CN104791541B - 一种自供电灌溉智能双头阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自供电灌溉智能双头阀，包括处理器和阀体，所述阀体包括一个进水口和两个出水口，所述进水口上设有一压力传感器和水力发电单元，所述水力发电单元将经过进水口的水流的能量转化为电能，每个出水口上设有一个水压力流量传感器，所述处理器与所述水压力流量传感器电连接，用于接收所述水压力流量传感器发送的流量或/和压力信号，并根据接收的流量或/和压力信号来控制所述压力阀的开闭状态。本发明通过太阳能电源供电和水力发电供电，不需要其他供电设备，可以节省能源；通过对自供电灌溉智能双头水力阀阀门出水口的压力流量的监控。

Description

一种自供电灌溉智能双头阀
技术领域
本发明属于电磁阀技术领域，涉及一种自供电灌溉智能双头阀。
背景技术
在现有的技术中，对于电磁阀门没有额外功能，只能实现阀门的开合，不能达到精准控制水流的程度。
以上设备是无线自动节水灌溉***中最常用的，其数据也是供水***需要的多项重要参数。作为数个分别独立的检测设备必然会给用户带来操作、维护和安装的不便，同时带来***接线复杂和使用的可靠性问题。
发明内容
为了解决现有的双头阀不能达到精准控制水流的程度，本发明提供一种自供电灌溉智能双头阀。
本发明采用的技术方案是：一种自供电灌溉智能双头阀，包括处理器和阀体，所述阀体包括一个进水口和两个出水口，所述进水口上设有一压力传感器和水力发电单元，通过阀门进水口处的压力传感器采集的压力值来判断是否可以开启或关闭阀门，所述水力发电单元将经过进水口的水流的能量转化为电能，每个出水口上设有一个水压力流量传感器，所述处理器与所述水压力流量传感器电连接，用于接收所述水压力流量传感器发送的流量或/和压力信号，并根据接收的流量或/和压力信号来控制所述进水口的开闭状态。
本发明的优点和有益效果在于：由于在检测灌溉管道中水流量时，可能会出现水流转子抖动、正反转导致测量不准、阀门状态不明等情况，通过对灌溉管道中水压力的检测，与设定的水压力阈值相比较，可以判定管道是否是满管水，这样才能保证水流量测量的准确性，还能保证灌溉***的正常运作；通过水压力流量传感器脉冲信号的分析，可以判断正反转和抖动的情况。而且在没达到水流量测量条件的情况下，可以对水流量停止采集，这样也就可以降低功耗，而且整体通过太阳能电源供电和水力发电供电，不需要其他供电设备，可以节省能源；通过对自供电灌溉智能双头水力阀阀门出水口的压力流量的监控，可以知道管路水流情况和管道漏水与否等状况；另外，自供电灌溉智能双头水力阀通过UniNet网络与上位机互相通讯，可以实时监测智能阀的状态。
附图说明
图1为本发明一种实施例的双头阀的结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为本发明一种实施例的水压力流量传感器的结构示意图；
图4为本发明一种实施例的工作原理图。
图1中：1进水口；2电动头；3控制水流导向管；4水压力流量传感器；5出水口；6双头水力阀调压旋钮；7柔性天线；8太阳能电源；9MCU综合处理器；10水力发电设备；11双头水力阀阀体。
图3中：401前端盖；402转轴；403磁铁；404转子；405连接体；406塑料垫环；407压力芯体；408芯体垫环；409后端盖；410敏感原件；411处理器；412液体通道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1和2所示，本发明一种实施例的双头阀的结构示意图，本实施例的自供电灌溉智能双头阀包括处理器和阀体，所述阀体包括一个进水口和两个出水口，所述进水口上设有一压力传感器和水力发电单元，通过阀门进水口处的压力传感器采集的压力值来判断是否可以开启或关闭阀门，是否有水流到达；如有压力，则表明有水到达，可以开关阀。所述水力发电单元将经过进水口的水流的能量转化为电能，每个出水口上设有一个水压力流量传感器，所述处理器与所述水压力流量传感器电连接，用于接收所述水压力流量传感器发送的流量或/和压力信号，并根据接收的流量或/和压力信号来控制所述进水口的开闭状态。
