【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于农田水利装备领域，具体涉及农田的灌溉装备。
技术介绍
1、我国通过农田水利设施的建设，南方水稻产区已经建成了纵横交错的硬化渠灌溉系统，保障了水稻稳产、增产。这些硬化渠在每一块农田边会预留一个闸口，当人们抽掉闸口中的木板便开始灌溉该农田，插入木板于闸口中则停止灌溉，使水继续延着水渠流，准备灌溉其他农田。炎热的夏天，水稻的需水量很大，需要勤灌水；水稻的不同生长期，水的需求也所不同，水位要求不一样，有时甚至需要排水以促使水稻生长，所以需要每天巡视农田。据测算一个人工的极限灌溉管理能力仅为500亩/天，在劳动力越来越短缺的形势下，迫切需要自动的、智能的灌溉装备。一些新型的电动闸门已经被公开，例如，技术专利“一种电动闸门”（专利号cn201720277067）提出了由直线驱动器控制闸门板的上升或下降的结构，其优点是实现了电动控制闸门的目的，但是闸门提升或下降时，由于水压作用，闸门板与闸门架架间具有很大的摩檫力，因此需要较大功率电机来提供动力。又如专利技术专利“一种双导杆电动闸门结构”（cn201720006554）该双导杆电动闸门结构的绳轮导杆机构为滚动摩擦机构，传动效率高，但是闸门与立柱间仍存在滑动摩擦，和上个专利缺点相同，仍需要较大功率电机。还有专利技术专利“一种渠道电动闸门”（cn202220254050）该专利采用驱动器电控驱动闸板升降启闭，其操作便利，省时省力，但是该专利闸板与立柱间也为滑动摩擦，与上面提到两个专利缺点一致，都需要较大功率电机。专利技术专利申请（202310894998.3）采用了无线通讯、液位传感
技术实现思路
1、为了克服现有的农田灌溉装置的缺陷，本专利技术提供了一种弧形轨迹的平移闸门和基于云端的智能灌溉管理系统。弧形轨迹的平移闸门不仅可完全避免闸门与闸门框之间在启闭过程产生的摩檫，降低了驱动电机的功率，并且避免了由于磨损而导致闸门密封性的降低；通过采集水稻的图像与生长环境数据，在云端运用深度学习神经网络模型推算出水稻的水需求，由闸门自动执行，最大程度地减少田间灌溉对人工的依赖。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：农田智能灌溉装置由小型气象站、泵站、进水闸、排水闸、水稻生长期监视器、云端服务器和手机app共7个独立部件构成，其中小型气象站由百叶箱、气象站灌溉控制板、空气温湿度传感器、降雨量传感器、光照传感器和风速传感器组成；泵站由潜水泵、泵站灌溉控制板、河道液位传感器和水渠液位传感器组成；进水闸的机械结构由门框、闸门、密封圈、上摇杆、下摇杆、电动推杆、支架、转轴、联轴器、角位移传感器组成。进水闸的门框中部为镂空的长方形的通水孔；闸门与门框的接触处各粘贴一只密封圈；门框的上、下铰支座、上摇杆、下摇杆和闸门构成闸门的平行四边形运动机构，闸门的中心部位为一突出的铰支座，电动推杆的伸出端与该铰支座铰接，电动推杆的本体与支座铰接联结；电动推杆进行推或拉动作时，闸门受平行四边形的几何约束以弧形轨迹平移运动，当一对密封圈贴合、压紧时，进水闸被关闭，当闸门与门框相互分离时，水流从闸门的下侧、左侧、右侧流入通水孔，开始向农田灌溉。转轴与上摇杆焊接为一体，闸门的运动通过上摇杆传递到转轴，转轴的末端通过一只联轴器与角位移传感器联接，此角位移传感器测量闸门的开度；电动推杆的行程为50mm，上摇杆与下摇杆的中心孔间距都为55mm，确保了上摇杆与下摇杆的最大转动角接近但不超过90°，这一平行四边形运动机构不存在死角，不会卡死，也不会因电动推杆的行程到最大或最小时拉扯门框。排水闸由电动推杆、球阀、环形密封圈、排水盆座、下水口、支架组成。球阀的直径为150mm，它的上部把柄处与电动推杆联接，球阀在垂直方向上运动；电动推杆的本体固定于与排水盆座表面固定的支架上，电动推杆伸出动作时，把球阀向下压，直到球阀与贴合在在排水管座上的环形密封圈压紧，关闭排水，否则，就是打开球阀排水。
