適用于不規(guī)則區(qū)域的節(jié)水灌溉裝置及灌溉方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種適合不規(guī)則區(qū)域的節(jié)水灌溉裝置及灌溉方法，通過合理配置噴頭的位置，實(shí)時(shí)控制噴頭的仰角大小，從而噴灑出不同的噴灌形狀，實(shí)現(xiàn)一定區(qū)域內(nèi)無縫隙全面覆蓋。本發(fā)明解決了居民小區(qū)、農(nóng)業(yè)及園林景觀中由于植物分布形狀不規(guī)則而導(dǎo)致灌溉受限的問題，提高了灌溉效率，降低了灌溉成本，對(duì)于加快我國農(nóng)業(yè)及園林灌溉技術(shù)的發(fā)展，提高我國灌溉技術(shù)的現(xiàn)代化、智能化水平具有重要的意義。
【專利說明】適用于不規(guī)則區(qū)域的節(jié)水灌溉裝置及灌溉方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，具體灌溉裝置，尤其是涉及一種適用于不規(guī)則形狀灌溉區(qū)的灌溉裝置及灌溉方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國農(nóng)業(yè)灌溉用水量大，灌溉效率低下和用水浪費(fèi)的問題普遍存在。由于園林造型多樣化，由此引起噴灌區(qū)域的形狀多變，從而對(duì)灌溉裝置提出了以下幾點(diǎn)要求:(I)噴灌灌水器的射程必須多變而且可調(diào)節(jié)，避免噴灑在路上，盡量不影響游人興致，以適應(yīng)園林植物配水的要求；(2)要求在同一區(qū)域的園林植物都需要在噴頭覆蓋范圍內(nèi)。然而，由于目前噴頭噴水覆蓋的面積為扇形，當(dāng)噴灌區(qū)域是方形、多邊形或則其他復(fù)雜形狀時(shí)，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(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種適用于不規(guī)則形狀灌溉區(qū)的灌溉裝置及灌溉方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0005]適用于不規(guī)則區(qū)域的節(jié)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(zhuǎn)噴灑裝置，所述旋轉(zhuǎn)噴灑裝置包括支架以及設(shè)置在支架上的噴頭和旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。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(qiáng)板固定相連。所述旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括舵機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、主軸、環(huán)形撥叉、直線連叉和聯(lián)擺平臺(tái)。
[0006]所述噴頭設(shè)置在聯(lián)擺平臺(tái)上。所述舵機(jī)通過舵機(jī)支架設(shè)置在第三固定板上，所述舵機(jī)的側(cè)面設(shè)置有舵盤，所述舵盤通過連桿與設(shè)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(dòng)相連。所述連桿的一端設(shè)有球頭，所述球頭與舵盤通過螺栓連接；所述連桿的另一端為撥叉結(jié)構(gòu)，所述撥叉結(jié)構(gòu)與支臂一端的球頭活動(dòng)相連。所述支臂的另一端為軸承套，軸承套中間留有通孔，通孔直徑稍微大于軸承的外徑，軸承套通過軸承套在主軸上。所述卡環(huán)安裝在軸承的下端面，用于對(duì)軸承套進(jìn)行固定和限制。所述步進(jìn)電機(jī)通過電機(jī)支架設(shè)置在第二固定板上，所述步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器與主軸相連。所述主軸與步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸平行放置并處于一條直線上，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(lián)軸器和步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接。所述橫軸的直徑稍小于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(shè)置銷孔，以確保聯(lián)擺平臺(tái)插入橫軸中并不被甩出。橫軸的垂直方向上的中間位置處設(shè)置有垂直通孔，垂直通孔的直徑稍微大于主軸的直徑，以便主軸從橫軸的垂直通孔位置插入。
[0007]所述舵機(jī)支架通過螺栓結(jié)構(gòu)和步進(jìn)電機(jī)支架連接，舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸上套有舵盤，舵機(jī)的接線口通過電線與微控制盒內(nèi)的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接。所述舵盤的盤面上間隔均勻的留有內(nèi)螺紋孔，方便與連桿上的球頭結(jié)構(gòu)連接。所述步進(jìn)電機(jī)通過螺栓固定在步進(jìn)電機(jī)支架上，步進(jìn)電機(jī)支架還通過螺栓與第一固定板的下端面連接，步進(jìn)電機(jī)的接線口通過電線與微控制盒內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接。通過步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)而通過聯(lián)軸器帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。
