專利名稱：一種自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及生態(tài)工程中的灌溉自動(dòng)化技術(shù)，具體地說(shuō)是一種根據(jù)自然溫度和土壤含 水量自動(dòng)控制灌溉給水的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
進(jìn)行生態(tài)工程時(shí)，為保證地表所覆植被的成活率，首要保證的就是水量供應(yīng)充足。而天 然降水受季節(jié)影響較大，雨量又很難控制，大多都難以達(dá)到植被生長(zhǎng)所需的用水量。因此， 在現(xiàn)行的生態(tài)修復(fù)工程中，植被生長(zhǎng)期常使用人工輔助灌溉措施。我國(guó)人工輔助灌溉措施主 要分為粗放型的大水漫灌和相對(duì)節(jié)約型的現(xiàn)代灌溉技術(shù)。漫灌既費(fèi)水，灌溉效果也不佳，將
漸漸退出歷史舞臺(tái)；而現(xiàn)代灌溉技術(shù)主要以噴灌和滴灌為主，雖然在一定意義上節(jié)約了灌溉 用水量，但是無(wú)法控制有效灌溉量和合適的灌溉時(shí)間，仍會(huì)導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)，尤其是在干 單缺水、蒸發(fā)量大的西部地區(qū)，難以達(dá)到預(yù)期效果。因此開(kāi)發(fā)一種節(jié)約型、智能型、可監(jiān)控 型的灌溉系統(tǒng)，具有較為深遠(yuǎn)的意義。
現(xiàn)有的智能灌溉系統(tǒng)大致分為兩種，分別為土壤水分傳感器控制灌溉系統(tǒng)和溫度傳感器 控制灌溉系統(tǒng).這兩種灌溉系統(tǒng)在一定程度上解決了灌溉系統(tǒng)智能化的問(wèn)題，但是局限性較 大。例如，溫度傳感器控制的灌溉系統(tǒng)雖然能夠解決根據(jù)溫度上下限調(diào)節(jié)灌溉供水，卻忽視 了土壤中本身的含水量，如遇雨澇天氣，很容易形成地表徑流，導(dǎo)致水土流失。再如，土壤 水分傳感器控制灌溉系統(tǒng)，雖然在土壤含水量上把握很準(zhǔn)，但是難以把握溫度，寒冷的天氣 中如不人為關(guān)閉，很容易造成元件被凍壞和水資源浪費(fèi)的后果。而且，土壤水分傳感器本身 也有許多分類，簡(jiǎn)易型的造價(jià)低且實(shí)用，但是人為操作太多；電子元件型的操作簡(jiǎn)單，不用 太多維護(hù)，但是造價(jià)太高，不利于推廣。此外上述兩種系統(tǒng)普遍缺乏可監(jiān)控性，無(wú)法在室內(nèi) 監(jiān)視系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，如若元件或儀器運(yùn)行出現(xiàn)失常，很難被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。因此，上述兩種 系統(tǒng)在實(shí)地綜合應(yīng)用效果均不甚理想。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述存在的不足之處，本發(fā)明專利的目的在于提供一種兼土壤水分傳感器和溫 度傳感器于一體，同時(shí)還具有故障定位報(bào)警功能的灌溉系統(tǒng)，使灌溉系統(tǒng)在保證自身正常運(yùn) 行的同時(shí)還兼顧植被適生溫度和土壤合適含水量。
本發(fā)明專利的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明專利包括控制系統(tǒng)和噴水系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)主要是由串聯(lián)的開(kāi)關(guān)式土壤水分傳感器、 開(kāi)關(guān)式溫度傳感器、報(bào)警系統(tǒng)三個(gè)實(shí)體部分組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)和一個(gè)手動(dòng)開(kāi)關(guān)形成的手動(dòng) 控制系統(tǒng)，兩個(gè)控制系統(tǒng)在大回路中并聯(lián)；噴水系統(tǒng)與控制系統(tǒng)串聯(lián)，噴水開(kāi)關(guān)取決于控制 系統(tǒng)。系統(tǒng)用電可釆用中華人民共和國(guó)居民用電系統(tǒng)，交流220V， 50Hz.示意圖見(jiàn)圖l。
具體元件設(shè)計(jì)是通過(guò)以下技術(shù)方案設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的
1. 開(kāi)關(guān)式土壤水分傳感器設(shè)計(jì)
開(kāi)關(guān)式土壤水分傳感器是利用張力計(jì)的原理制成的，它利用特制的電接點(diǎn)真空表將土壤 濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換為開(kāi)關(guān)式電信號(hào)。土壤水吸力的大小與土壤水分含量有關(guān). 一般來(lái)說(shuō)，土壤含 水量愈小，吸力愈大；土壤含水量愈大，吸力愈小。土壤水吸力大小與水分對(duì)植物有效性有 密切的關(guān)系。因此，測(cè)定土壤水吸力大小已一普遍用作植物是否需要灌溉的依據(jù)。傳感器提供 的信號(hào)為開(kāi)關(guān)電信號(hào)(觸點(diǎn)信號(hào))，通過(guò)電接點(diǎn)真空表上撥桿的定位，可獲得0-85kPa范圍內(nèi) 任意點(diǎn)土壤水吸力的開(kāi)關(guān)電信號(hào)。這個(gè)土壤濕度檢測(cè)范圍，正好適合多數(shù)植物指示灌溉之用。 示意圖見(jiàn)圖2.