3、进水闸测控装置包括灌溉控制板、天线、太阳能发电板、充电器、蓄电池、启闭闸门按钮、农田液位传感器、水渠液位传感器、土壤湿度传感器、角位移传感器和继电器模块。每只启闭闸门按钮的脚1接地，脚2连接继电器模块的in脚；灌溉控制板由esp32模块、信号激励与采集电路、滤波电路、输出电路、rs485电路和无线数传模块组成；esp32模块自带wifi天线，在软件启动时，若有wifi信号，则连接mqtt服务器，否则通过无线数传模块与远端的气象站终端进行数据通信，由气象站终端与mqtt服务器连接；esp32模块的2路输出通过输出电路各自连接继电器模块的in脚，这样既可以通过程序启闭进水闸，也可直接操作启闭闸门按钮启闭进水闸。农田液位传感器由插入水中的液位电极与在灌溉控制板上的信号激励与采集电路组成，液位电极是一种密集叉指形式的电容，制成pcb形式，表面被绝缘涂膜覆盖，该电极固定于一头部为锥形的木架侧面，木架插入泥土中，使电极的底部与泥土表面平齐。信号激励与采集电路由555定时器芯片通过外接的电阻、电容充放电电路产生方波激励信号，此信号通过第一只1uf的电容器，输出纯交流方波信号；交流方波信号输入到由一阻容串联回路中，电容的正极端产生三角波信号，此三角波信号流入第一级运算放大器，形成了正弦波信号，然后再通过第二只1uf的电容器，输出纯交流正弦波信号，此信号输入到由液位电极构成的电容与电阻组成的阻容串联回路中，从电阻的正极端输出反映液位的交流信号，它再通过第二级运算放大器，构成电压跟随，然后流入第三只1uf的电容器，输出信号通过由一只二极管与电容器构成的交转直信号电路。此液位信号输入到滤波电路，被esp32模块采集，构成液位数据，通过无线通信方式发布到mqtt服务器；水渠液位传感器插入于水渠中，也从灌溉控制板取得激励信号，并被esp32模块采集，构成液位数据，通过无线通信方式发布到mqtt服务器；土壤湿度传感器插入于农田液位传感器旁边的泥土中，通过rs485电路向esp32模块发送当前土壤的湿度，灌溉控制板获得土壤湿度数据后，通过无线通信方式发布到mqtt服务器。手机app只要订阅了角位移传感器、液位传感器和土壤湿度传感器的信息，可定时获知进水闸的实时状态、农田水位、水渠水位和农田土壤的湿度，也可远程启闭进水闸。
4、进水闸的灌溉控制板上电后，它生成电动推杆对象、模拟信号对象、usart对象、定时器对象、mqtt对象和wifi对象，mqtt对象订阅“遥控”消息。当订阅的“遥控”消息到达时，灌溉控制板辨别指令，由电动推杆对象启闭进水闸；当定时器对象的定时时刻被触发后，立即通过模拟信号对象采集角位移传感器、农田液位传感器、水渠液位传感器的信号，通过usart对象向土壤湿度传感器要求数据，此时，若农田的液位低于设定的最低水位阈值，立即由电动推杆对象开启进水闸，并通过usart对象向无线数传模块或mqtt对象发布开启泵站的“遥控”消息，使得水渠中持续获得灌溉用水；当农田液位传感器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种农田智能灌溉装置，由小型气象站、泵站、进水闸、排水闸、水稻生长期监视器、云端服务器和手机APP共7个独立部件构成，其特征在于：云端服务器构建一个水稻智能灌溉管理模型，对不同的水稻品种，在水稻种植期，每一天的最高温度、最低