CN114158461A - 一种智能雨水收集灌溉装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及与雨水收集灌溉技术领域，尤其是涉及一种智能雨水收集灌溉装置。包括雨水收集机构和灌溉机构，雨水收集机构包括蓄水箱；所述蓄水箱顶部设有电机驱动的箱盖；所述箱盖顶端设有空气湿度传感器，所述空气湿度传感器与第一控制器连接；所述蓄水箱侧壁顶端设有光电开关；所述光电开关分别与所述第一控制器、所述电机连接；灌溉机构包括阀门；所述蓄水箱侧壁设有出水口，所述出水口通过所述阀门与灌溉水管连接，所述出水口处设有水位传感器，所述阀门一侧设有土壤湿度传感器，所述水位传感器、所述土壤湿度传感器、所述阀门均与第二控制器连接。该智能雨水收集灌溉装置能将收集的雨水进行精准灌溉，结构简单，适用范围广。

Description

一种智能雨水收集灌溉装置

技术领域

本发明涉及与雨水收集灌溉技术领域，尤其是涉及一种智能雨水收集灌溉装置。

背景技术

众所周知，水资源是国民经济和社会可持续发展的重要基础资源，是生命之源、生产之要、生态之基，对于人类生存和发展的重要性不言而喻。目前各个国家几乎都面临着严重的水资源危机，而我国作为世界上发展最快的主要经济体之一，提高水资源利用效率是缓解中国发展危机的关键。随着城市化进程的加快,城市的用水量逐渐增加，使得本就紧张的水资源更加匮乏,对于城市水资源紧张问题的缓解办法之一就是将降水进行收集和再利用。

现在雨水收集灌溉的方式大多是在地底设置集水机构，这种方式雨水收集量大，但是其结构复杂且规模庞大，制造成本高，而且配套的灌溉设施大多是在内部铺设管道灌溉，管路结构复杂，使用局限性大，对小规模绿化区域无法灵活浇灌，收集到的雨水不能进行精准灌溉，使用效果不理想。此外，对于不是经常有降雨的地区，若雨水收集量不够多，则又需要人工进行灌溉。而现在的雨水收集装置大多数是单一模式，并没有很好的将自动与半自动结合，在雨水收集量不足的时候目标作物就会缺水，并不能达到让目标作物顺利生长的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能雨水收集灌溉装置，能够自动将收集的雨水进行精准灌溉，对小规模绿化区域也能灵活浇灌，结构简单、不受使用环境的限制、使用范围广。

本发明提供的一种智能雨水收集灌溉装置，包括雨水收集机构和灌溉机构，

所述雨水收集机构包括蓄水箱；所述蓄水箱顶部设有电机驱动的箱盖，所述箱盖与所述蓄水箱滑动连接；所述箱盖顶端设有空气湿度传感器，所述空气湿度传感器与第一控制器连接；所述蓄水箱侧壁顶端设有光电开关，所述光电开关位于所述箱盖下方；所述光电开关分别与所述第一控制器、所述电机连接；

所述灌溉机构包括阀门；所述蓄水箱侧壁设有出水口，所述出水口通过所述阀门与灌溉水管连接，所述出水口处设有水位传感器，所述阀门一侧设有土壤湿度传感器，所述水位传感器、所述土壤湿度传感器、所述阀门均与第二控制器连接。

进一步地，所述蓄水箱内设有隔离室，所述隔离室内设有所述电机，所述箱盖底部设有齿轮轴，所述齿轮轴穿过所述隔离室的顶端与所述电机的输出轴啮合连接，所述隔离室内部设有蓄电池，所述蓄电池与所述电机连接，所述隔离室底部设有若干个排水孔。

进一步地，包括对称分布在所述齿轮轴两侧的四个所述光电开关，所述齿轮轴每侧设有两个相邻的光电开关，其中互相对称的两个光电开关连接为一组。

进一步地，所述蓄水箱内部设有过滤网，所述过滤网与所述蓄水箱内侧壁可拆卸连接。

进一步地，所述箱盖顶部设有太阳能板，所述太阳能板与所述蓄电池连接。

进一步地，所述蓄水箱侧壁设有开关，所述开关分别与所述蓄电池、所述电机连接。

进一步地，所述阀门上设有太阳能板，所述太阳能板上设有LED灯，所述LED灯与所述第二控制器连接。

进一步地，所述蓄水箱侧壁设有进水口，所述进水口通过水泵与进水管连接。

进一步地，所述蓄水箱侧壁上部设有溢水孔。

进一步地，所述蓄水箱内壁和所述箱盖底部均凃有隔热涂层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明提供的智能雨水收集灌溉装置，能够自动收集雨水，并将收集的雨水进行精准灌溉，对小规模绿化区域也能灵活浇灌，结构简单，不受地域、天气等外界环境的影响，使用范围广。