[0008]所述環(huán)形撥叉的底端設(shè)置在主軸上軸承套的上側(cè)，所述環(huán)形撥叉的頂端與直線連叉底端的第二支臂轉(zhuǎn)動(dòng)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(lián)擺平臺(tái)背離噴頭的一側(cè)固定相連。第二支臂為雙臂叉形結(jié)構(gòu)。所述環(huán)形撥叉為封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)，環(huán)形撥叉的中間位置處設(shè)置有通孔，通孔處放置軸承，并通過軸承套在主軸上；所述軸承能在主軸上自由滑動(dòng)。所述聯(lián)擺平臺(tái)包括兩個(gè)小平臺(tái)，所述兩個(gè)小平臺(tái)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(shù)量為兩個(gè)，所述噴頭包括一對(duì)射線霧化噴頭、噴頭固定支架和噴頭進(jìn)水口，所述射線霧化噴頭通過噴頭固定架固定在聯(lián)擺平臺(tái)上，所述一對(duì)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(jìn)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(jìn)水口與管道進(jìn)水口連接。
[0010]所述節(jié)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(shè)置在所述微控制盒的頂端，所述微控制盒的底端設(shè)有地插；所述旋轉(zhuǎn)噴灑裝置的底端設(shè)有地插。所述太陽能電池板為20W單晶硅光伏電池，單晶硅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并為其提供電能。所述地插為2套，一套用于支撐和固定旋轉(zhuǎn)噴灑裝置，另一套用于支撐和固定微控制柜和太陽能電池板。
[0011]所述擺動(dòng)機(jī)構(gòu)中，通過舵機(jī)帶動(dòng)舵盤轉(zhuǎn)動(dòng)，舵盤帶動(dòng)連桿上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過連桿帶動(dòng)軸承上下移動(dòng)，軸承帶動(dòng)環(huán)形撥叉、直線連叉運(yùn)動(dòng)，直線連叉進(jìn)而帶動(dòng)聯(lián)擺平臺(tái)實(shí)現(xiàn)左右傾斜運(yùn)動(dòng)，聯(lián)擺平臺(tái)進(jìn)而帶動(dòng)兩射線霧化噴頭擺動(dòng)。
[0012]所述微控制盒包括控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)器、太陽能充放電控制器、鋰電池和斷層；所述微控制盒內(nèi)部垂直方向上設(shè)置4個(gè)斷層用于內(nèi)部電路板等之間的電氣隔離，所述斷層之間留有通孔用于電路板之間的電氣信號(hào)等傳遞。所述控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)和舵機(jī)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，用于實(shí)現(xiàn)鋰電池的充放電控制。所述鋰電池與控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和舵機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接為其提供電能。所述微控制盒的下端面還留有內(nèi)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件，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(shù)據(jù)時(shí)和微控制盒中控制器的串口連接。
[0014]基于上述灌溉系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種適用于不規(guī)則形狀灌溉區(qū)的灌溉方法，包括如下步驟:
[0015]①對(duì)待灌溉區(qū)域的最外圍輪廓曲線進(jìn)行標(biāo)定，即:必須測(cè)量出灌溉系統(tǒng)距離待灌溉區(qū)域的最外圍輪廓曲線上每個(gè)點(diǎn)的實(shí)際距離。得到標(biāo)定后的各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)和旋轉(zhuǎn)噴頭的位置坐標(biāo)參數(shù)。這里所說的點(diǎn)可以根據(jù)實(shí)際情況選取，密度大小根據(jù)實(shí)際的輪廓線形狀選取，一般來說，當(dāng)可以把兩點(diǎn)之間的曲線近似等同于直線時(shí)剛好。如:待灌溉區(qū)域的最外圍輪廓曲線上存在A、B兩點(diǎn)，而且A，B兩點(diǎn)之間的輪廓曲線呈現(xiàn)直線形狀，那么盡管A、B兩點(diǎn)距離較長(zhǎng)，依舊不需要在A、B兩點(diǎn)之間選取其它任何點(diǎn)。[0016]②在電腦中輸入標(biāo)定后的各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)和旋轉(zhuǎn)噴頭的位置坐標(biāo)參數(shù)；輸入完畢后，待灌溉輪廓曲線上的灌溉點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)噴頭的距離R確定；然后計(jì)算機(jī)根據(jù)公式(II)計(jì)算出射線霧化噴頭的仰角大小α對(duì)應(yīng)的舵機(jī)角度Θ:
