多功能节水灌溉自控仪的制作方法

专利名称：多功能节水灌溉自控仪的制作方法
专利说明 本发明的实用新型涉及一种用于农田、果园、蔬菜塑料大棚、温室、草坪、绿地等灌溉自动控制的多功能节水灌溉自控仪，属于电子技术及磁性元件应用领域。
以往对上述部分进行灌溉时，均是通过人工或机械式定时喷射灌溉的。显然，这样的灌溉方式存在很多弊端。首先灌溉的时间及出水量均是由人工凭借经验进行的，而不考虑植物的真正生理需要。再者就是对水的利用不是最有效的等等。
本发明提供了一种水灌溉的自动控制仪。它不仅能进行节水灌溉控制，而且还可作为土壤湿度报警用。它能按照作物或果树、蔬菜的物候期的需要实现科学供水、使土壤自动保持在最佳持水状态，提高经济效益。与本仪器相同的仪器或设备在市场上或有关资料中均未发现。

以下结合附图将本实用新型详细阐述。
附


图1.为本实用新型的组成框图。本实用新型仪器由传感器(1)、比较控制单元(2)、输出单元(3)及电源(4)部分组成。由(1)检测出土壤水势信号，输送到(2)单元中，在此进行信号比较，然后输出一控制信号到(3)中，进而控制水泵的转和停。
本仪器设计的关键为传感器部分。
如何才能实现对农田进行科学适时的灌水呢？其关键在于灌溉指标的确定，既是对科学的反映灌溉指标传感器的确定。因此本自控仪的关键是传感器在农田中除盐渍土等少数土壤外，不同土壤中某一作物需要灌溉时的土壤水势值是基本一致的。而同一作物在不同土壤上需要灌水时的绝对含水量却常是不同的，因此用土壤水势作为灌溉指标比用土壤含水量作为灌溉指标更合理方便。负压表式土壤水份传感器，即是一种测量土壤水势的仪表，其测量范围在0－0.85大气压，相当土壤有效水的25－75％，多数作物果树最适宜的土壤湿度都在此范围内。且在它的灵敏度范围内测定土壤水势的精度比其它任何方法效果都好，因而用负压表式土壤水份传感器来测定田间土壤水势是实现科学灌水的有效手段。
但是负压表式传感器。仅能提供土壤水势值而不能实现灌水的自动控制。当然土壤水势值转换为电讯号，可通过压敏元件来实现，但目前压敏元件价格较贵切，其产生的电讯号在进入程控器之前须经放大调制，因而使整个自控系统成本大大提高，给普及推广带来困难。为此在本仪器中设计了一种新型的用于自控的土壤水份传感器－磁敏式土壤水分传感器。它可将负压表传感器的土壤水势信号通过磁敏元件转换为开关电讯号，而启动或停止电泵灌水采用磁敏传感器后，使自控系统电路简化，从而降低了整个系统的造价4／5。为普及和推广应用带来的新的希望。
1.磁敏式土壤水份传感器(1)的原理与设计 磁敏式传感器(1)是在负压表式传感器基础上制成的。负压表式传感器的结构原理是传感器的末端为一多孔陶土杯，放置在欲测的土壤之中，陶土杯由硬塑料管与直空表密封连接，在管内装满水。杯内的水与土壤孔隙中的水连通。在土壤干燥时，土壤通过陶土杯微孔从杯中吸水，使传感器内形成局部直空，此时负压表有一定读数值。当灌水后，土壤湿润，土壤吸力下降，水分又回到杯内，负压表读数回零，负压表的读数可直接以厘米水柱高，毫米汞柱高，大气压或PF值或巴值表示。
磁敏式传感器的结构原理是在负压表(A)的指针(B)尖上固定一片小磁片(C)，在可旋传的表盖(E)里固定磁敏元件(D)，带有(D)的表盖(E)可在表针移动的范围内任意旋动，因而可定在任意刻度上。使用时把传感器插在土壤里。土壤干燥负压表向负压方向转动当指针(B)转到予先固定在某一刻度上的磁敏元件(D)位置时，只有当通过(D)的磁场强度上升到导通点时(磁铁与磁敏元件相对重合的面积越大，磁场强度越大)磁敏开关输出才由高电平变为低电平。把这一电压变化的开关信号送给比较控制单元(2)，从而控制了电泵起动或停止。
由于带有(D)的表盖(E)在表针移动的范围内可任意旋动，因而可以很方便的定在任意需要的负压值上，从而使需要不同的湿度的自动控制，变动的十分简单了。本部分结构示意见附图2。
2.传感器电路 本传感器采用霍尔集成电路，CS3020(本图用H表示)作为磁敏元件，它是一种磁敏传感器，具有使用寿命长，无触点磨损，无火花干扰，无转换抖动，工作频率高，温度特性好，价格低廉等优点。
附图3.是单向磁场霍尔开关转移特性曲线及电路 霍尔开关CS3020主要参数 Vcc＝4.5－24V 最大灌电流25mA BOP＝220高斯 工作频率＞100KHz BRP＝165高斯 当外加磁场信号M的磁场强度B上升到导通点BOP时，霍尔开关H输出由高电平变低电平。当B变小到截止点BRP时H输出由低电平变高电平。磁场强度B的变化是通过小磁片(C)与磁敏元件(D)相对位移来实现的。位移的变化可变成输出电压高低的瞬时变化，因此这一电压变化可用来作比较控制电路的开关信号。
3.比较控制单元(2) 它是由一块NE555集成电路组成。从该集成块的主要参数可知其最大输出电流IQ为200mA，在本电磁电路中被驱动的继电器J工作电流仅40mA左右，故用555电路直接驱动它是可行的。
555时基电路直值表 ＊任意电平 H高电平 L低电平 管脚2，6接在一起，作为信号输入端；8脚接于电源正极，1脚接电源负极；3脚为信号输出端；在3脚和电源负极间跨接继电器J的线圈，二极管D并于J线圈两端。
由直值表可知当

