本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于農(nóng)業(yè)灌溉的閥門裝置及閥門狀態(tài)判斷方法。

背景技術(shù)：

目前，農(nóng)業(yè)灌溉遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中使用的閥門主要有兩種，即依靠水力驅(qū)動的先導(dǎo)閥和依靠交流電機(jī)驅(qū)動的電動閥。水力驅(qū)動先導(dǎo)閥門在使用時需要一定的水壓向閥腔內(nèi)注水或排水才能實(shí)現(xiàn)閥門的啟閉，在遇到雜質(zhì)含量較高、水質(zhì)不好的情況時，會發(fā)生導(dǎo)流孔堵塞的現(xiàn)象，致使閥門不能正常打開或關(guān)閉；閥體上腔彈簧的存在導(dǎo)致閥門在持續(xù)工作狀態(tài)下時，將會損失一定程度的水頭，使得閥門后面的管網(wǎng)壓強(qiáng)減小，流量減少，進(jìn)而影響灌溉系統(tǒng)效率。

在農(nóng)業(yè)滴灌遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，閥門狀態(tài)判斷是一項(xiàng)重要內(nèi)容。判斷閥門是否正常打開或關(guān)閉，通常使用的方法是利用電磁感應(yīng)原理或壓力感應(yīng)原理來監(jiān)測閥門的開關(guān)狀態(tài)。電磁感應(yīng)原理：在閥門的出水口設(shè)置一個可以活動的撥片，撥片上設(shè)置有磁鐵，撥片的后方安裝有干簧管。當(dāng)閥門出水口有水流通過時，會撥動撥片運(yùn)動，使磁鐵將干簧管中的金屬觸片吸合，進(jìn)而在電路中產(chǎn)生通路信號，即可判斷閥門出水口有水通過。這種方法存在的問題是：如果閥門出水口的水流速很大，但流量較小時，也能使撥片移動，導(dǎo)致系統(tǒng)判斷閥門為正常出水，但是這種出水量不能滿足灌溉需要。而且，當(dāng)水質(zhì)較渾濁時，磁鐵上會吸附水中的細(xì)小鐵屑或其它可吸附的金屬物質(zhì)，吸附的金屬物過多時，會造成磁鐵無法吸合干簧管中的金屬觸片，使系統(tǒng)不能準(zhǔn)確判斷是否有水流通過。壓力感應(yīng)原理：在閥門的出水口附件安裝一壓力傳感器，當(dāng)閥門打開并有水流通過時，傳感器會感受到壓力的存在，繼而發(fā)送出打開信號，否則，發(fā)送關(guān)閉信號。這類傳感器的重大缺陷在于，農(nóng)業(yè)灌溉人員習(xí)慣于多打開閥門導(dǎo)致出水口壓力常常低于設(shè)定臨界值，此時，傳感器感受不到水壓信號，發(fā)送出閥門關(guān)閉但實(shí)際上打開的錯誤的信號。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種用于農(nóng)業(yè)灌溉的閥門裝置及閥門狀態(tài)判斷方法，主要目的在于提高閥門裝置的可靠性和閥門狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確性，進(jìn)而提高灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行效率，另一目的在于減小閥門開啟的能耗損失。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明主要提供如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種用于農(nóng)業(yè)灌溉的閥門裝置，包括:閥體、閥芯、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、檢測機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)；

所述閥芯設(shè)置在所述閥體內(nèi)，能夠相對所述閥體轉(zhuǎn)動；

所述檢測機(jī)構(gòu)固定地設(shè)置在所述閥體上，用于檢測所述閥芯的轉(zhuǎn)動角度；所述檢測機(jī)構(gòu)包括：至少四個紅外發(fā)射接收對管；所述紅外發(fā)射接收對管沿圓周方向均勻分布；所述紅外發(fā)射接收對管包括：紅外發(fā)射管和紅外接收管；

所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)固定地設(shè)置在所述閥體上，與所述閥芯傳動連接，用于驅(qū)動所述閥芯轉(zhuǎn)動；

所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括：轉(zhuǎn)動軸和轉(zhuǎn)動板件；

所述轉(zhuǎn)動軸與所述閥芯固定連接；

所述轉(zhuǎn)動板件固定地設(shè)置在所述轉(zhuǎn)動軸上，用于反射紅外線；所述轉(zhuǎn)動板件上設(shè)置有過孔；所述過孔為通孔，用于避免反射所述紅外發(fā)射接收對管的紅外線；

所述控制機(jī)構(gòu)固定地設(shè)置在所述閥體上，用于接收所述檢測機(jī)構(gòu)的信號，并向所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)發(fā)送信號。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)還包括：驅(qū)動電機(jī)和變速機(jī)構(gòu)；