温度、空气湿度、降雨量、风向、水稻生长期和土壤的湿度这些生产数据作为输入量，农田需水要求作为输出量，构建一个7输入量、2个隐层、每层32个节点、4个输出量的深度学习模型，把历史农业生产数据分为训练数据与测试数据，通过训练获得水稻灌溉管理的深度学习神经网络模型；在水稻生长的实际环境中，每隔6小时，现场生产数据输入到此模型中，推算出农田的需水量，产生农田水位的低水位与高水位，由MQTT服务器发布；在智能灌溉系统运行后，仍然不断地每天积累此模型需要的生产数据、农田的水位测量值，每一生产季进行新旧数据集的深度学习在线训练，更新智能灌溉管理模型。
2.按照权利要求1所述的农田智能灌溉装置，其特征是：进水闸的门框中部为镂空的长方形的通水孔；闸门与门框的接触处各粘贴一只密封圈；门框的上、下铰支座、上摇杆、下摇杆和闸门构成闸门的平行四边形运动机构，闸门的中心部
3.按照权利要求1所述的农田智能灌溉装置，其特征是：排水闸的球阀的直径为150mm，它的上部把柄处与电动推杆联接，球阀在垂直方向上运动；电动推杆的本体固定于与排水盆座表面固定的支架上，电动推杆伸出动作时，把球阀向下压，直到球阀与贴合在在排水管座上的环形密封圈压紧，关闭排水，否则，就是打开球阀排水。
4.按照权利要求1所述的农田智能灌溉装置，其特征是：进水闸测控装置的每只启闭闸门按钮的脚1接地，脚2连接继电器模块的IN脚；灌溉控制板的ESP32模块自带WiFi天线，在软件启动时，若有WiFi信号，则连接MQTT服务器，否则通过无线数传模块与远端的气象站终端进行数据通信，由气象站终端与MQTT服务器连接；ESP32模块的2路输出通过输出电路各自连接继电器模块的IN脚，这样既可以通过程序启闭进水闸，也可直接操作启闭闸门按钮启闭进水闸；农田液位传感器由插入水中的液位电极与在灌溉控制板上的信号激励与采集电路组成，液位电极是一种密集叉指形式的电容，制成PCB形式，表面被绝缘涂膜覆盖，该电极固定于一头部为锥形的木架侧面，木架插入泥土中，使电极的底部与泥土表面平齐；信号激励与采集电路形成的纯交流正弦波信号输入到由液位电极构成的电容与电阻组成的阻容串联回路中，从电阻的正极端输出反映液位的交流信号，它再通过运算放大器，构成电压跟随，然后流入一只1uf的电容器，输出信号通过由一只二极管与电容器构成的交转直信号电路；此液位信号输入到滤波电路，被esp32模块采集，构成液位数据，通过无线通信方式发布到MQTT服务器；水渠液位传感器插入于水渠中，也从灌溉控制板取得激励信号，并被esp32模块采集，构成液位数据，通过无线通信方式发布到MQTT服务器；土壤湿度传感器插入于农田液位传感器旁边的泥土中，通过RS485电路向esp32模块发送当前土壤的湿度，灌溉控制板获得土壤湿度数据后，通过无线通信方式发布到MQTT服务器。
5.按照权利要求1所述的农田智能灌溉装置，其特征是：进水闸的灌溉控制板上电后，它生成电动推杆对象、模拟信号对象、USART对象、定时器对象、MQTT对象和WiFi对象，MQTT对象订阅“遥控”消息；当订阅的“遥控”消息到达时，灌溉控制板辨别指令，由电动推杆对象启闭进水闸；当定时器对象的定时时刻被触发后，立即通过模拟信号对象采集角位移传感器、农田液位传感器、水渠液位传感器的信号，通过USART对象向土壤湿度传感器要求数据，此时，若农田的液位低于设定的最低水位阈值，立即由电动推杆对象开启进水闸，并通过USART对象向无线数传模块或MQTT对象发布开启泵站的“遥控”消息，使得水渠中持续获得灌溉用水；当农田液位传感器（18）的采集值高于最高水位阈值时，立即由电动推杆对象关闭进水闸；当收到USART的土壤湿度消息时，通过USART对象...
