一种改进型防风智能喷灌系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种改进型防风智能喷灌系统，属于喷灌技术领域。
【背景技术】
[0002]喷灌指的是用专门的管道系统和设备将有压水送至灌溉地段并喷射到空中形成细小水滴洒到田间的一种灌溉方法。喷灌作为一种新型灌溉方式，具有节水、保护土壤结构、调节地面气候且不受地形限制等优点，近年来在国内外被广泛应用。目前该灌溉在应用中存在很多问题:由于北方大风持续时间长而且风速大的问题，喷灌系统在很多时候都不能正常运行；除了草坪等大块绿地外，其他植被的浇灌都是采用大水漫灌的方式，费时费水，还容易造成土壤板结；在烈日炎炎的中午，喷灌系统还在工作，这样很容易让喷洒到植物叶片上的水滴发挥凸透镜的作用，灼伤叶片，进而损伤植物；有的时候喷灌系统刚停止工作不久或者还在工作的时候就有降雨，这样无疑是对水资源的一种浪费。
【发明内容】
[0003]本实用新型提出的改进型防风智能灌溉系统就是主要针对防风这一问题对原有的喷灌系统进行了改造，通过运用风力传感器，结合风能的利用，自动调整喷头工作的角度和水流的出口速度，再辅以光传感器和土壤湿度传感器对该系统进行综合调控，将喷灌系统适用范围扩大，使操作更加自动化、智能化，以避免因为没有专业的园林维护人员而对绿植造成的破坏。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为改进型防风智能灌溉系统包括风扇1、传动装置2、喷管3、加压叶轮4、加压水箱5、加压水6、补偿电机7、单片机8、喷头9 ;喷管3包括出水管3.1、风力加压管道3.2。
[0005]具体而言，风扇I设置在该系统的顶部；喷头9安装在喷管3顶部，喷管3的中间为风力加压管道3.2，沿风力加压管道3.2周边均勾对称设有出水管3.1 ;喷管3与加压水箱5相连；传动装置2 —端与风扇I连接，另一端与加压叶轮4连接，加压叶轮4设置在加压水箱5内；所述传动装置2安装在风力加压管道3.2内；加压水箱5内充满有加压水6 ；补偿电机7与加压叶轮4连接；补偿电机7与单片机8相连；出水管3.1均匀设置在喷管3的内部四周。
[0006]所述风扇I上设置有风向、风速传感器，风向、风速传感器与单片机8相连。
[0007]喷管区的土壤中设有湿度传感器、光传感器，光传感器、湿度传感器与单片机8相连。
[0008]所述风扇I通过传动装置2带动加压叶轮4。
[0009]所述补偿电机7对加压叶轮4进行驱动。
[0010]喷管3分为内外两个部分即出水管3.1、风力加压管道3.2，实际操作时，根据喷管3的直径决定每根管中的出水管3.1的数量，加压后的水柱将由此喷出；喷头9上方的风扇I逆风将采集的风力通过传动装置2带动喷管3底部的加压叶轮4转动，加压叶轮4转动再带动周围的水快速运动，从而为逆风方向出水管3.1的水柱加压；当所需压力不足时，补偿电机7对加压叶轮4进行驱动，用以补偿相应水压。
[0011]与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果。
[0012]1、风本身就是一种能量，如果能有效地利用风能，将其从影响喷灌系统实施的阻碍因素变为辅助增强因素，这样不仅解决了喷灌过程的问题还能节省能源。
[0013]2、将喷灌系统的管道改造，分割成许多小管，从而达到为不同方向的水柱提供不同压力的目的。同时利用风能带动叶轮转动来为逆风方向水柱提供所缺的压力，系统只需以顺风方向的压力为整体供压，而顺风方向所需压力甚至小于无风时的压力，这样相当于把风力对喷灌系统的危害变为了有利条件。
[0014]3、综合利用多种传感器，实现系统自动化、智能化控制。
【附图说明】
[0015]图1为该系统的整体平面结构图。
[0016]图2为该系统的整体立体结构图。
[0017]图中:1、风扇，2、传动装置，3、喷管，4、加压叶轮，5、加压水箱，6、加压水，7、补偿电机，8、单片机，9、喷头，3.1、出水管，3.2、风力加压管道。
【具体实施方式】
[0018]实施例
[0019]如图1-2所示，某一时刻风向为东，传感器感应到风向和风速以后，将信号传递给单片机，单片机上的程序运算后得出应该给朝向为东的水柱加压X千帕，应给朝向为西的水柱加压I千帕(显然，y〈x)，此时单片机控制总控室给全部供水加压I千帕，因此在喷管底部应给朝向为东的水柱补充(χ-y)千帕的压力，通过计算叶轮的转速为nrad/s，方向朝东。由风力提供的能量如果不能满足转速要求，则由补偿电机提供剩余能量来保持转速的稳定。
[0020]由于风扇的方向是朝着与风向相反的方向，即需要最大压力的方向，因此以叶轮朝向为中心线，逐渐向两侧过渡时的加压效果是渐变的，即出口速度是由逆风向的最大速度到顺风向的最小速度渐变的。这样，就实现了所预期的，避免了风对喷灌的影响，使喷灌的范围和效果达到预期值。