(2)本发明提供的智能雨水收集灌溉装置，设置的雨水收集机构的光电开关与空气湿度传感器将识别的光线信息、空气湿度信息等传递给第一控制器，然后通过第一控制器控制电机的通断电，从而控制箱盖的开启关闭。当下雨时，空气湿度传感器、光电开关将识别的信息传递给第一控制器进行分析处理之后，控制电机驱动箱盖打开；雨停时，空气湿度传感器、光电开关将识别的信息传递给第一控制器分析处理之后，控制电机驱动箱盖关闭，从而实现蓄水箱中雨水的自动收集。

(3)本发明提供的智能雨水收集灌溉装置，设置的蓄水箱出水口处的水位传感器能够探测蓄水箱中的水是否足够进行灌溉；设置的土壤湿度传感器探头伸入目标植物的土壤中能够检测目标植物周围的土壤湿度。当目标植物周围土壤湿度低于预设值时，并且水位传感器探测到蓄水箱中的水足够进行灌溉，第二控制器控制阀门开启，开始灌溉；当目标植物周围土壤湿度高于预设值时，第二控制器控制阀门关闭，灌溉结束，从而实现目标植物的精准灌溉。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的智能雨水收集灌溉装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1的智能雨水收集灌溉装置中蓄水箱的结构示意图；

图3为本发明实施例1的智能雨水收集灌溉装置中蓄水箱的俯视图；

图4为本发明实施例1的智能雨水收集灌溉装置中箱盖与电机的连接结构示意图；

图5为本发明实施例1的智能雨水收集灌溉装置的灌溉机构的结构示意图；

图6为本发明实施例1的智能雨水收集灌溉装置的箱盖全开时的俯视图；

图7为本发明实施例1的智能雨水收集灌溉装置的箱盖关闭时的俯视图

图8为本发明实施例2的智能雨水收集灌溉装置的结构示意图；

图9为本发明实施例2的智能雨水收集灌溉装置中蓄水箱的结构示意图；

图10为本发明实施例1的智能雨水收集灌溉装置的雨水收集机构的电路示意图；

图11为本发明实施例1图10中的线路①电路简化图；

图12为本发明实施例1图10中的线路①电路简化图；

图13为本发明实施例1图10中的线路②电路简化图；

图14为本发明实施例1图10中的线路②电路简化图；

图15为本发明实施例1的智能雨水收集灌溉装置的灌溉机构的电路示意图。

图16为本发明实施例2的智能雨水收集灌溉装置的灌溉机构的电路示意图。

附图标记说明：1-蓄水箱、2-箱盖、201-第一光电开关、202-第二光电开关、203-第三光电开关、204-第四光电开关、3-隔离室、301-排水孔、4-齿轮轴、5-电机、6-圆孔、7-蓄电池、8-集成盒、9-第一太阳能板、10-开关、11-进水口、12-出水口、13-进水管、14-灌溉水管、15-土壤湿度传感器、16-出水管、17-阀门、18-水位传感器、19-第二太阳能板、20-LED灯、21-溢水孔、22-过滤网、23-水泵。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

一种智能雨水收集灌溉装置，如图1和图2所示。

雨水收集机构包括蓄水箱1，蓄水箱1顶部设有箱盖2，箱盖2与蓄水箱1滑动连接。如图2所示，蓄水箱1内侧壁上部固定有隔离室3，隔离室3内侧壁上安装有电机5，箱盖2底部安装有齿轮轴4，隔离室3的顶板开有圆孔6，齿轮轴4穿过圆孔6与电机5的输出轴啮合连接，如图4所示。隔离室3的底部开有若干个排水孔301，防止隔离室3中积水，进入隔离室3的水直接从排水孔301落入蓄水箱1中。隔离室3内侧壁固定有蓄电池7，蓄电池7与电机5连接，为电机5提供电能，蓄电池7和电机5均进行防水处理。箱盖2底部和蓄水箱1内壁均凃有隔热涂层，能够防止外部温度过高导致的水分流失。