2. 集氣管內(nèi)水位檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
水位檢測(cè)系統(tǒng)是位于集氣管內(nèi)的水位監(jiān)測(cè)桿和外接系統(tǒng)的總稱，它利用水是導(dǎo)體的特征， 將兩條不相接的引線分別布置于集氣管底和最低水位線上，在管內(nèi)水氣處于相對(duì)平衡狀態(tài)時(shí)， 水位較高，引線導(dǎo)通。水過(guò)于少低于最低水位線時(shí)，兩引線便斷開(kāi)。示意圖見(jiàn)圖3。3. 開(kāi)關(guān)式溫度傳感器設(shè)計(jì)
開(kāi)關(guān)式溫度傳感器擬采用現(xiàn)有的XMK - 010型雙限數(shù)顯溫度控制儀，該儀器有如下優(yōu)點(diǎn) 被控對(duì)象的溫度測(cè)量和顯示，溫度下限、上限的設(shè)定和被控設(shè)備開(kāi)、停控制，溫度傳感器故 障顯示(開(kāi)路或短路)。
4. 故障報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)
故障報(bào)警系統(tǒng)串聯(lián)于兩個(gè)傳感器的同側(cè)，兩個(gè)傳感器正常通電時(shí)，報(bào)警器處于通路狀態(tài), 當(dāng)傳感器有斷路信號(hào)，報(bào)警器收到信號(hào)，斷開(kāi)系統(tǒng)通路，發(fā)出報(bào)警聲音信號(hào)，并顯示發(fā)生故 障傳感器。示意圖見(jiàn)圖4。
5. 手動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)
手動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)與自動(dòng)控制系統(tǒng)并聯(lián)，可不經(jīng)由任何控制器直接手動(dòng)開(kāi)啟系統(tǒng)，設(shè)置于監(jiān) 控室內(nèi)，在緊急情況(如火情、揚(yáng)塵等)時(shí)，開(kāi)啟此開(kāi)關(guān)，便能跳過(guò)環(huán)境因素，完成地表覆 水任務(wù)。
6. 噴水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
噴水系統(tǒng)采用較為節(jié)水的灌溉裝置，例如噴灌、滴灌等，與整個(gè)控制系統(tǒng)串聯(lián)，受控制 系統(tǒng)控制，既能夠及時(shí)有效的保證水的供應(yīng)，又防止了水資源的浪費(fèi)。 本發(fā)明專利的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為
與目前普遍采用的智能灌溉系統(tǒng)相比，本發(fā)明專利即繼承了自動(dòng)化、節(jié)水、省人力的優(yōu) 點(diǎn)，此外還具有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 有效的將土壤水分傳感器和溫度傳感器結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)兩種傳感器對(duì)灌溉系統(tǒng)的 同時(shí)同步控制，進(jìn)一步向智能化系統(tǒng)邁進(jìn)。
2. 增加了故障報(bào)警裝置，令系統(tǒng)更加有效的運(yùn)行，而且遠(yuǎn)程報(bào)警、故障定位等功能讓 人更加及時(shí)準(zhǔn)確的掌握故障信息。
3. 手動(dòng)開(kāi)關(guān)功能的設(shè)置，令該灌溉系統(tǒng)更加人性化，具備了在特殊情況的自主操控性能。


圖i為本發(fā)明專利的結(jié)構(gòu)示意其中，1為開(kāi)關(guān)式土壤水分傳感器，2為開(kāi)關(guān)式溫度傳感器，3為手動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，4為報(bào) 警系統(tǒng)，5為噴水系統(tǒng)，13為土壤水分傳感器狀態(tài)線，22為溫度傳感器狀態(tài)線。 圖2為開(kāi)關(guān)式土壤水分傳感器示意其中，6為橡皮塞，7為集氣管，8為電接點(diǎn)真空表，9為真空表連接線，IO為連接管， ll為多孔陶土頭，12為水位檢測(cè)桿，13為土壤水分傳感器狀態(tài)線。 圖3為土壤水分傳感器水位檢測(cè)系統(tǒng)電路示意圖；其中12為水位檢測(cè)桿，13為土壤水分傳感器狀態(tài)線，14為自斷開(kāi)關(guān)，15為CM0S與非門。 圖4為故陣報(bào)警系統(tǒng)示意其中，A為土壤水分傳感器接入點(diǎn)，B為溫度傳感器接入點(diǎn)，16為土壤水分傳感器狀態(tài) 指示燈，17為溫度傳感器狀態(tài)示意燈，18為蜂鳴報(bào)警器，19為自合開(kāi)關(guān)，20、"為兩個(gè)三 極管，13為土壤水分傳感器狀態(tài)線，22為溫度傳感器狀態(tài)線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附困對(duì)本發(fā)明專利作進(jìn)一步詳述。