(2脚)≥ 2/3 时，Q(3脚)输出低电平。当

≤ 1/3 Vcc时可使电路置位，3脚输出高电平。因而将电路接成施密特触发器形式，霍尔开关H的输出端接555电路的

(2脚)、R(6脚)。当负压表指针还没指到固定在表盘上某一刻度的磁敏元件(D)时，即磁场强度B低于导通点BOP时，H输出高电平，比较控制电路2.6脚

≥ 2/3 Vcc，此时3脚为低电平不能驱动继电器J，电泵电路没接通。当负压表针指到(D)位置时，磁场强度B上升到导通点BOP，H输出由高电平变低电平，控制电路2.6脚

≤ 1/3 Vcc，此时3脚翻转为高电平驱动继电器J闭合，接通电泵灌水。该部分电路见附图4. 4.输出单元(3) 由继电器J和CJ10－10交流接触器完成。J的触点容量为交流110V，0.3A，其触点闭合接通CJ10－10接触器线圈，CJ10－10线圈电压为220V，但电流较小，约40mA左右，固由J带动CJ10－10是可行的。CJ10－10触点容量为380V，10A所驱动的潜水泵为2英寸，流量20m3／h，工作电流为7.4A故安全可靠。该部分电路见附图5。图中K2为手控／自控功能开关。当K2打到自动位置时，继电器J的一个常闭触点J1和CJ10－10接触器线圈形成串联；当K2打到手控时，CJ10－10线圈、CJ10－10的辅助常开触点CJ5及开、停按键开关形成标准的开／停继电器控制电路。
5.电源(4)部分该部分采用桥式整流加电容滤波电路，为传感器(1)、比较控制单元(2)提供工作电源。该部分电路见附图6所示。图中W1为电泵工作指示灯；K1为电源开关。
本实用新型自控仪的完整电路见附图7所示。
当土壤干燥负压表指针达到予定值时，H输出低电平。此开关电信号使比较电路2，6脚

≤ 1/3 Vcc，3脚为高电平，J得电闭合使CJ10－10闭合接通电泵灌水。
当土壤达到一定湿度负压表针回零，通过H的磁场强度低于截止点BRP，H输出高电平，比较电路2，6脚

≥ 2/3 Vcc，3脚翻转为低电平，J断电，使CJ10－10断电，电泵停止灌水。如此反复，使土壤保持在予定的湿度范围内。
附图8为本自控仪控制箱正面示意图。K1为电源开关；K2为手控／自控功能开关；W1为电源指示灯；W2为水泵工作指示灯；a为信号输入插孔；b为开／停转换开关。
本自控仪的基本参数为 1.土壤及环境温度0℃以上 2.控制范围土壤吸力0－0.85大气压，相当土壤有效水25－75％。
3.误差小于0.05大气压 4.适用范围绝大部分质土(少数盐渍土除外) 5.仪器电源二相220V，50HZ 6.控制电机三相380V 7.外型尺寸22Cm×13Cm×11Cm 本发明的实用新型节水灌溉自控仪样机经大量的实际应用，各项性能指标均达到设计要求，可广泛用于农田等的灌溉中。
权利要求1、一种由传感器(1)、比较控制单元(2)、输出单元(3)及电源(4)组成的节水灌溉自控仪，其特征在于传感器(1)中采用霍尔集成电路CS3020作为磁敏元件。
2、根据权利要求1所述的自控仪，其特征在于负压表(A)的指针(B)尖上固定一磁片(C)，在表盖(E)内侧里固定磁敏元件(D)。
3、根据权利要求1、2所述的自控仪，其特征在于表盖(E)在表针(B)转动的范围内任意旋动。
4、根据权利要求1所述的自控仪，其特征在于比较控制单元(2)采用NE555集成电路，并且管脚2、6接在一起与磁敏元件(D)的输出端相连，8脚接于电源正极，1脚接电源负极，在3脚与电源负极间跨接继电器J的线圈，同时二极管与J并联。
5、根据权利要求1所述的自控仪，其特征在于输出单元(3)中，CJ10－10的线圈一端接于三相交流电的一相上，另一端接于双触点开关K2的中性点上，同时K2的两个触点分别接继电器J的一个触点J1的一端上及标准开／停继电器控制电路的一端上。
专利摘要一种用于农田、菜地、苗圃等的多功能节水灌溉自控仪，是由传感器(1)，比较控制单元(2)、输出单元(3)和电源(4)部分组成。该自控仪的传感器部分采取磁敏元件，以土壤水势信号为动作信号，可对作物的需水量作到较准确的控制。为农田等灌溉的自动化开辟了新领域。
文档编号A01G25/16GK2095539SQ91204439
公开日1992年2月12日 申请日期1991年3月27日 优先权日1991年3月27日
发明者罗桂林, 谢亚强 申请人:河北农业技术师范学院