基于太阳能发电的水利灌溉装置的制作方法

1.本发明涉及水利灌溉技术领域，尤其涉及一种基于太阳能发电的水利灌溉装置。


背景技术：

2.我国是一个农业大国，人口多、耕地少、水资源紧缺、水旱灾害频繁，特殊的气候、地理等自然条件以及社会条件决定了中国农业必须走灌溉农业的发展道路。我国具备灌溉条件的耕地有8.38亿亩，实际可确保灌溉的有7.5亿亩，还有0.88亿亩的耕地不能确保灌溉或无法灌溉。耕地不能确保灌溉或无法灌溉的原因主要由于缺水或缺电造成的。虽然我国建成了世界上最大的电网，供电也基本满足了生产生活的需要，但是，对于一些距离人民生活区相对远的地方，且一年也用不了几次电的地方，电网是覆盖不到的，这样就造成了一部分耕地处于有水无电的无法灌溉的尴尬境地。虽然部分地区采用拉电线、柴油发电机发电等方式给水泵供电，从居民区拉电线至偏远地区，其费用高，操作复杂且不安全因素高；柴油发电机发电不仅费工费时、成本较高，更是污染严重。
3.因此，亟需一种新的解决有水无电灌溉的问题的装置。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种基于太阳能发电的水利灌溉装置，其特征在于：包括：将太阳能转换为电能的太阳能发电装置、用于存储电能的储能单元、用于将直流电转换为交流电的逆变器、用于给灌溉装置提供水压的水泵、用于采集目标土地湿度的土壤湿度传感器和用于控制所述灌溉装置工作状态的主控单元；
5.所述太阳能发电装置的输出端与主控单元电连接，所述主控单元与储能单元电连接，主控单元的输出端经逆变器与水泵的电源端连接，所述土壤湿度传感器的输出端与所述控制单元的输入端连接；
6.所述控制单元包括用于控制对外供电的供电控制单元和储能控制单元，其中，所述供电控制单元包括光耦g1、电阻r1、电阻r2、电阻r5、电阻r6、比较器u1、三极管q1、三极管q5、三极管q7、二极管d1和稳压二极管zd1；
7.光耦g1的发光二极管的阳极与土壤湿度传感器的输出端连接，光耦g1的发光二极管的阴极接地，光耦g1的三级管的集电极与电源端连接，光耦g1的三极管的发射极经电阻r1接地，比较器u1的反相端与光耦g1的三极管的发射极和电阻r1的公共连接点连接，比较器u1的同相端与基准电压连接，比较器u1的输出端与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端与三极管q1的基极连接，三极管q1的集电极与太阳能发电装置的输出端连接，三极管q1的发射极与稳压二极管zd1的阴极连接，稳压二极管zd1的阳极与二极管d1的阳极连接，二极管d1的阴极与逆变器的输入端连接，电阻r5的一端与稳压二极管zd1的阳极与二极管d1的阳极的公共连接点连接，电阻r5的另一端经电阻r6接地，三极管q7的集电极与储能单元的输出端连接，三极管q7的基极与电阻r2的另一端连接，三极管q5的基极与电阻r5和电阻r6的公共连接点连接，三极管q5的发射极与三极管q7的发射极连接，三极管q5的集电极与逆
变器的输入端连接。
8.进一步，所述储能控制单元包括电阻r3、电阻r4、三极管q2、三极管q3和三极管q4，电阻r3的一端与太阳能发电装置的输出端和三极管q1的集电极的公共连接点连接，电阻r3的另一端与三极管q3的发射极连接，三极管q3的集电极与三极管q2的基极连接，三极管q2的集电极经电阻r4与太阳能发电装置的输出端和三极管q1的集电极的公共连接点连接，三极管q2的发射极与储能单元的电源端连接，三极管q3的基极与电阻r2的另一端连接，三极管q4的发射极与电阻r2和三极管q3的基极的公共连接点连接，三极管q4的集电极接地，三极管q4的基极与电阻r5和电阻r6的公共连接点连接。
9.进一步，所述三极管q1和q7为npn型三极管，三极管q5为pnp型三极管。
10.进一步，所述三极管q2和q3均为npn型三极管，所述三极管q4为pnp型三极管。
11.进一步，所述主控单元还包括二极管d2，二极管d2的阳极与三极管q4的集电极和电阻r2的公共连接点连接，二极管d2的阴极与三极管q3的基极连接。