如圖1所示，本發(fā)明專利中，開(kāi)關(guān)式土壤水分傳感器l、開(kāi)關(guān)式溫度傳感器2和報(bào)警系 統(tǒng)4串聯(lián)，同時(shí)l、 2均又引出一根顯示其通斷狀態(tài)的引線與報(bào)警系統(tǒng)相接，為4提供通斷信 號(hào)。手動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)3與上述控制開(kāi)關(guān)并聯(lián)，可以直接啟動(dòng)系統(tǒng)。
本發(fā)明專利的具體工作原理為
整體系統(tǒng)，如圖l所示，系統(tǒng)整體是一個(gè)串聯(lián)型回路，工作正常的情況下報(bào)警系統(tǒng)4為 通路。所以當(dāng)開(kāi)關(guān)式土壤水分傳感器1和開(kāi)關(guān)式溫度傳感器2達(dá)到合適條件時(shí)，相對(duì)應(yīng)的均 開(kāi)關(guān)自動(dòng)閉合，系統(tǒng)聯(lián)通，5供電，開(kāi)始噴水；l和2至少有一項(xiàng)條件不滿足時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉，系統(tǒng)斷路，5停止。如1或2至少有一個(gè)發(fā)生故障，不能工作，4接到報(bào)警信號(hào)后，會(huì)立 即阻斷通路，關(guān)閉系統(tǒng) 遇消防或降塵任務(wù)等特殊情況時(shí)，可開(kāi)啟手動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)3，系統(tǒng)便 不受任何因素的影響，直接噴水。
開(kāi)關(guān)式土壤水分傳感器，如圖2所示，主要由集氣管7、電接點(diǎn)真空表8、連接管10、 多孔陶土頭U、水位檢測(cè)桿12等部分組成，7上有注水口，使用時(shí)，打開(kāi)橡皮塞6，向7里 注滿水，塞緊橡皮塞。當(dāng)將ll埋入土中后，土壤水吸力通過(guò)ll內(nèi)水膜的傳遞，作用于儀器 內(nèi)部，儀器內(nèi)部產(chǎn)生真空度(負(fù)壓)。此真空度作用于8上，使其指針走動(dòng)。當(dāng)指針走到預(yù)設(shè) 的某一土壤水吸力值位置時(shí)，電接點(diǎn)真空表上觸點(diǎn)接通，即得到觸點(diǎn)(開(kāi)關(guān))電信號(hào)。當(dāng)集氣 管內(nèi)水量少于一定量，傳感器不能正常工作時(shí)，管內(nèi)水位低于12某預(yù)設(shè)位髙度，通過(guò)狀態(tài)線 13導(dǎo)通報(bào)警設(shè)置，將報(bào)警信號(hào)發(fā)送出去。
土壤水分傳感器水位檢測(cè)系統(tǒng)，如圖3所示，是用CMOS與非門組成的，當(dāng)集氣管內(nèi)水位 高于預(yù)設(shè)位時(shí)，管底引線U和預(yù)設(shè)位引線A通過(guò)水接通，這時(shí)CMOS與非門15的輸入為高電 平，輸出為低電平，相應(yīng)發(fā)光二極管亮，表示工作正常，同時(shí)向故障報(bào)警系統(tǒng)輸入狀態(tài)1。 當(dāng)水位低于預(yù)設(shè)值引線時(shí)，A端和U端之間斷開(kāi)，15的輸入端變?yōu)榈碗娖?，輸出端為高電平?晶體管因而導(dǎo)通，自斷開(kāi)關(guān)14受電，通路即被中斷，送往故障報(bào)警系統(tǒng)的狀態(tài)變?yōu)?。
開(kāi)關(guān)式溫度傳感器，設(shè)置溫度下限，例如在O'C以上才可以進(jìn)行灌溉，即可將(TC設(shè)為開(kāi) 關(guān)點(diǎn)。溫度髙于or:,既可以根據(jù)土壤含水量進(jìn)行灌溉；溫度低于O'C，即便土壤很干燥，灌 溉系統(tǒng)仍不工作.該控制儀可能出現(xiàn)的故障問(wèn)題主要是電導(dǎo)線與元件接觸不良，故將控制儀 的通路一端通過(guò)溫度傳感器狀態(tài)線22接入故障報(bào)警系統(tǒng)，正常通電時(shí)輸出狀態(tài)l,接觸不良 時(shí)輸出狀態(tài)0.