再次参阅图1，该自供电灌溉智能双头阀包括包括太阳能电源8、柔性天线7、处理器9、水力发电设备10、电动头2、双头水力阀阀体11和水压力流量传感器4；所述太阳能电源8放置在双头水力阀阀体11上，用于吸收太阳能，并转化成电能，通过微型储能单元储能；所述水力发电设备10设置在双头水力阀阀体11的进水口1，通过水流来发电，通过微型储能单元储存电量；所述MCU综合处理器9设置在所述双头水力阀阀体11上；所述柔性天线7设置在MCU综合处理器9上；所述太阳能电源8、水力发电设备10、柔性天线7、水压力流量传感器4、双头水力阀阀体11与MCU综合处理器9通过导线相连。水从所述进水口1进入双头水力阀阀体11，双头水力阀阀体11经MCU综合处理器9的信号指示后开闭阀，开闭阀是通过控制电动头2，水流通过控制水流导向管3进入阀腔，通过进水口与阀腔的压力关系而使阀门开闭；水流入出水口5时经过水压力流量传感器4，MCU综合处理器9采集水压力流量传感器4的压力流量值，并通过压力流量情况判断阀门的开闭情况，管路的破损情况；并且MCU综合处理器9可以直接通过内置程序自动控制阀门的开闭；也可以通过柔性天线7发送无线信号给上位机，从而可以从上位机显示出阀体的状态，水流的压力和流量值，通过UniNet网络发送指令，自供电灌溉智能双头水力阀的柔性天线3接收信号后给MCU综合处理器9处理分析，从而可以控制阀体的状态以及水流量压力的采集情况；通过手动调节双头水力阀调压旋钮6，可以调节双头水力阀阀体11的阀门开启程度和压力。水力发电设备是有磁性叶片转子(或者嵌入磁铁的转子)和线圈组成；磁性转子接触水，通过水的流动作用带动磁性转子转动，而磁性转子的转动会造成线圈切割磁感线运动，从而线圈中会产生交流电；通过相应的整流转换电路，将交流电转变成直流电以供设备使用。
如图4所示，为本发明一种实施例的自供电灌溉智能双头水力阀的工作原理图，本发明的MCU综合处理器9与太阳能电源8电路、水力发电设备10电路、柔性天线7电路、水压力流量传感器4电路、双头水力阀阀体11阀控电路相连接，所述电路包括信号调理电路、信号采集电路、电源处理电路、天线接收和发送电路、阀体控制电路水力发电电路以及太阳能电源供电电路。双头水力阀阀体11和MCU综合处理器9基于UniNet网络通过柔性天线7进行互相通讯，将阀体的状态以及水压力和流量值的情况传到控制终端。
本发明的液体传感器可以用于测量液体的压力值和流量值，可以适用于各种液体，不限于水、石油，以下将以水作为实施例进行说明，但不用于限制本发明的适用范围。
如图3所示，为本发明一种实施例的水压力流量传感器的结构示意图，该水压力流量传感器包括前端盖401、连接体405、后端盖409、压力芯体407、转子404、敏感原件410、磁铁403和处理器411，所述前端盖401中形成有一放置转子404的容纳空腔，所述磁铁403设置在所述转子404上，与所述转子404一起转动，转子的转轴402连接在所述前端盖401上；所述敏感原件410设置在所述前端盖上，在某一时刻与所述磁铁相对排列，用于根据转动的磁铁来获取脉冲信号；所述前端盖401中的空腔通过一液体通道412与设置在连接体405中的压力芯体407相连接，所述压力芯体407设置在塑料垫环406和芯体垫环408之间，并且都设置在连接体405中；前端盖401与连接体405过盈配合，后端盖409与连接体405螺纹连接，该后端盖409还与芯体垫环408相连接，塑料垫环406与连接体405进行连接，用于将压力芯体进行封装。所述处理器411与敏感原件和压力芯体相连接，用于接收敏感原件的脉冲信号和压力芯体的压力信号，并根据所述脉冲信号和压力信号来输出液体的压力值或/和液体流量值。
本发明将传统的水压力传感器、水流量传感器合二为一，同时具备水压力传感器和水流量传感器的所有功能。可以对液体的压力值和流量值同时进行测量，可以根据需要进行选择性输出其中一个值。
本发明的处理器电路与敏感原件、压力芯体相连接，所述电路包括信号调理电路、信号放大电路和A/D转换电路。处理器将获取到的水流压力值与设定的水压力阈值相比较，根据比较结果来确定是否输出水流量值。当水流较小时，可能只占据管道的1/10时，处于水流较低的情况，需要向用户进行告知，此时，通过不输出水流量值，认为该状态水流量近乎没有，从而可以向用户进行预警。
本发明的处理器可以计算水流量值，计算的过程是依据转子的速度和管径面积的乘积获取，可以判定管道是否是满管水，这样才能保证水流量测量的准确性。
本发明的连接体5内封装有陶瓷压力芯体，陶瓷传感器的精度为千分之一，当外界有压力作用在上面时，产生微弱的差分信号，然后进入放大电路，电路采用仪表放大，采用该电路抑制了随机干扰，放大电路采用集成仪表放大器AD620。