【技术特征摘要】
1.一种农田智能灌溉装置，由小型气象站、泵站、进水闸、排水闸、水稻生长期监视器、云端服务器和手机app共7个独立部件构成，其特征在于：云端服务器构建一个水稻智能灌溉管理模型，对不同的水稻品种，在水稻种植期，每一天的最高温度、最低温度、空气湿度、降雨量、风向、水稻生长期和土壤的湿度这些生产数据作为输入量，农田需水要求作为输出量，构建一个7输入量、2个隐层、每层32个节点、4个输出量的深度学习模型，把历史农业生产数据分为训练数据与测试数据，通过训练获得水稻灌溉管理的深度学习神经网络模型；在水稻生长的实际环境中，每隔6小时，现场生产数据输入到此模型中，推算出农田的需水量，产生农田水位的低水位与高水位，由mqtt服务器发布；在智能灌溉系统运行后，仍然不断地每天积累此模型需要的生产数据、农田的水位测量值，每一生产季进行新旧数据集的深度学习在线训练，更新智能灌溉管理模型。
2.按照权利要求1所述的农田智能灌溉装置，其特征是：进水闸的门框中部为镂空的长方形的通水孔；闸门与门框的接触处各粘贴一只密封圈；门框的上、下铰支座、上摇杆、下摇杆和闸门构成闸门的平行四边形运动机构，闸门的中心部位为一突出的铰支座，电动推杆的伸出端与该铰支座铰接，电动推杆的本体与支座铰接联结；电动推杆进行推或拉动作时，闸门受平行四边形的几何约束以弧形轨迹平移运动，当一对密封圈贴合、压紧时，进水闸被关闭，当闸门与门框相互分离时，水流从闸门的下侧、左侧、右侧流入通水孔，开始向农田灌溉。转轴与上摇杆焊接为一体，闸门的运动通过上摇杆传递到转轴，转轴的末端通过一只联轴器与角位移传感器联接，此角位移传感器测量闸门的开度；电动推杆的行程为50mm，上摇杆与下摇杆的中心孔间距都为55mm，确保了上摇杆与下摇杆的最大转动角接近但不超过90°，这一平行四边形运动机构不存在死角，不会卡死，也不会因电动推杆的行程到最大或最小时拉扯门框。
3.按照权利要求1所述的农田智能灌溉装置，其特征是：排水闸的球阀的直径为150mm，它的上部把柄处与电动推杆联接，球阀在垂直方向上运动；电动推杆的本体固定于与排水盆座表面固定的支架上，电动推杆伸出动作时，把球阀向下压，直到球阀与贴合在在排水管座上的环形密封圈压紧，关闭排水，否则，就是打开球阀排水。
4.按照权利要求1所述的农田智能灌溉装置，其特征是：进水闸测控装置的每只启闭闸门按钮的脚1接地，脚2连接继电器模块的in脚；灌溉控制板的esp32模块自带wifi天线，在软件启动时，若有wifi信号，则连接mqtt服务器，否则通过无线数传模块与远端的气象站终端进行数据通信，由气象站终端与mqtt服务器连接；esp32模块的2路输出通过输出电路各自连接继电器模块的in脚，这样既可以通过程序启闭进水闸，也可直接操作启闭闸门按钮启闭进水闸；农田液位传感器由插入水中的液位电极与在灌溉控制板上的信号激励与采集电路组成，液位电极是一种密集叉指形式的电容，制成pcb形式，表面被绝缘涂膜覆盖，该电极固定于一头部为锥形的木架侧面，木架插入泥土中，使电极的底部与泥土表面平齐；信号激励与采集电路形成的纯交流正弦波信号输...
【专利技术属性】
技术研发人员：张方明，郑展鸿，李佳明，陈舒杰，
申请(专利权)人：浙大宁波理工学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。