[0017]
【權(quán)利要求】
1.適用于不規(guī)則區(qū)域的節(jié)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，其特征在于:所述噴灑裝置為旋轉(zhuǎn)噴灑裝置，所述旋轉(zhuǎn)噴灑裝置包括支架以及設(shè)置在支架上的噴頭(9)和旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，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(qiáng)板(14)固定相連；所述旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括舵機(jī)(15)、步進(jìn)電機(jī)(16)、主軸(17)、環(huán)形撥叉(18)、直線連叉(27)和聯(lián)擺平臺(tái)(10)，所述噴頭(9)設(shè)置在聯(lián)擺平臺(tái)(10)上；所述舵機(jī)(15)通過舵機(jī)支架設(shè)置在第三固定板(13)上，所述舵機(jī)(15)的側(cè)面設(shè)置有舵盤(19)，所述舵盤(19)通過連桿(20)與設(shè)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(dòng)相連；所述步進(jìn)電機(jī)(16)通過電機(jī)支架(24)設(shè)置在第二固定板(12)上，所述步進(jìn)電機(jī)(16)通過聯(lián)軸器(23)與主軸(17)相連；所述環(huán)形撥叉(18)的底端設(shè)置在主軸(17)上軸承套的上側(cè)，所述環(huán)形撥叉(18)的頂端與直線連叉(27)轉(zhuǎn)動(dòng)相連，所述直線連叉的頂端與聯(lián)擺平臺(tái)(10)背離噴頭(9)的一側(cè)固定相連，所述聯(lián)擺平臺(tái)(10)的中心與主軸(17)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于不規(guī)則區(qū)域的節(jié)水灌溉裝置，其特征在于:所述噴頭(9)的數(shù)量為兩個(gè)，所述聯(lián)擺平臺(tái)(10)包括兩個(gè)小平臺(tái)，所述兩個(gè)小平臺(tái)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(jù)權(quán)利要求 2所述的適用于不規(guī)則區(qū)域的節(jié)水灌溉裝置，其特征在于:所述噴頭包括射線霧化噴頭、噴頭固定支架和噴頭進(jìn)水口，所述射線霧化噴頭通過噴頭固定架固定在聯(lián)擺平臺(tái)(10)上，所述噴頭進(jìn)水口與三通水接頭(22)的出水口相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于不規(guī)則區(qū)域的節(jié)水灌溉裝置，其特征在于:所述節(jié)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(shè)置在所述微控制盒(4)的頂端，所述微控制盒(4)的底端設(shè)有地插(6-1);所述支架的底端設(shè)有地插(6-2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于不規(guī)則區(qū)域的節(jié)水灌溉裝置，其特征在于:所述微控制盒(4)包括控制器(4-1)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(4-2)、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(4-2)、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(4-2)和舵機(jī)驅(qū)動(dòng)器(4-3)連接為其提供電能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于不規(guī)則區(qū)域的節(jié)水灌溉裝置，其特征在于: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.適用于不規(guī)則區(qū)域的節(jié)水灌溉方法，其特征在于:包括如下步驟: ①對(duì)待灌溉區(qū)域的最外圍輪廓曲線進(jìn)行標(biāo)定，即:測(cè)量出灌溉系統(tǒng)距離待灌溉區(qū)域的最外圍輪廓曲線上每個(gè)點(diǎn)的實(shí)際距離R，得到各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)；確定旋轉(zhuǎn)噴頭的位置坐標(biāo)參數(shù)； ②向電腦中輸入標(biāo)定后的各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)和旋轉(zhuǎn)噴頭的位置坐標(biāo)參數(shù)；輸入完畢后，待灌溉輪廓曲線上的灌溉點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)噴頭的距離R確定；然后計(jì)算機(jī)根據(jù)公式(3)計(jì)算出射線霧化噴頭的仰角大小α對(duì)應(yīng)的舵機(jī)角度Θ:
【文檔編號(hào)】A01G25/16GK104012371SQ201410272420
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】李娟 , 郭亭亭, 孫曉鳳, 楊麗麗, 閆法兵, 程世田, 王艷艷 申請(qǐng)人:青島農(nóng)業(yè)大學(xué)