一種改進型防風智能噴灌系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種改進型防風智能噴灌系統(tǒng)，屬于噴灌技術領域。
【背景技術】
[0002]噴灌指的是用專門的管道系統(tǒng)和設備將有壓水送至灌溉地段并噴射到空中形成細小水滴灑到田間的一種灌溉方法。噴灌作為一種新型灌溉方式，具有節(jié)水、保護土壤結構、調節(jié)地面氣候且不受地形限制等優(yōu)點，近年來在國內外被廣泛應用。目前該灌溉在應用中存在很多問題:由于北方大風持續(xù)時間長而且風速大的問題，噴灌系統(tǒng)在很多時候都不能正常運行；除了草坪等大塊綠地外，其他植被的澆灌都是采用大水漫灌的方式，費時費水，還容易造成土壤板結；在烈日炎炎的中午，噴灌系統(tǒng)還在工作，這樣很容易讓噴灑到植物葉片上的水滴發(fā)揮凸透鏡的作用，灼傷葉片，進而損傷植物；有的時候噴灌系統(tǒng)剛停止工作不久或者還在工作的時候就有降雨，這樣無疑是對水資源的一種浪費。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明提出的改進型防風智能灌溉系統(tǒng)就是主要針對防風這一問題對原有的噴灌系統(tǒng)進行了改造，通過運用風力傳感器，結合風能的利用，自動調整噴頭工作的角度和水流的出口速度，再輔以光傳感器和土壤濕度傳感器對該系統(tǒng)進行綜合調控，將噴灌系統(tǒng)適用范圍擴大，使操作更加自動化、智能化，以避免因為沒有專業(yè)的園林維護人員而對綠植造成的破壞。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為改進型防風智能灌溉系統(tǒng)包括風扇1、傳動裝置2、噴管3、加壓葉輪4、加壓水箱5、加壓水6、補償電機7、單片機8、噴頭9 ;噴管3包括出水管3.1、風力加壓管道3.2。
[0005]具體而言，風扇I設置在該系統(tǒng)的頂部；噴頭9安裝在噴管3頂部，噴管3的中間為風力加壓管道3.2，沿風力加壓管道3.2周邊均勾對稱設有出水管3.1 ;噴管3與加壓水箱5相連；傳動裝置2 —端與風扇I連接，另一端與加壓葉輪4連接，加壓葉輪4設置在加壓水箱5內；所述傳動裝置2安裝在風力加壓管道3.2內；加壓水箱5內充滿有加壓水6 ；補償電機7與加壓葉輪4連接；補償電機7與單片機8相連；出水管3.1均勻設置在噴管3的內部四周。
[0006]所述風扇I上設置有風向、風速傳感器，風向、風速傳感器與單片機8相連。
[0007]噴管區(qū)的土壤中設有濕度傳感器、光傳感器，光傳感器、濕度傳感器與單片機8相連。
[0008]所述風扇I通過傳動裝置2帶動加壓葉輪4。
[0009]所述補償電機7對加壓葉輪4進行驅動。
[0010]噴管3分為內外兩個部分即出水管3.1、風力加壓管道3.2，實際操作時，根據噴管3的直徑決定每根管中的出水管3.1的數(shù)量，加壓后的水柱將由此噴出；噴頭9上方的風扇I逆風將采集的風力通過傳動裝置2帶動噴管3底部的加壓葉輪4轉動，加壓葉輪4轉動再帶動周圍的水快速運動，從而為逆風方向出水管3.1的水柱加壓；當所需壓力不足時，補償電機7對加壓葉輪4進行驅動，用以補償相應水壓。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0012]1、風本身就是一種能量，如果能有效地利用風能，將其從影響噴灌系統(tǒng)實施的阻礙因素變?yōu)檩o助增強因素，這樣不僅解決了噴灌過程的問題還能節(jié)省能源。
[0013]2、將噴灌系統(tǒng)的管道改造，分割成許多小管，從而達到為不同方向的水柱提供不同壓力的目的。同時利用風能帶動葉輪轉動來為逆風方向水柱提供所缺的壓力，系統(tǒng)只需以順風方向的壓力為整體供壓，而順風方向所需壓力甚至小于無風時的壓力，這樣相當于把風力對噴灌系統(tǒng)的危害變?yōu)榱擞欣麠l件。