故障報(bào)警系統(tǒng)，如圖4所示，工作正常時(shí)，狀態(tài)線13、 22均輸入狀態(tài)1 (表示溫度和土 壤傳感器工作均為正常)。這時(shí)，晶體管20導(dǎo)通，系統(tǒng)為通路；晶體管21截止，蜂鳴報(bào)警器 18不響；狀態(tài)指示燈16和17全亮。如果系統(tǒng)中某路出現(xiàn)斷路故障，其狀態(tài)將由接入電的l 狀態(tài)變?yōu)镺狀態(tài).這時(shí)，20截止，系統(tǒng)變?yōu)閿嗦罚?1導(dǎo)通，18發(fā)出聲音報(bào)警訊號(hào)；故障端 對(duì)應(yīng)的指示燈16或17熄滅，讓監(jiān)控者一目了然故障源。
本發(fā)明專利在生態(tài)工程中可長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟，自檢、自控性好，可遠(yuǎn)程監(jiān)控，節(jié)能、實(shí)用、 省水、省人力，在較大程度上實(shí)現(xiàn)了灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，其特征在于包括控制系統(tǒng)(手動(dòng)控制系統(tǒng)(3)和自動(dòng)控制系統(tǒng))和噴水系統(tǒng)(5)兩部分。
2. 按權(quán)利要求l所述的水熱自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)和噴水系統(tǒng)(5)串聯(lián)
3. 按權(quán)利要求l所述的水熱自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)中自動(dòng)控制系統(tǒng) 與手動(dòng)控制系統(tǒng)并聯(lián)。
4. 按權(quán)利要求2所述的水熱自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，其特征在于所述自動(dòng)控制系統(tǒng)中的報(bào)警系 統(tǒng)(4)、開(kāi)關(guān)式土壤水分傳感器(1)和開(kāi)關(guān)式溫度傳感器(2)串聯(lián)，共同參與控制；且開(kāi) 關(guān)式土壤水分傳感器(1)和開(kāi)關(guān)式溫度傳感器(2)均分別引出一根顯示其通斷狀態(tài)的引線(13和22)輸入報(bào)警系統(tǒng)(4),為報(bào)警系統(tǒng)(4)提供工作信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及生態(tài)工程中的灌溉自動(dòng)化技術(shù)，具體地說(shuō)是一種根據(jù)自然溫度和土壤含水量自動(dòng)控制灌溉給水的系統(tǒng)。它包括控制系統(tǒng)和噴水系統(tǒng)，兩系統(tǒng)串聯(lián)；所述控制系統(tǒng)包括并聯(lián)的自動(dòng)控制系統(tǒng)與手動(dòng)控制系統(tǒng)；自動(dòng)控制系統(tǒng)中的報(bào)警系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)式土壤水分傳感器和開(kāi)關(guān)式溫度傳感器串聯(lián)，共同參與控制；且開(kāi)關(guān)式土壤水分傳感器和開(kāi)關(guān)式溫度傳感器均分別引出一根顯示其通斷狀態(tài)的引線輸入報(bào)警系統(tǒng)，為報(bào)警系統(tǒng)提供工作信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)控制和檢查的自動(dòng)化。本發(fā)明在生態(tài)工程中可長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟，自檢、自控性好，可遠(yuǎn)程監(jiān)控，節(jié)能、實(shí)用、省水、省人力，在較大程度上實(shí)現(xiàn)了灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化。
文檔編號(hào)A01G25/16GK101491203SQ20081000430
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2008年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月21日
發(fā)明者焦一之 申請(qǐng)人:余新曉;焦一之;關(guān) 軼