箱盖2顶部安装有第一太阳能板9，第一太阳能板9与蓄电池7连接，对蓄电池7进行充电。第一太阳能板9一侧设有集成盒8，集成盒8内部安装有空气湿度传感器和第一控制器。空气湿度传感器与第一控制器连接，空气湿度传感器将检测到空气中的水分转换成输出信号传递给第一控制器连接进行分析处理。空气湿度传感器根据空气湿度变化识别是否降雨。空气湿度传感器与电机5连接。蓄水箱1侧壁顶端安装有光电开关，光电开关是有光传感器和光纤控制器共同组成的，能够将检测到光线信号进行分析处理。共四个光电开关分别第一光电开关201、第二光电开关202、第三光电开关203、第四光电开关204，对称设置在隔离室3的两侧，其中第一光电开关201、第二光电开关202、第三光电开关203、第四光电开关204均位于蓄水箱1的边缘同时位于箱盖2底部，以保证箱盖2能够完美将蓄水箱1顶部盖上。其中第一光电开关201和第三光电开关203相邻，第二光电开关202和第四光电开关204相邻。对称的两个光电开关连接为一组，第一光电开关201和第二光电开关202电连接为一组，第三光电开关203与第四光电开204电连接为一组。

第一光电开关201、第二光电开关202、第三光电开关203、第四光电开关204均与第一控制器连接，与空气湿度传感器共同作用控制电机5的通断电，从而控制箱盖2的滑动运动。四个光电开关两两配合，其中两个光电开关控制箱盖打开，另外两个光电开关控制箱盖2关闭。箱盖2有以下四种工作状态：1、不下雨时关闭状态；2、下雨时关闭状态；3、不下雨时开启状态；4、不下雨时开启状态，需要同时采用4条线路以保证箱盖处于以上4种状态中的任何一种情况时都能顺利工作，故采用四个光电开关进行控制。

蓄水箱1外侧壁上部设有开关10，开关10分别与蓄电池7、电机5连接，本实施例的开关10采用按钮开关。如图3所示，蓄水箱1内部设有可更换的过滤网22，过滤网22与蓄水箱1内侧壁固定连。过滤网22位于蓄水箱1顶端，过滤网22与隔离室3的顶端齐平。过滤网22可以防止杂物掉入，当过滤网22上杂物过多时可以及时进行更换。

灌溉机构包括阀门17，阀门17采用电动调节阀。蓄水箱1侧壁下部设有进水口11和出水口12，进水口11与进水管13连接，出水口12处安装有出水管16，出水管16通过阀门17与灌溉水管14连接，如图5所示。出水管16靠近蓄水箱1的一端安装有水位传感器18，水位传感器18安装在出水管16的靠近蓄水箱1一端的侧壁的顶点位置，出水管16安装有水位传感器18的一端伸入出水口12中，便于水位传感器18检测水位。水位传感器18用于检测蓄水箱1内是否有足够的的水进行灌溉。阀门17远离蓄水箱1的一侧安装有土壤湿度传感器15，土壤湿度传感器15的探头放入目标植物的土壤中，用于探测目标植物周围的土壤湿度，根据土壤湿度判断植物是否需要进行灌溉。土壤湿度传感器15、水位传感器18均与第二控制器连接。第二控制器在安装在阀门17内部，第二控制器通过土壤湿度传感器15和水位传感器18传输的信号进行分析处理之后控制阀门17的开启关闭。阀门17顶端安装有第二太阳能板19，第二太阳能板19上安装有红色的LDE灯20，LDE灯20能够起到警示作用，LED灯20与第二控制器连接。当水位传感器18检测到蓄水箱1中没有水时，第二控制器控制LED灯20亮起，提醒向蓄水箱1中加水。第二太阳能板19为水位传感器18、土壤湿度传感器15、阀门17、LED灯20提供电能。

雨水收集机构的电路连接示意图如图10所示。下雨时，空气湿度达到一个固定值，空气湿度传感器识别之后输出为1，相应动作为电路切换为电路一中的线路①，如图11所示；不下雨时，空气湿度低于某一固定值，空气湿度传感器识别之后输出为0，相应动作为电路切换为电路二中的线路②，如图13所示。在下雨和不下雨时，电机5按照表1进行相应的通电断电动作，从而实现箱盖2的开关。蓄水箱1侧壁的开关10有将电路在电路二和电路一之间进行切换的功能，当LED灯20闪亮进行报警时，可以通过操作开关选择电路二，按钮下按使电路进行点动通电，按钮按下，电路二为通电，电机5旋转，箱盖2开启，当箱盖2完全打开时，松开按钮此时可以进行手动添水。随后，继续将开关10按钮按下，电机5通电，箱盖2继续旋转进行关闭操作，当箱盖2完全关闭的时候，松开按钮并将按钮复位到电路一的位置上。