所述變速機(jī)構(gòu)與所述閥芯傳動連接；

所述驅(qū)動電機(jī)與所述變速機(jī)構(gòu)傳動連接。

進(jìn)一步地，所述變速機(jī)構(gòu)通過所述轉(zhuǎn)動軸與所述閥芯連接。

進(jìn)一步地，所述控制機(jī)構(gòu)包括：閥門狀態(tài)采集板；

所述閥門狀態(tài)采集板用于監(jiān)測所述紅外接收管的電流大小。

進(jìn)一步地，所述控制機(jī)構(gòu)還包括：無線通訊模塊；

所述無線通訊模塊用于遠(yuǎn)程接收控制信號。

進(jìn)一步地，所述閥體為三通結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述閥芯為三通球體閥芯；所述三通球體閥芯為“t”型結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，還包括：能源機(jī)構(gòu)；

所述能源機(jī)構(gòu)固定地設(shè)置在所述閥體上，用于給所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)、檢測機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)提供能源；

所述能源機(jī)構(gòu)包括：太陽能電板和蓄電池；

所述太陽能電板與所述蓄電池連接，用于給所述蓄電池充電。

另一方面，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種閥門狀態(tài)判斷方法，包括如下步驟：

紅外發(fā)射管以固定的方向向轉(zhuǎn)動板件發(fā)射光；

轉(zhuǎn)動板件接收紅外發(fā)射管發(fā)射的光，并對接收的光進(jìn)行反射；

紅外接收管以固定的方向接收轉(zhuǎn)動板件發(fā)射的光；

驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動轉(zhuǎn)動板件轉(zhuǎn)動；

當(dāng)轉(zhuǎn)動板件上的過孔與紅外發(fā)射管對應(yīng)時，紅外發(fā)射管發(fā)射的光穿過轉(zhuǎn)動板件；

紅外接收管不能接收到轉(zhuǎn)動板件的反射光；

紅外接收管根據(jù)光的強(qiáng)度將接收的光轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電信號，并將所述電信號傳輸給控制機(jī)構(gòu)；

控制機(jī)構(gòu)對紅外接收管轉(zhuǎn)換成的電信號的變化進(jìn)行計(jì)算，確定所述轉(zhuǎn)動軸的旋轉(zhuǎn)角度。

進(jìn)一步地，所述控制機(jī)構(gòu)通過判斷所述紅外接收管產(chǎn)生大電流的次數(shù)來確定所述轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動的角度。

借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明用于農(nóng)業(yè)灌溉的閥門裝置及閥門狀態(tài)判斷方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種用于農(nóng)業(yè)灌溉的閥門裝置，包括:閥體、閥芯、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、檢測機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)；閥芯設(shè)置在閥體內(nèi)，能夠相對閥體轉(zhuǎn)動，與普通手動球閥一樣——不存在為保持閥門持續(xù)開啟而消耗能量；驅(qū)動機(jī)構(gòu)固定地設(shè)置在閥體上，與閥芯傳動連接，用于驅(qū)動閥芯轉(zhuǎn)動；驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括：轉(zhuǎn)動軸和轉(zhuǎn)動板件；轉(zhuǎn)動軸與閥芯固定連接；轉(zhuǎn)動板件固定地設(shè)置在轉(zhuǎn)動軸上，用于反射紅外線；轉(zhuǎn)動板件上設(shè)置有過孔；過孔為通孔，用于避開反射紅外發(fā)射接收對管的紅外線；控制機(jī)構(gòu)固定地設(shè)置在閥體上，用于接收檢測機(jī)構(gòu)的信號，并向驅(qū)動機(jī)構(gòu)發(fā)送信號。檢測機(jī)構(gòu)固定地設(shè)置在閥體上，用于檢測閥芯的轉(zhuǎn)動角度；檢測機(jī)構(gòu)包括：至少四個紅外發(fā)射接收對管；紅外發(fā)射接收對管沿圓周方向均勻分布；紅外發(fā)射接收對管包括：紅外發(fā)射管和紅外接收管；閥門狀態(tài)根據(jù)轉(zhuǎn)動軸的位置測定，不受閥門過水速度的影響，可準(zhǔn)確判斷當(dāng)前閥門的狀態(tài)。且檢測機(jī)構(gòu)不與水接觸，避免了水對電器元器件穩(wěn)定性的影響，判斷閥門狀態(tài)準(zhǔn)確性高，穩(wěn)定性好。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于農(nóng)業(yè)灌溉的閥門裝置的剖視示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于農(nóng)業(yè)灌溉的閥門裝置的另一視角的示意圖。

圖中所示：

1為閥體，2為閥芯，3為驅(qū)動機(jī)構(gòu)，3-1為驅(qū)動電機(jī)，3-2為變速機(jī)構(gòu)，3-21為轉(zhuǎn)動軸，3-22為轉(zhuǎn)動板件，4為檢測機(jī)構(gòu)，5為控制機(jī)構(gòu)，5-1為閥門狀態(tài)采集板，5-2為無線通訊模塊，6為能源機(jī)構(gòu)，6-1為太陽能電板，6-2為蓄電池。