12.进一步，所述装置还包括稳压单元，所述稳压单元的输入端与太阳能发电装置的输出端连接，所述稳压单元的输出端与所述主控单元电连接。
13.进一步，所述稳压单元包括电容c1、电阻r7、电阻r8、电阻r9、mos管q6和可控精密稳压源tl431，电容c1的一端与太阳能发电装置的输出端连接，电容c1的另一端接地，mos管q6的漏极与太阳能发电装置的输出端连接，mos管q6的源极为稳压单元的输出端，电阻r7的一端与电容c1和mos管q6的漏极的公共连接点连接，电阻r7的另一端与mos管q6的栅极连接，可控精密稳压源tl431的阴极与mos管q6的栅极连接，可控精密稳压源tl431的阳极接地，电阻r8的一端与mos管q6的源极连接，电阻r8的另一端经电阻r9接地，可控精密稳压源tl431的参考端与电阻r8和电阻r9的公共连接点连接。
14.进一步，所述土壤湿度传感器的数量大于等于1，所述土壤湿度传感器设置于待灌溉的土地内。
15.本发明的有益技术效果：本技术提供的太阳能发电的水利灌溉装置采用太阳能发电为水利灌溉提供动力，本装置可根据湿度传感器的输出值自动判定是否开启或关闭灌溉，实现节水灌溉，自动化程度高，节约了大量的人力，绿色环保。
附图说明
16.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
17.图1为本技术的结构框图。
18.图2为本技术的湿度采集电路原理图。
19.图3为本技术的控制电路原理图。
20.图4为本技术的稳压电路原理图。
具体实施方式
21.以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明：
22.本发明提供一种基于太阳能发电的水利灌溉装置，其特征在于：如图1所示，所述装置包括：将太阳能转换为电能的太阳能发电装置、用于存储电能的储能单元、用于将直流电转换为交流电的逆变器、用于给灌溉装置提供水压的水泵、用于采集目标土地湿度的土
壤湿度传感器和用于控制所述灌溉装置工作状态的主控单元；在本实施例中，所述土壤湿度传感器将土壤湿度转换为电压输出，即土壤湿度越大，输出的电压越大，反之，土壤越干燥，输出的电压越小，本领域技术人员可根据实际需要选购合适的土壤湿度传感器。在本实施例中，水泵通过喷水管道连接至待灌溉土地。所述太阳能发电装置包括太阳能电池板。在本实施例中，储能单元和逆变器均选用现有产品，在此不再赘述。
23.所述太阳能发电装置的输出端与主控单元电连接，所述主控单元与储能单元电连接，主控单元的输出端经逆变器与水泵的电源端连接，所述土壤湿度传感器的输出端与所述控制单元的输入端连接；
24.本技术提供的太阳能发电的水利灌溉装置采用太阳能发电为水利灌溉提供动力，本装置可根据湿度传感器的输出值自动判定是否开启或关闭灌溉，实现节水灌溉，自动化程度高，节约了大量的人力，绿色环保。
25.如图2和图3所示，所述控制单元包括用于控制对外供电电路的供电控制单元和储能控制单元，其中，所述供电控制单元包括光耦g1、电阻r1、电阻r2、电阻r5、电阻r6、比较器u1、三极管q1、三极管q5、三极管q7、二极管d1和稳压二极管zd1；
26.光耦g1的发光二极管的阳极与土壤湿度传感器的输出端连接，光耦g1的发光二极管的阴极接地，光耦g1的三级管的集电极与电源端连接，光耦g1的三极管的发射极经电阻r1接地，比较器u1的反相端与光耦g1的三极管的发射极和电阻r1的公共连接点连接，比较器u1的同相端与基准电压连接，比较器u1的输出端与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端与三极管q1的基极连接，三极管q1的集电极与太阳能发电装置的输出端连接，三极管q1的发射极与稳压二极管zd1的阴极连接，稳压二极管zd1的阳极与二极管d1的阳极连接，二极管d1的阴极与逆变器的输入端连接，电阻r5的一端与稳压二极管zd1的阳极与二极管d1的阳极的公共连接点连接，电阻r5的另一端经电阻r6接地，三极管q7的集电极与储能单元的输出端连接，三极管q7的基极与电阻r2的另一端连接，三极管q5的基极与电阻r5和电阻r6的公共连接点连接，三极管q5的发射极与三极管q7的发射极连接，三极管q5的集电极与逆变器的输入端连接。
