方向上的中間位置處設置有垂直通孔，垂直通孔的直徑稍微大於主軸的直徑，以便主軸從橫軸的垂直通孔位置插入。
[0007]所述舵機支架通過螺栓結構和步進電機支架連接，舵機的轉軸上套有舵盤，舵機的接線口通過電線與微控制盒內的舵機驅動器連接。所述舵盤的盤面上間隔均勻的留有內螺紋孔，方便與連杆上的球頭結構連接。所述步進電機通過螺栓固定在步進電機支架上，步進電機支架還通過螺栓與第一固定板的下端面連接，步進電機的接線口通過電線與微控制盒內的步進電機驅動器連接。通過步進電機的轉軸旋轉進而通過聯軸器帶動主軸旋轉，從而帶動旋轉擺動機構旋轉。
[0008]所述環形撥叉的底端設置在主軸上軸承套的上側，所述環形撥叉的頂端與直線連叉底端的第二支臂轉動相連；所述直線連叉的頂端為第一支臂，第一支臂通過螺栓與聯擺平臺背離噴頭的一側固定相連。第二支臂為雙臂叉形結構。所述環形撥叉為封閉環形結構，環形撥叉的中間位置處設置有通孔，通孔處放置軸承，並通過軸承套在主軸上；所述軸承能在主軸上自由滑動。所述聯擺平臺包括兩個小平臺，所述兩個小平臺之間通過橫軸固定相連，所述橫軸的中心通過軸套連接器與主軸固定相連。
[0009]所述噴頭的數量為兩個，所述噴頭包括一對射線霧化噴頭、噴頭固定支架和噴頭進水口，所述射線霧化噴頭通過噴頭固定架固定在聯擺平臺上，所述一對射線霧化噴頭相互平行放置，兩射線霧化噴頭的噴水方向一致。所述兩射線霧化噴頭的各自噴頭進水口分別與與三通水接頭的出水口相連，所述三通分水接頭的進水口與管道進水口連接。
[0010]所述節水灌溉裝置還包括太陽能電池板，所述太陽能電池板通過支撐架設置在所述微控制盒的頂端，所述微控制盒的底端設有地插；所述旋轉噴灑裝置的底端設有地插。所述太陽能電池板為20W單晶矽光伏電池，單晶矽光伏電池與支撐架的上端連接，所述太陽能電池板與微控制盒中的太陽能充放電控制器連接並為其提供電能。所述地插為2套，一套用於支撐和固定旋轉噴灑裝置，另一套用於支撐和固定微控制櫃和太陽能電池板。
[0011]所述擺動機構中，通過舵機帶動舵盤轉動，舵盤帶動連杆上下運動，進而通過連杆帶動軸承上下移動，軸承帶動環形撥叉、直線連叉運動，直線連叉進而帶動聯擺平臺實現左右傾斜運動，聯擺平臺進而帶動兩射線霧化噴頭擺動。
[0012]所述微控制盒包括控制器、步進電機驅動器、舵機驅動器、太陽能充放電控制器、鋰電池和斷層；所述微控制盒內部垂直方向上設置4個斷層用於內部電路板等之間的電氣隔離，所述斷層之間留有通孔用於電路板之間的電氣信號等傳遞。所述控制器與步進電機驅動器、舵機驅動器相連，實現對步進電機和舵機的控制。所述太陽能充放電控制器與鋰電池和太陽能電池板連接，用於實現鋰電池的充放電控制。所述鋰電池與控制器、步進電機驅動器和舵機驅動器連接為其提供電能。所述微控制盒的下端面還留有內螺紋孔，方便其與地插連接。
[0013]所述控制裝置為電腦，所述電腦中安裝有管理軟體，串行通訊線的一端與電腦相連，串行通訊線另一端在下載數據時和微控制盒中控制器的串口連接。
[0014]基於上述灌溉系統，本發明還提供一種適用於不規則形狀灌溉區的灌溉方法，包括如下步驟:
[0015]①對待灌溉區域的最外圍輪廓曲線進行標定，即:必須測量出灌溉系統距離待灌溉區域的最外圍輪廓曲線上每個點的實際距離。得到標定後的各個點的坐標參數和旋轉噴頭的位置坐標參數。這裡所說的點可以根據實際情況選取，密度大小根據實際的輪廓線形狀選取，一般來說，當可以把兩點之間的曲線近似等同於直線時剛好。如:待灌溉區域的最外圍輪廓曲線上存在A、B兩點，而且A，B兩點之間的輪廓曲線呈現直線形狀，那麼儘管A、B兩點距離較長，依舊不需要在A、B兩點之間選取其它任何點。[0016]②在電腦中輸入標定後的各個點的坐標參數和旋轉噴頭的位置坐標參數；輸入完畢後，待灌溉輪廓曲線上的灌溉點與旋轉噴頭的距離R確定；然後計算機根據公式(II)計算出射線霧化噴頭的仰角大小α對應的舵機角度Θ:
[0017]
【權利要求】