表1电机电路真值表

注：表格中的1、2、3、4分别代表第一光电开关、第二光电开关、第三光电开关、第四光电开关；蓄电池通电赋值为1，断电赋值为0，因蓄电池一直处于通电状态故表1中均为1；不下雨时空气湿度传感器赋值为0接线路②，下雨时赋值为1接线路①；第一光电开关、第二光电开关初始为无光(箱盖遮住了光)、通电均赋值为1，有光、断电均赋值为0，“-”表示动态变化过程，例如0-1表示由断电转化为通电；第三光电开关、第四光电开关初始为无光(箱盖遮住了光)、断电均赋值为0，有光、通电均赋值为1，“-”表示动态变化过程，例如0-1表示由断电转化为通电；电机通电赋值为1，断电赋值为0。

现对表1中的内容进行如下详细描述：

一、下雨时，箱盖2开启状态，具体为：

箱盖2开启的触发条件为空气湿度大于空气湿度传感器的预设值，即下雨，线路切换为图10电路一中的线路①，即图11中的线路图，第一光电开关201、第二光电开关202无光照时为通电状态，故此时电机5带动箱盖2旋转，经历以下两个阶段：第一阶段箱盖2为半开启状态，第一光电201开关暴露在光照中，此时第一光电开关201有光照，变成断电状态，此时的线路图如图12所示；第二阶段箱盖2为全开状态，箱盖2与蓄水箱1的相对位置如图6所示(为了清楚展示蓄水箱1与箱盖2的位置关系，图6中省略了结构第一太阳能板9和集成盒8)，此时，第一光电开关201和第二光电开关202都有光照，为断电状态，电机5停止转动，箱盖2停止旋转，箱盖2完全打开，此时线路①为断路状态。

二、不下雨时，箱盖2关闭状态，具体为：

当箱盖2完全开启后，第三光电开关203和第四光电开关204完全暴露在光照中，如图6所示。第三光电开关203、第四光电开关204设定为有光照为通电状态，无光照为断电状态。当箱盖2开启之后，需要靠第三光电开关203、第四光电开关204控制电路，控制电机5继续旋转驱动箱盖2关闭，箱盖2关闭过程中与蓄水箱1的相对位置如图7所示(为了清楚展示蓄水箱1与箱盖2的位置关系，图7中省略了结构第一太阳能板9和集成盒8)；当空气湿度小于空气湿度传感器的预设值时，即不下雨，线路切换为图10电路一中的线路②，即图13中的线路图。箱盖2关闭经过以下两个阶段：第一阶段箱盖2关闭中，此时第三光电开关203没有光照，由通电状态换为断电状态，此时的线路图如图14所示；第二阶段箱盖2完全关闭，此时第三光电开关203、第四光电开关204都没有光照，由通电状态转化为断电状态，此时线路②为断路。箱盖2经历了下雨开启到不下雨关闭的过程后，此时线路为②，第一光电开关201、第二光电开关202均为无光照、通电状态，第三光照开关203、第四光电开关204均为无光照、断电状态。

经以上分析可以看出需要四个光电开关，第一光电开关201、第二光电开关202连接，控制箱盖2打开，对称设置在齿轮轴4两侧(本实施例中设置在隔离室两侧)；第三光电开关203、第四光电开关204连接控制箱盖2关闭，对称设置在齿轮轴4两侧(本实施例中设置在隔离室两侧)。

灌溉机构的电路示意图如图15所示，当水位传感器18探测到蓄水箱1中有水，目标植物周围土壤湿度低于某预设值时，水位传感器18接通电路①，阀门17开启，开始灌溉；当目标植物周围土壤湿度高于某预设值时，阀门17关闭，灌溉结束。当水位传感器18探测到蓄水箱1中没有足够的水时，水位传感器18接通电路②，LED灯20闪烁进行提醒，人工向蓄水箱中加水后，水位传感器18探测到蓄水箱的水足够进行灌溉时，阀门17开启，进行灌溉。其中灌溉机构通电时的真值表如表2所示。

表2灌溉机构通电真值表

注：表2中的通电工作赋值为1，断电赋值为0；蓄水箱中有水赋值为1，无水赋值为0；阀门开启赋值为1，阀门关闭赋值为0。

本实施例提供的智能雨水收集灌溉机构中蓄水箱中的水有两个来源：一是雨水收集，二是人工加水，可以进行全自动和半自动灌溉进行切换。解决了现有雨水收集装置只有单一模式、不能将自动与半自动结合的问题，在雨水收集量不足的时候目标作物也不会缺水，能让目标作物顺利生长。