[0014]3、綜合利用多種傳感器，實現(xiàn)系統(tǒng)自動化、智能化控制。
【附圖說明】
[0015]圖1為該系統(tǒng)的整體平面結構圖。
[0016]圖2為該系統(tǒng)的整體立體結構圖。
[0017]圖中:1、風扇，2、傳動裝置，3、噴管，4、加壓葉輪，5、加壓水箱，6、加壓水，7、補償電機，8、單片機，9、噴頭，3.1、出水管，3.2、風力加壓管道。
【具體實施方式】
[0018]實施例
[0019]如圖1-2所示，某一時刻風向為東，傳感器感應到風向和風速以后，將信號傳遞給單片機，單片機上的程序運算后得出應該給朝向為東的水柱加壓X千帕，應給朝向為西的水柱加壓I千帕(顯然，y〈x)，此時單片機控制總控室給全部供水加壓I千帕，因此在噴管底部應給朝向為東的水柱補充(χ-y)千帕的壓力，通過計算葉輪的轉速為nrad/s，方向朝東。由風力提供的能量如果不能滿足轉速要求，則由補償電機提供剩余能量來保持轉速的穩(wěn)定。
[0020]由于風扇的方向是朝著與風向相反的方向，即需要最大壓力的方向，因此以葉輪朝向為中心線，逐漸向兩側過渡時的加壓效果是漸變的，即出口速度是由逆風向的最大速度到順風向的最小速度漸變的。這樣，就實現(xiàn)了所預期的，避免了風對噴灌的影響，使噴灌的范圍和效果達到預期值。
[0021]利用風能首先要知道風向和風速，可以通過風向、風速傳感器來實現(xiàn)。在整體控制的一片綠地內，可以根據綠地面積和地形狀態(tài)，設置多個觀測點，以使調整后的噴灌系統(tǒng)達到整體適用的效果。
[0022]噴灌系統(tǒng)噴灑出的小水滴的運動狀態(tài)是一種斜上拋運動，在這個過程中受到自身重力和空氣阻力的影響。由于噴頭旋轉噴水，每一時刻都有朝向不同的水柱從噴頭噴出。假定風在短時間內不會改變方向，則風力對和它同方向的水柱的作用為加速，而對和它方向相反的水柱的作用為減速。為了調整噴水范圍與有風之前一致，則應該調整不同方向水柱的出口速度和出口角度。又考慮到噴頭在噴水時處在較高速旋轉狀態(tài)，如果改變噴水角度，即讓噴口在旋轉過程中不斷調整方向，這樣的話對噴頭的強度要求就會很高，同時也就很容易損壞。因此，通過改變水柱出口速度來達到利用風能實現(xiàn)正常噴灌的目的。
[0023]人們往往注意不到天氣對噴灌的影響。例如，工作人員將噴灌系統(tǒng)開啟后往往整日噴灌，正午時，光照強烈，噴灑到植物葉片上的水滴此刻便起到了凸透鏡聚光的作用，很容易將植物葉片灼傷；在降雨量達到一定水平、土壤濕度大的時候，植物不處于缺水狀態(tài)，不需要進行噴灌。
[0024]在噴灌中，不需要對光照強度高精確測量，因而選擇光敏電阻-電壓變換電路來進行感應控制即可。這樣得到的是直流電壓，方便單片機識別利用。
[0025]土壤濕度傳感器同樣不需要高精度測量，因此采用電阻式或電容式的濕敏元件，結合電壓變換電路，得到的直流電壓輸入單片機進行控制。
[0026]光傳感器和土壤濕度傳感器結合起來對系統(tǒng)進行智能化、自動化控制的基礎就是單片機的編程控制，控制器的核心是單片機。
[0027]結合第一部分談到的風力風速傳感器來說，這些傳感器匯總的電信號數(shù)據將被傳輸?shù)絾纹瑱C進行處理，這其中還需要多組實驗數(shù)據來進行程序化設定。設定好之后，單片機輸出數(shù)字量，數(shù)字量經過數(shù)字模擬轉換電路輸入電壓或電流，從而對整個系統(tǒng)進行控制。
[0028]當土壤濕度傳感器感應到土壤濕度大于某一個值的時候，單片機會控制系統(tǒng)停止工作；當光傳感器感應到光照強度大于某一值時，同樣通過單片機控制系統(tǒng)停止工作。