1.適用於不規則區域的節水灌溉裝置，包括控制裝置和灌溉裝置，所述灌溉裝置包括噴灑裝置和微控制盒(4)，所述控制裝置通過串行通訊線與微控制盒(4)相連，所述微控制盒(4)通過電源線(8)與噴灑裝置相連，其特徵在於:所述噴灑裝置為旋轉噴灑裝置，所述旋轉噴灑裝置包括支架以及設置在支架上的噴頭(9)和旋轉擺動機構，所述支架包括由上到下依次排布的第一固定板(11)、第二固定板(12)和第三固定板(13)，所述第一固定板(11)、第二固定板(12)和第三固定板(13)通過加強板(14)固定相連；所述旋轉擺動機構包括舵機(15)、步進電機(16)、主軸(17)、環形撥叉(18)、直線連叉(27)和聯擺平臺(10)，所述噴頭(9)設置在聯擺平臺(10)上；所述舵機(15)通過舵機支架設置在第三固定板(13)上，所述舵機(15)的側面設置有舵盤(19)，所述舵盤(19)通過連杆(20)與設置在第一固定板(11)上的支臂(21)相連，所述支臂(21)通過軸承套與主軸(17)活動相連；所述步進電機(16)通過電機支架(24)設置在第二固定板(12)上，所述步進電機(16)通過聯軸器(23)與主軸(17)相連；所述環形撥叉(18)的底端設置在主軸(17)上軸承套的上側，所述環形撥叉(18)的頂端與直線連叉(27)轉動相連，所述直線連叉的頂端與聯擺平臺(10)背離噴頭(9)的一側固定相連，所述聯擺平臺(10)的中心與主軸(17)相連。
2.根據權利要求1所述的適用於不規則區域的節水灌溉裝置，其特徵在於:所述噴頭(9)的數量為兩個，所述聯擺平臺(10)包括兩個小平臺，所述兩個小平臺之間通過橫軸(25)固定相連，所述橫軸(25)的中心通過軸套連接器(26)與主軸(17)固定相連。
3.根據權利要求 2所述的適用於不規則區域的節水灌溉裝置，其特徵在於:所述噴頭包括射線霧化噴頭、噴頭固定支架和噴頭進水口，所述射線霧化噴頭通過噴頭固定架固定在聯擺平臺(10)上，所述噴頭進水口與三通水接頭(22)的出水口相連。
4.根據權利要求1所述的適用於不規則區域的節水灌溉裝置，其特徵在於:所述節水灌溉裝置還包括太陽能電池板(5)，所述太陽能電池板(5)通過支撐架(7)設置在所述微控制盒(4)的頂端，所述微控制盒(4)的底端設有地插(6-1);所述支架的底端設有地插(6-2)。
5.根據權利要求1所述的適用於不規則區域的節水灌溉裝置，其特徵在於:所述微控制盒(4)包括控制器(4-1)、步進電機驅動器(4-2)、舵機驅動器(4-3)、太陽能充放電控制器(4-4)和鋰電池(4-5);所述控制器(4-1)與步進電機驅動器(4-2)、舵機驅動器(4_3)相連，所述太陽能充放電控制器(4-4)與鋰電池(4-5)和太陽能電池板(5)連接，所述鋰電池(4-5)與控制器(4-1)、步進電機驅動器(4-2)和舵機驅動器(4-3)連接為其提供電能。
6.根據權利要求1所述的適用於不規則區域的節水灌溉裝置，其特徵在於:所述控制裝置為電腦，所述串行通訊線的一端與電腦相連，串行通訊線另一端與微控制盒中控制器(4-1)的串口連接。
7.適用於不規則區域的節水灌溉方法，其特徵在於:包括如下步驟: ①對待灌溉區域的最外圍輪廓曲線進行標定，即:測量出灌溉系統距離待灌溉區域的最外圍輪廓曲線上每個點的實際距離R，得到各個點的坐標參數；確定旋轉噴頭的位置坐標參數； ②向電腦中輸入標定後的各個點的坐標參數和旋轉噴頭的位置坐標參數；輸入完畢後，待灌溉輪廓曲線上的灌溉點與旋轉噴頭的距離R確定；然後計算機根據公式(3)計算出射線霧化噴頭的仰角大小α對應的舵機角度Θ:
【文檔編號】A01G25/16GK104012371SQ201410272420
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月18日 優先權日:2014年6月18日
【發明者】李娟 , 郭亭亭, 孫曉鳳, 楊麗麗, 閆法兵, 程世田, 王豔豔 申請人:青島農業大學