实施例2

一种智能雨水收集灌溉装置，如图8和图9所示，其技术方案与实施例1基本一致，不同之处在于：蓄水箱1侧壁与出水口12相对的一侧设有进水口11，进水口11处安装有水泵23，水泵23与进水管13连接，水泵23与第二控制器连接。本实施例中的水泵23可以根据用户需求进行安装。

本实施例中灌溉机构的线路图如图16所示，当水位传感器18探测到蓄水箱1中有水，当目标植物周围土壤湿度低于某预设值时，水位传感器18接通电路①，阀门17开启，开始灌溉；当目标植物周围土壤湿度高于某预设值时，阀门17关闭，灌溉结束。当水位传感器18探测到蓄水箱1中没有足够的水时，水位传感器18接通电路②，LED灯20闪烁进行提醒，水泵23通电启动，从外部抽水进入蓄水箱1中，当水位没过水位传感器18时，水位传感器18接通电路①，LED灯20停止闪烁，水泵23断电关闭，达到抽水-灌溉供需相等的效果，当探测到蓄水箱1的水足够进行灌溉时，阀门17开启，进行灌溉。其中灌溉机构通电时的真值表如表3所示。

表3灌溉机构通电真值表

注：表3中的通电工作赋值为1，断电赋值为0；蓄水箱中有水赋值为1，无水赋值为0；阀门开启赋值为1，阀门关闭赋值为0；水泵开启赋值为1，水泵关闭赋值为0。

本实施例提供的智能雨水收集灌溉机构中蓄水箱中的水有三个来源：一是雨水收集，二是人工加水，三是水泵自动抽水，可以进行全自动和半自动灌溉进行切换。解决了现有雨水收集装置只有单一模式、不能自动与半自动结合的问题，在雨水收集量不足的时候目标作物也不会缺水，能让目标作物顺利生长。

本发明提供的说明书附图图10-16中提供的电路图仅是为了清楚说明雨水收集机构和灌溉机构工作原理，并不代表实际安装过程中的电路图。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种智能雨水收集灌溉装置，其特征在于，包括雨水收集机构和灌溉机构，

所述雨水收集机构包括蓄水箱；所述蓄水箱顶部设有电机驱动的箱盖，所述箱盖与所述蓄水箱滑动连接；所述箱盖顶端设有空气湿度传感器，所述空气湿度传感器与第一控制器连接；所述蓄水箱侧壁顶端设有光电开关，所述光电开关位于所述箱盖下方；所述光电开关分别与所述第一控制器、所述电机连接；

所述灌溉机构包括阀门；所述蓄水箱侧壁设有出水口，所述出水口通过所述阀门与灌溉水管连接，所述出水口处设有水位传感器，所述阀门一侧设有土壤湿度传感器，所述水位传感器、所述土壤湿度传感器、所述阀门均与第二控制器连接。

2.根据权利要求1所述的智能雨水收集灌溉装置，其特征在于，所述蓄水箱内设有隔离室，所述隔离室内设有所述电机，所述箱盖底部设有齿轮轴，所述齿轮轴穿过所述隔离室的顶端与所述电机的输出轴啮合连接，所述隔离室内部设有蓄电池，所述蓄电池与所述电机连接，所述隔离室底部设有若干个排水孔。

3.根据权利要求2所述的智能雨水收集灌溉装置，其特征在于，包括对称分布在所述齿轮轴两侧的四个所述光电开关，所述齿轮轴每侧设有两个相邻的光电开关，其中互相对称的两个光电开关连接为一组。

4.根据权利要求2所述的智能雨水收集灌溉装置，其特征在于，所述蓄水箱内部设有过滤网，所述过滤网与所述蓄水箱内侧壁可拆卸连接。

5.根据权利要求2所述的智能雨水收集灌溉装置，其特征在于，所述箱盖顶部设有太阳能板，所述太阳能板与所述蓄电池连接。

6.根据权利要求2所述的智能雨水收集灌溉装置，其特征在于，所述蓄水箱侧壁设有开关，所述开关分别与所述蓄电池、所述电机连接。

7.根据权利要求1所述的智能雨水收集灌溉装置，其特征在于，所述阀门上设有太阳能板，所述太阳能板上设有LED灯，所述LED灯与所述第二控制器连接。

8.根据权利要求1所述的智能雨水收集灌溉装置，其特征在于，所述蓄水箱侧壁设有进水口，所述进水口通过水泵与进水管连接。

9.根据权利要求1所述的智能雨水收集灌溉装置，其特征在于，所述蓄水箱侧壁上部设有溢水孔。

10.根据权利要求1所述的智能雨水收集灌溉装置，其特征在于，所述蓄水箱内壁和所述箱盖底部均凃有隔热涂层。

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