27.在本实施例中，所述储能控制单元包括电阻r3、电阻r4、三极管q2、三极管q3和三极管q4，电阻r3的一端与太阳能发电装置的输出端和三极管q1的集电极的公共连接点连接，电阻r3的另一端与三极管q3的发射极连接，三极管q3的集电极与三极管q2的基极连接，三极管q2的集电极经电阻r4与太阳能发电装置的输出端和三极管q1的集电极的公共连接点连接，三极管q2的发射极与储能单元的电源端连接，三极管q3的基极与电阻r2的另一端连接，三极管q4的发射极与电阻r2和三极管q3的基极的公共连接点连接，三极管q4的集电极接地，三极管q4的基极与电阻r5和电阻r6的公共连接点连接。
28.所述三极管q1和q7为npn型三极管，三极管q5为pnp型三极管。
29.所述三极管q2和q3均为npn型三极管，所述三极管q4为pnp型三极管。
30.所述主控单元还包括二极管d2，二极管d2的阳极与三极管q4的集电极和电阻r2的公共连接点连接，二极管d2的阴极与三极管q3的基极连接。上述技术方案利用二极管d2的单相导通性，当比较器u1输出高电平且q4截止时，与三极管q3的基极连接，使三极管q3截止，当比较器u1输出高电平同时q4导通时，三极管q3的基极为低电平，三级管q3导通，但是因二极管d2的单行导电性，电流无法经三极管q4到地，二是经过三极管q3到三极管q2，使太
阳能发电的电量到达储能单元。
31.所述主控单元的工作原理如下：
32.土壤湿度传感器将采集的土壤湿度对应的电压传输给比较器u1，比较器u1的同相端的基准电压设置有土壤需要灌溉的电压阈值，低于该阈值，则土壤需要灌溉，反之，则无需灌溉：
33.当比较器u1的反相端的电压高于比较器u1的同相端的电压时，比较器u1输出低电平，三极管q1截止，三极管q7截止，逆变器的电源端与电源断开，即水泵无法获得电源，不对外灌溉；与此同时，三极管q3导通，三极管q2导通，太阳能发电装置相储能单元充电。
34.当比较器u1的反相端的电压低于比较器u1的同相端的电压时，比较器u1输出高电平，三极管q1导通，三极管q7导通，若此时的太阳能发电的电压足够击穿稳压二极管zd1，则表示太阳能当时的实时发电量的电压能够为水泵提供其工作电压，则太阳能发电装置直接向逆变器及水泵供电，此时，三极管q5截止，由太阳能单独向逆变器及水泵供电；若此时的太阳能发电的电压无法击穿稳压二极管zd1，则表示太阳能当时的实时发电量的电压无法达到水泵的额定电压，则太阳能发电装置无法直接向逆变器及水泵供电，此时，三极管q5导通，由储能单元单独向逆变器及水泵供电；与此同时，三极管q4导通，三级q3导通，三级管q2导通，太阳能发电装置相储能单元充电。
35.在本实施例中，所述装置还包括稳压单元，所述稳压单元的输入端与太阳能发电装置的输出端连接，所述稳压单元的输出端与所述主控单元电连接。
36.如图4所示，所述稳压单元包括电容c1、电阻r7、电阻r8、电阻r9、mos管q6和可控精密稳压源tl431，电容c1的一端与太阳能发电装置的输出端连接，电容c1的另一端接地，mos管q6的漏极与太阳能发电装置的输出端连接，mos管q6的源极为稳压单元的输出端，电阻r7的一端与电容c1和mos管q6的漏极的公共连接点连接，电阻r7的另一端与mos管q6的栅极连接，可控精密稳压源tl431的阴极与mos管q6的栅极连接，可控精密稳压源tl431的阳极接地，电阻r8的一端与mos管q6的源极连接，电阻r8的另一端经电阻r9接地，可控精密稳压源tl431的参考端与电阻r8和电阻r9的公共连接点连接。通过可控精密稳压源tl431来稳定mos管栅极的电压从而实现输出稳定的电压。
37.在本实施例中，所述土壤湿度传感器的数量大于等于1，所述土壤湿度传感器设置于待灌溉的土地内。所述土壤湿度传感器位于待灌溉的土壤中不同位置多点设置均匀分布，所述土壤湿度传感器与主控单元通信连接。
38.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。