如图3，水压力流量智能传感器前端内封装有霍尔组件，通过水压力流量智能传感器主体和前端的过线腔体与水压力流量智能传感器主体内腔中的电路板相连。当水流转子转动时，会带动不均匀分布的小磁铁转动，霍尔组件会产生脉冲信号，通过水流量信号调理电路，输入给MCU处理。
本发明的磁铁可以是一个或者多个，该实施例为两个，第一磁铁和第二磁铁，所述第一磁铁和第二磁铁分布在转子的轴的横切面圆的同心圆上，第一磁铁和第二磁铁将同心圆分成不等的两份。本实施例的两个小磁铁403都嵌入在转子404小圆盘横切面圆的同心圆1/3处和2/3处，将同心圆分成了同心圆周长的1/3和周长的2/3两份。(此处位置也可以为1/4和2/4处，只需保证两个小磁铁将同心圆分成了不等的两份即可)。通过对霍尔组件产生的脉冲信号宽度的分析，可以判断正反转和抖动的情况。而且在没达到水流量测量条件的情况下，可以对水流量停止采集，这样也就可以降低功耗。
以上所述仅是本发明的优先实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种自供电灌溉智能双头阀，其特征在于：包括处理器和阀体，所述阀体包括一个进水口和两个出水口，所述进水口上设有一压力传感器和水力发电单元，通过阀门进水口处的压力传感器采集的压力值来判断是否可以开启或关闭阀门，所述水力发电单元将经过进水口的水流的能量转化为电能，每个出水口上设有一个水压力流量传感器，所述处理器与所述水压力流量传感器电连接，用于接收所述水压力流量传感器发送的流量或/和压力信号，并根据接收的流量或/和压力信号来控制所述进水口的开闭状态；
还包括一与所述处理器相连接的柔性天线，所述柔性天线包括天线本体和用于支撑所述天线本体的柔性支撑体，所述天线本体和柔性支撑体相对设置，所述天线本体包括天线导体，所述天线导体的底端设有屏蔽层，所述天线导体的顶端设有包裹层。
2.根据权利要求1所述的双头阀，其特征在于：还包括一太阳能电池和备用电池，分别与处理器相连接，所述太阳能电池具有微型储能单元，所述微型储能单元在电量高于预定值时，向所述处理器供电，在电量低于预定值时，由备用电池向所述处理器供电。
3.根据权利要求1所述的双头阀，其特征在于：所述水压力流量传感器包括前端盖(401)、压力芯体(407)、转子(404)、敏感元件 (410)、磁铁(403)和处理器(411)，所述前端盖(401)中形成有一放置转子(404)的容纳空腔，所述磁铁(403)设置在所述转子(404)上，与所述转子(404)一起转动；所述敏感元件 (410)设置在所述前端盖上，用于根据转动的磁铁来获取脉冲信号；所述前端盖(401)中的空腔通过一液体通道(412)与压力芯体(407)相连接，所述处理器(411)与敏感元件 和压力芯体(407)相连接，用于接收敏感元件 的脉冲信号和压力芯体的压力信号，并根据所述脉冲信号和压力信号来输出液体的压力值或/和液体流量值。
4.根据权利要求3所述的双头阀，其特征在于：所述转子上设有第一磁铁和第二磁铁，所述第一磁铁和第二磁铁分布在转子的轴的横切面圆的同心圆上，第一磁铁和第二磁铁将同心圆分成不等的两份。
5.根据权利要求3所述的双头阀，其特征在于：还包括连接体(405)，所述连接体(405)与前端盖相连接，所述压力芯体(407)设置在连接体(405)中，还包括塑料垫环(406)和芯体垫环(408)，所述压力芯体(407)设置在塑料垫环(406)和芯体垫环(408)之间。
6.根据权利要求4所述的双头阀，其特征在于：所述处理器通过电路与敏感元件 相连接，所述电路包括信号调理电路、信号放大电路和A/D转换电路，所述处理器通过电路与压力芯体相连接，所述电路包括信号调理电路、信号放大电路和A/D转换电路。
7.根据权利要求1所述的双头阀，其特征在于：所述柔性支撑体在受到外力时，偏离竖直方向，在外力撤除时，回复到竖直方向。
8.根据权利要求7所述的双头阀，其特征在于，所述柔性支撑体为碳纤维棒，所述碳纤维棒和天线本体通过热缩管配合在一起，所述碳纤维棒的高度低于所述天线本体的屏蔽层最高位置。
9.根据权利要求7所述的双头阀，其特征在于，所述柔性支撑体为玻璃钢，所述玻璃钢包裹在所述天线本体的外周。
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