一种用于农业灌溉的阀门装置及阀门状态判断方法与流程

本发明涉及农业灌溉技术领域，尤其涉及一种用于农业灌溉的阀门装置及阀门状态判断方法。

背景技术：

目前，农业灌溉远程控制系统中使用的阀门主要有两种，即依靠水力驱动的先导阀和依靠交流电机驱动的电动阀。水力驱动先导阀门在使用时需要一定的水压向阀腔内注水或排水才能实现阀门的启闭，在遇到杂质含量较高、水质不好的情况时，会发生导流孔堵塞的现象，致使阀门不能正常打开或关闭；阀体上腔弹簧的存在导致阀门在持续工作状态下时，将会损失一定程度的水头，使得阀门后面的管网压强减小，流量减少，进而影响灌溉系统效率。

在农业滴灌远程控制系统中，阀门状态判断是一项重要内容。判断阀门是否正常打开或关闭，通常使用的方法是利用电磁感应原理或压力感应原理来监测阀门的开关状态。电磁感应原理：在阀门的出水口设置一个可以活动的拨片，拨片上设置有磁铁，拨片的后方安装有干簧管。当阀门出水口有水流通过时，会拨动拨片运动，使磁铁将干簧管中的金属触片吸合，进而在电路中产生通路信号，即可判断阀门出水口有水通过。这种方法存在的问题是：如果阀门出水口的水流速很大，但流量较小时，也能使拨片移动，导致系统判断阀门为正常出水，但是这种出水量不能满足灌溉需要。而且，当水质较浑浊时，磁铁上会吸附水中的细小铁屑或其它可吸附的金属物质，吸附的金属物过多时，会造成磁铁无法吸合干簧管中的金属触片，使系统不能准确判断是否有水流通过。压力感应原理：在阀门的出水口附件安装一压力传感器，当阀门打开并有水流通过时，传感器会感受到压力的存在，继而发送出打开信号，否则，发送关闭信号。这类传感器的重大缺陷在于，农业灌溉人员习惯于多打开阀门导致出水口压力常常低于设定临界值，此时，传感器感受不到水压信号，发送出阀门关闭但实际上打开的错误的信号。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种用于农业灌溉的阀门装置及阀门状态判断方法，主要目的在于提高阀门装置的可靠性和阀门状态判断的准确性，进而提高灌溉系统的运行效率，另一目的在于减小阀门开启的能耗损失。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种用于农业灌溉的阀门装置，包括:阀体、阀芯、驱动机构、检测机构和控制机构；

所述阀芯设置在所述阀体内，能够相对所述阀体转动；

所述检测机构固定地设置在所述阀体上，用于检测所述阀芯的转动角度；所述检测机构包括：至少四个红外发射接收对管；所述红外发射接收对管沿圆周方向均匀分布；所述红外发射接收对管包括：红外发射管和红外接收管；