[0021]利用风能首先要知道风向和风速，可以通过风向、风速传感器来实现。在整体控制的一片绿地内，可以根据绿地面积和地形状态，设置多个观测点，以使调整后的喷灌系统达到整体适用的效果。
[0022]喷灌系统喷洒出的小水滴的运动状态是一种斜上抛运动，在这个过程中受到自身重力和空气阻力的影响。由于喷头旋转喷水，每一时刻都有朝向不同的水柱从喷头喷出。假定风在短时间内不会改变方向，则风力对和它同方向的水柱的作用为加速，而对和它方向相反的水柱的作用为减速。为了调整喷水范围与有风之前一致，则应该调整不同方向水柱的出口速度和出口角度。又考虑到喷头在喷水时处在较高速旋转状态，如果改变喷水角度，即让喷口在旋转过程中不断调整方向，这样的话对喷头的强度要求就会很高，同时也就很容易损坏。因此，通过改变水柱出口速度来达到利用风能实现正常喷灌的目的。
[0023]人们往往注意不到天气对喷灌的影响。例如，工作人员将喷灌系统开启后往往整日喷灌，正午时，光照强烈，喷洒到植物叶片上的水滴此刻便起到了凸透镜聚光的作用，很容易将植物叶片灼伤；在降雨量达到一定水平、土壤湿度大的时候，植物不处于缺水状态，不需要进行喷灌。
[0024]在喷灌中，不需要对光照强度高精确测量，因而选择光敏电阻-电压变换电路来进行感应控制即可。这样得到的是直流电压，方便单片机识别利用。
[0025]土壤湿度传感器同样不需要高精度测量，因此采用电阻式或电容式的湿敏元件，结合电压变换电路，得到的直流电压输入单片机进行控制。
[0026]光传感器和土壤湿度传感器结合起来对系统进行智能化、自动化控制的基础就是单片机的编程控制，控制器的核心是单片机。
[0027]结合第一部分谈到的风力风速传感器来说，这些传感器汇总的电信号数据将被传输到单片机进行处理，这其中还需要多组实验数据来进行程序化设定。设定好之后，单片机输出数字量，数字量经过数字模拟转换电路输入电压或电流，从而对整个系统进行控制。
[0028]当土壤湿度传感器感应到土壤湿度大于某一个值的时候，单片机会控制系统停止工作；当光传感器感应到光照强度大于某一值时，同样通过单片机控制系统停止工作。
[0029]伯努利方程也叫做“压力方程”，它是一维流动问题中的一个重要关系式，而且在整个不可压缩、定常流体力学的领域里也具有根本的重要性。伯努利方程是理想正压流体在有势体积力作用下作定常运动时，运动方程(即欧拉方程)沿流线积分而得到的表达运动流体机械能守恒的方程。对于重力场中的不可压缩均质流体，方程为P+P gh+(l/2)*P v~2 = Co流动中速度增大，压强就减小；速度减小，压强就增大；速度降为零，压强就达到最大(理论上应等于总压)。本实用新型利用该原理，将逆风向的水柱加压加速，从而实现防风目的。
【主权项】
1.一种改进型防风智能喷灌系统，其特征在于:该系统包括风扇(I)、传动装置(2)、喷管(3)、加压叶轮(4)、加压水箱(5)、加压水(6)、补偿电机(7)、单片机(8)、喷头(9);喷管(3)包括出水管(3.1)、风力加压管道(3.2)； 具体而言，风扇(I)设置在该系统的顶部；喷头(9)安装在喷管(3)顶部，喷管(3)的中间为风力加压管道(3.2)，沿风力加压管道(3.2)周边均匀对称设有出水管(3.1);喷管(3)与加压水箱(5)相连；传动装置(2) —端与风扇⑴连接，另一端与加压叶轮⑷连接，加压叶轮⑷设置在加压水箱(5)内；所述传动装置(2)安装在风力加压管道(3.2)内；加压水箱(5)内充满有加压水(6);补偿电机(7)与加压叶轮(4)连接；补偿电机(7)与单片机⑶相连；出水管(3.1)均匀设置在喷管(3)的内部四周； 所述风扇(I)上设置有风向、风速传感器，风向、风速传感器与单片机(8)相连。2.根据权利要求1所述的一种改进型防风智能喷灌系统，其特征在于:喷管区的土壤中设有湿度传感器、光传感器，光传感器、湿度传感器与单片机(8)相连。
【专利摘要】一种改进型防风智能喷灌系统，该系统包括风扇、传动装置、喷管、加压叶轮、加压水箱、加压水、补偿电机、单片机、喷头；喷管包括出水管、风力加压管道。具体而言，风扇设置在该系统的顶部；喷头安装在喷管顶部，喷管的中间为风力加压管道，沿风力加压管道周边均匀对称设有出水管；喷管与加压水箱相连；传动装置一端与风扇连接，另一端与加压叶轮连接，加压叶轮设置在加压水箱内；所述传动装置安装在风力加压管道内；加压水箱内充满有加压水；补偿电机与加压叶轮连接；补偿电机与单片机相连；出水管均匀设置在喷管3的内部四周。
【IPC分类】A01G25/02, A01G25/16
【公开号】CN204721961
【申请号】CN201520138478
【发明人】赵旭, 程维虎, 付昕炎, 刘鑫, 张洋, 洪今滔, 姬庆庆, 赵天宇, 毕光耀
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年3月11日