[0029]伯努利方程也叫做“壓力方程”，它是一維流動問題中的一個重要關系式，而且在整個不可壓縮、定常流體力學的領域里也具有根本的重要性。伯努利方程是理想正壓流體在有勢體積力作用下作定常運動時，運動方程(即歐拉方程)沿流線積分而得到的表達運動流體機械能守恒的方程。對于重力場中的不可壓縮均質流體，方程為P+P gh+(l/2)*P v~2 = Co流動中速度增大，壓強就減??；速度減小，壓強就增大；速度降為零，壓強就達到最大(理論上應等于總壓)。本發(fā)明利用該原理，將逆風向的水柱加壓加速，從而實現(xiàn)防風目的。
【主權項】
1.改進型防風智能灌溉系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括風扇(I)、傳動裝置(2)、噴管(3)、加壓葉輪(4)、加壓水箱(5)、加壓水(6)、補償電機(7)、單片機(8)、噴頭(9);噴管(3)包括出水管(3.1)、風力加壓管道(3.2)；具體而言，風扇(I)設置在該系統(tǒng)的頂部；噴頭(9)安裝在噴管(3)頂部，噴管(3)的中間為風力加壓管道(3.2)，沿風力加壓管道(3.2)周邊均勻對稱設有出水管(3.1);噴管(3)與加壓水箱(5)相連；傳動裝置(2) —端與風扇⑴連接，另一端與加壓葉輪⑷連接，加壓葉輪⑷設置在加壓水箱(5)內；所述傳動裝置(2)安裝在風力加壓管道(3.2)內；加壓水箱(5)內充滿有加壓水(6);補償電機(7)與加壓葉輪(4)連接；補償電機(7)與單片機⑶相連；出水管(3.1)均勻設置在噴管(3)的內部四周；所述風扇(I)上設置有風向、風速傳感器，風向、風速傳感器與單片機(8)相連。
2.根據權利要求1所述的改進型防風智能灌溉系統(tǒng)，其特征在于:噴管區(qū)的土壤中設有濕度傳感器、光傳感器，光傳感器、濕度傳感器與單片機(8)相連。
3.根據權利要求1所述的改進型防風智能灌溉系統(tǒng)，其特征在于:所述風扇(I)通過傳動裝置(2)帶動加壓葉輪(4)。
4.根據權利要求1所述的改進型防風智能灌溉系統(tǒng)，其特征在于:所述補償電機(7)對加壓葉輪(4)進行驅動。
5.根據權利要求1所述的改進型防風智能灌溉系統(tǒng)，其特征在于:噴管(3)分為內外兩個部分即出水管(3.1)、風力加壓管道(3.2)，實際操作時，根據噴管(3)的直徑決定每根管中的出水管(3.1)的數(shù)量，加壓后的水柱將由此噴出；噴頭(9)上方的風扇(I)逆風將采集的風力通過傳動裝置(2)帶動噴管(3)底部的加壓葉輪(4)轉動，加壓葉輪(4)轉動再帶動周圍的水快速運動，從而為逆風方向出水管(3.1)的水柱加壓；當所需壓力不足時，補償電機(7)對加壓葉輪(4)進行驅動，用以補償相應水壓。
【專利摘要】改進型防風智能灌溉系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括風扇、傳動裝置、噴管、加壓葉輪、加壓水箱、加壓水、補償電機、單片機、噴頭；噴管包括出水管、風力加壓管道。具體而言，風扇設置在該系統(tǒng)的頂部；噴頭安裝在噴管頂部，噴管的中間為風力加壓管道，沿風力加壓管道周邊均勻對稱設有出水管；噴管與加壓水箱相連；傳動裝置一端與風扇連接，另一端與加壓葉輪連接，加壓葉輪設置在加壓水箱內；所述傳動裝置安裝在風力加壓管道內；加壓水箱內充滿有加壓水；補償電機與加壓葉輪連接；補償電機與單片機相連；出水管均勻設置在噴管的內部四周。
【IPC分類】A01G25-02, A01G25-16
【公開號】CN104756826
【申請?zhí)枴緾N201510106795
【發(fā)明人】趙旭, 程維虎, 付昕炎, 劉鑫, 張洋, 洪今滔, 姬慶慶, 趙天宇, 畢光耀
【申請人】北京工業(yè)大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月11日