所述驱动机构固定地设置在所述阀体上，与所述阀芯传动连接，用于驱动所述阀芯转动；

所述驱动机构包括：转动轴和转动板件；

所述转动轴与所述阀芯固定连接；

所述转动板件固定地设置在所述转动轴上，用于反射红外线；所述转动板件上设置有过孔；所述过孔为通孔，用于避免反射所述红外发射接收对管的红外线；

所述控制机构固定地设置在所述阀体上，用于接收所述检测机构的信号，并向所述驱动机构发送信号。

进一步地，所述驱动机构还包括：驱动电机和变速机构；

所述变速机构与所述阀芯传动连接；

所述驱动电机与所述变速机构传动连接。

进一步地，所述变速机构通过所述转动轴与所述阀芯连接。

进一步地，所述控制机构包括：阀门状态采集板；

所述阀门状态采集板用于监测所述红外接收管的电流大小。

进一步地，所述控制机构还包括：无线通讯模块；

所述无线通讯模块用于远程接收控制信号。

进一步地，所述阀体为三通结构。

进一步地，所述阀芯为三通球体阀芯；所述三通球体阀芯为“t”型结构。

进一步地，还包括：能源机构；

所述能源机构固定地设置在所述阀体上，用于给所述驱动机构、检测机构和控制机构提供能源；

所述能源机构包括：太阳能电板和蓄电池；

所述太阳能电板与所述蓄电池连接，用于给所述蓄电池充电。

另一方面，本发明的实施例提供一种阀门状态判断方法，包括如下步骤：

红外发射管以固定的方向向转动板件发射光；

转动板件接收红外发射管发射的光，并对接收的光进行反射；

红外接收管以固定的方向接收转动板件发射的光；

驱动电机驱动转动轴转动，进而带动转动板件转动；

当转动板件上的过孔与红外发射管对应时，红外发射管发射的光穿过转动板件；

红外接收管不能接收到转动板件的反射光；

红外接收管根据光的强度将接收的光转换为对应的电信号，并将所述电信号传输给控制机构；

控制机构对红外接收管转换成的电信号的变化进行计算，确定所述转动轴的旋转角度。

进一步地，所述控制机构通过判断所述红外接收管产生大电流的次数来确定所述转动轴转动的角度。

借由上述技术方案，本发明用于农业灌溉的阀门装置及阀门状态判断方法至少具有下列优点：

本发明的实施例提供一种用于农业灌溉的阀门装置，包括:阀体、阀芯、驱动机构、检测机构和控制机构；阀芯设置在阀体内，能够相对阀体转动，与普通手动球阀一样——不存在为保持阀门持续开启而消耗能量；驱动机构固定地设置在阀体上，与阀芯传动连接，用于驱动阀芯转动；驱动机构包括：转动轴和转动板件；转动轴与阀芯固定连接；转动板件固定地设置在转动轴上，用于反射红外线；转动板件上设置有过孔；过孔为通孔，用于避开反射红外发射接收对管的红外线；控制机构固定地设置在阀体上，用于接收检测机构的信号，并向驱动机构发送信号。检测机构固定地设置在阀体上，用于检测阀芯的转动角度；检测机构包括：至少四个红外发射接收对管；红外发射接收对管沿圆周方向均匀分布；红外发射接收对管包括：红外发射管和红外接收管；阀门状态根据转动轴的位置测定，不受阀门过水速度的影响，可准确判断当前阀门的状态。且检测机构不与水接触，避免了水对电器元器件稳定性的影响，判断阀门状态准确性高，稳定性好。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种用于农业灌溉的阀门装置的剖视示意图；

图2为本发明实施例提供的一种用于农业灌溉的阀门装置的另一视角的示意图。

图中所示：

1为阀体，2为阀芯，3为驱动机构，3-1为驱动电机，3-2为变速机构，3-21为转动轴，3-22为转动板件，4为检测机构，5为控制机构，5-1为阀门状态采集板，5-2为无线通讯模块，6为能源机构，6-1为太阳能电板，6-2为蓄电池。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

如图1和图2所示，本发明的一个实施例提出的一种用于农业灌溉的阀门装置，包括:阀体1、阀芯2、驱动机构3、检测机构4和控制机构5；阀体1优选为铸铁材质；

阀芯2设置在阀体1内，能够相对阀体1转动，球阀结构，以便减少水损。阀芯2优选为铜质。

检测机构4固定地设置在阀体1上，用于检测阀芯2的转动角度；检测机构4包括：至少四个红外发射接收对管；红外发射接收对管沿圆周方向均匀分布；红外发射接收对管包括：红外发射管和红外接收管；红外发射管用于发射光线，红外接收管用于接收红外发射管发射的被转动板件3-22反射回的光线。

驱动机构3固定地设置在阀体1上，本实施例优选驱动机构3通过紧固件与阀体1固定；驱动机构3与阀芯2传动连接，用于驱动阀芯2转动；

驱动机构3包括：驱动电机3-1和变速机构3-2；变速机构3-2与阀芯2传动连接；

驱动电机3-1与变速机构3-2传动连接。驱动电机3-1通过变速机构3-2减速后能够增加传动扭矩。本实施例优选驱动机构3使用低电压直流供电，结合变速机构3-2，增加转动力矩，完全可以满足阀门开启或关闭所需的力矩。确保了阀门正常开启关闭的稳定性和安全性。变速机构3-2包括：转动轴3-21和转动板件3-22；转动轴3-21与阀芯2固定连接；