具體實(shí)施方式

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效,以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明申請的具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。在下述說明中，不同的“一實(shí)施例”或“實(shí)施例”指的不一定是同一實(shí)施例。此外，一或多個實(shí)施例中的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特點(diǎn)可由任何合適形式組合。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一個實(shí)施例提出的一種用于農(nóng)業(yè)灌溉的閥門裝置，包括:閥體1、閥芯2、驅(qū)動機(jī)構(gòu)3、檢測機(jī)構(gòu)4和控制機(jī)構(gòu)5；閥體1優(yōu)選為鑄鐵材質(zhì)；

閥芯2設(shè)置在閥體1內(nèi)，能夠相對閥體1轉(zhuǎn)動，球閥結(jié)構(gòu)，以便減少水損。閥芯2優(yōu)選為銅質(zhì)。

檢測機(jī)構(gòu)4固定地設(shè)置在閥體1上，用于檢測閥芯2的轉(zhuǎn)動角度；檢測機(jī)構(gòu)4包括：至少四個紅外發(fā)射接收對管；紅外發(fā)射接收對管沿圓周方向均勻分布；紅外發(fā)射接收對管包括：紅外發(fā)射管和紅外接收管；紅外發(fā)射管用于發(fā)射光線，紅外接收管用于接收紅外發(fā)射管發(fā)射的被轉(zhuǎn)動板件3-22反射回的光線。

驅(qū)動機(jī)構(gòu)3固定地設(shè)置在閥體1上，本實(shí)施例優(yōu)選驅(qū)動機(jī)構(gòu)3通過緊固件與閥體1固定；驅(qū)動機(jī)構(gòu)3與閥芯2傳動連接，用于驅(qū)動閥芯2轉(zhuǎn)動；

驅(qū)動機(jī)構(gòu)3包括：驅(qū)動電機(jī)3-1和變速機(jī)構(gòu)3-2；變速機(jī)構(gòu)3-2與閥芯2傳動連接；

驅(qū)動電機(jī)3-1與變速機(jī)構(gòu)3-2傳動連接。驅(qū)動電機(jī)3-1通過變速機(jī)構(gòu)3-2減速后能夠增加傳動扭矩。本實(shí)施例優(yōu)選驅(qū)動機(jī)構(gòu)3使用低電壓直流供電，結(jié)合變速機(jī)構(gòu)3-2，增加轉(zhuǎn)動力矩，完全可以滿足閥門開啟或關(guān)閉所需的力矩。確保了閥門正常開啟關(guān)閉的穩(wěn)定性和安全性。變速機(jī)構(gòu)3-2包括：轉(zhuǎn)動軸3-21和轉(zhuǎn)動板件3-22；轉(zhuǎn)動軸3-21與閥芯2固定連接；

轉(zhuǎn)動板件3-22固定地設(shè)置在轉(zhuǎn)動軸3-21上，用于反射紅外線；轉(zhuǎn)動板件3-22上設(shè)置有過孔；過孔為通孔，用于避免反射紅外發(fā)射接收對管的紅外線；進(jìn)一步地，變速機(jī)構(gòu)3-2通過轉(zhuǎn)動軸3-21與閥芯2連接。過孔可以為圓孔或槽孔。本實(shí)施例優(yōu)選過孔為槽孔，以降低對紅外發(fā)射接收對管分布的要求。

控制機(jī)構(gòu)5固定地設(shè)置在閥體1上，用于接收檢測機(jī)構(gòu)4的信號，判斷閥門的狀態(tài)，并向驅(qū)動機(jī)構(gòu)3發(fā)送信號，以控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)3驅(qū)動閥芯2，改變閥門的狀態(tài)。當(dāng)然也可以保持閥門狀態(tài)不變。

當(dāng)驅(qū)動機(jī)構(gòu)3通過轉(zhuǎn)動軸3-21帶動閥芯2轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動板件3-22上的過孔隨著轉(zhuǎn)動軸3-21轉(zhuǎn)動，當(dāng)過孔轉(zhuǎn)動至紅外發(fā)射接收對管的反射區(qū)時，過孔導(dǎo)致轉(zhuǎn)動板件3-22無法反射光線，紅外接收管在沒有接受到反射光時，會產(chǎn)生一個高電平，根據(jù)四個高電平產(chǎn)生的順序即可判斷閥門當(dāng)前的狀態(tài)。這樣就使得閥門狀態(tài)判斷相較以往技術(shù)更加穩(wěn)定和安全。