转动板件3-22固定地设置在转动轴3-21上，用于反射红外线；转动板件3-22上设置有过孔；过孔为通孔，用于避免反射红外发射接收对管的红外线；进一步地，变速机构3-2通过转动轴3-21与阀芯2连接。过孔可以为圆孔或槽孔。本实施例优选过孔为槽孔，以降低对红外发射接收对管分布的要求。

控制机构5固定地设置在阀体1上，用于接收检测机构4的信号，判断阀门的状态，并向驱动机构3发送信号，以控制驱动机构3驱动阀芯2，改变阀门的状态。当然也可以保持阀门状态不变。

当驱动机构3通过转动轴3-21带动阀芯2转动时，转动板件3-22上的过孔随着转动轴3-21转动，当过孔转动至红外发射接收对管的反射区时，过孔导致转动板件3-22无法反射光线，红外接收管在没有接受到反射光时，会产生一个高电平，根据四个高电平产生的顺序即可判断阀门当前的状态。这样就使得阀门状态判断相较以往技术更加稳定和安全。

本发明的实施例提供一种用于农业灌溉的阀门装置，阀芯2设置在阀体1内，能够相对阀体1转动，与普通手动球阀一样可大幅度降低水损；阀门状态根据转动轴3-21的位置测定，不受阀门过水速度的影响，可准确判断当前阀门的状态，且检测机构4不与水接触，避免了水对元器件的影响，判断阀门状态准确性高，稳定性好，进而提高灌溉系统的运行效率。

作为上述实施例的优选，控制机构5包括：阀门状态采集板5-1；

阀门状态采集板5-1用于监测红外接收管的电流大小，通过检测电流的变化来确定转动板件3-22上过孔的位置，进而确定阀门的状态。

作为上述实施例的优选，控制机构5还包括：无线通讯模块5-2；无线通讯模块5-2用于远程接收控制信号。本发明实施例使用无线控制，对通讯距离有极大提升，降低成本投入和维护难度。

现阶段农业田间灌溉自动化控制系统使用传统阀门时，在一个出水桩上需要安装两个阀门，阀门均为两通阀；为了简化灌溉系统，本发明实施例优选阀体1为三通结构。

进一步优选，阀芯2为三通球体阀芯2；三通球体阀芯2为“t”型结构。使得一个阀门可以同时控制三个口的状态，大大降低了阀门在田间的布设成本。本实施例提供的阀门装置，只需在出水桩上安装一个阀门就可控制两个出水口，实现任意一个出水口的打开或关闭，以及全部出水口的关闭或打开，并且水流通过阀门时不存在阻碍其流动导致水压损失的情况。

现有电动阀门大多使用交流供电，在安装布设的时候需要布设大量的供电线，不便于农田操作使用和后期的维护管理。当线路老化或损坏时对人身有潜在的安全隐患。为了克服上述问题，本发明实施例提出的一种用于农业灌溉的阀门装置还包括：能源机构6；能源机构6固定地设置在阀体1上，用于给驱动机构3、检测机构4和控制机构5提供能源；能源机构6包括：太阳能电板6-1和蓄电池6-2；太阳能电板6-1与蓄电池6-2连接，用于给蓄电池6-2充电，简化了线路结构，且没有安全隐患。本发明实施例采用太阳能电板6-1对内置蓄电池6-2供电，减少了外置电源供电设施和工程，不需考虑在田间使用电线对电动阀供电。蓄电池6-2优选为锂电池。

另一方面，本发明的实施例提供一种阀门状态判断方法，包括如下步骤：

红外发射管以固定的方向向转动板件3-22发射光；

转动板件3-22接收红外发射管发射的光，并对接收的光进行反射；

红外接收管以固定的方向接收转动板件3-22发射的光；

驱动电机3-1驱动转动轴3-21转动，进而带动转动板件3-22转动；

当转动板件3-22上的过孔与红外发射管对应时，红外发射管发射的光穿过转动板件3-22；

红外接收管不能接收到转动板件3-22的反射光；

红外接收管根据光的强度将接收的光转换为对应的电信号，并将电信号传输给控制机构5；

控制机构5对红外接收管转换成的电信号的变化进行计算，确定转动轴3-21的旋转角度。

作为上述实施例的优选，控制机构5通过判断红外接收管产生大电流的次数来确定转动轴3-21转动的角度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。