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種用于農(nóng)業(yè)灌溉的閥門裝置，閥芯2設(shè)置在閥體1內(nèi)，能夠相對閥體1轉(zhuǎn)動，與普通手動球閥一樣可大幅度降低水損；閥門狀態(tài)根據(jù)轉(zhuǎn)動軸3-21的位置測定，不受閥門過水速度的影響，可準(zhǔn)確判斷當(dāng)前閥門的狀態(tài)，且檢測機(jī)構(gòu)4不與水接觸，避免了水對元器件的影響，判斷閥門狀態(tài)準(zhǔn)確性高，穩(wěn)定性好，進(jìn)而提高灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

作為上述實(shí)施例的優(yōu)選，控制機(jī)構(gòu)5包括：閥門狀態(tài)采集板5-1；

閥門狀態(tài)采集板5-1用于監(jiān)測紅外接收管的電流大小，通過檢測電流的變化來確定轉(zhuǎn)動板件3-22上過孔的位置，進(jìn)而確定閥門的狀態(tài)。

作為上述實(shí)施例的優(yōu)選，控制機(jī)構(gòu)5還包括：無線通訊模塊5-2；無線通訊模塊5-2用于遠(yuǎn)程接收控制信號。本發(fā)明實(shí)施例使用無線控制，對通訊距離有極大提升，降低成本投入和維護(hù)難度。

現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)田間灌溉自動化控制系統(tǒng)使用傳統(tǒng)閥門時，在一個出水樁上需要安裝兩個閥門，閥門均為兩通閥；為了簡化灌溉系統(tǒng)，本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選閥體1為三通結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步優(yōu)選，閥芯2為三通球體閥芯2；三通球體閥芯2為“t”型結(jié)構(gòu)。使得一個閥門可以同時控制三個口的狀態(tài)，大大降低了閥門在田間的布設(shè)成本。本實(shí)施例提供的閥門裝置，只需在出水樁上安裝一個閥門就可控制兩個出水口，實(shí)現(xiàn)任意一個出水口的打開或關(guān)閉，以及全部出水口的關(guān)閉或打開，并且水流通過閥門時不存在阻礙其流動導(dǎo)致水壓損失的情況。

現(xiàn)有電動閥門大多使用交流供電，在安裝布設(shè)的時候需要布設(shè)大量的供電線，不便于農(nóng)田操作使用和后期的維護(hù)管理。當(dāng)線路老化或損壞時對人身有潛在的安全隱患。為了克服上述問題，本發(fā)明實(shí)施例提出的一種用于農(nóng)業(yè)灌溉的閥門裝置還包括：能源機(jī)構(gòu)6；能源機(jī)構(gòu)6固定地設(shè)置在閥體1上，用于給驅(qū)動機(jī)構(gòu)3、檢測機(jī)構(gòu)4和控制機(jī)構(gòu)5提供能源；能源機(jī)構(gòu)6包括：太陽能電板6-1和蓄電池6-2；太陽能電板6-1與蓄電池6-2連接，用于給蓄電池6-2充電，簡化了線路結(jié)構(gòu)，且沒有安全隱患。本發(fā)明實(shí)施例采用太陽能電板6-1對內(nèi)置蓄電池6-2供電，減少了外置電源供電設(shè)施和工程，不需考慮在田間使用電線對電動閥供電。蓄電池6-2優(yōu)選為鋰電池。

另一方面，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種閥門狀態(tài)判斷方法，包括如下步驟：

紅外發(fā)射管以固定的方向向轉(zhuǎn)動板件3-22發(fā)射光；

轉(zhuǎn)動板件3-22接收紅外發(fā)射管發(fā)射的光，并對接收的光進(jìn)行反射；

紅外接收管以固定的方向接收轉(zhuǎn)動板件3-22發(fā)射的光；

驅(qū)動電機(jī)3-1驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸3-21轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動轉(zhuǎn)動板件3-22轉(zhuǎn)動；

當(dāng)轉(zhuǎn)動板件3-22上的過孔與紅外發(fā)射管對應(yīng)時，紅外發(fā)射管發(fā)射的光穿過轉(zhuǎn)動板件3-22；

紅外接收管不能接收到轉(zhuǎn)動板件3-22的反射光；

紅外接收管根據(jù)光的強(qiáng)度將接收的光轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電信號，并將電信號傳輸給控制機(jī)構(gòu)5；

控制機(jī)構(gòu)5對紅外接收管轉(zhuǎn)換成的電信號的變化進(jìn)行計(jì)算，確定轉(zhuǎn)動軸3-21的旋轉(zhuǎn)角度。

作為上述實(shí)施例的優(yōu)選，控制機(jī)構(gòu)5通過判斷紅外接收管產(chǎn)生大電流的次數(shù)來確定轉(zhuǎn)動軸3-21轉(zhuǎn)動的角度。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。