CN115199499A - 一种用于果园灌溉的太阳能水泵装置 - Google Patents

Abstract

一种用于果园灌溉的太阳能水泵装置，包括潜水泵本体、蓄电池、太阳能电池板，还具有湿度探测机构、远程控制电路、湿度探测电路、数据发送电路、电池性能检测电路；湿度探测机构包括安装在一起的固定板、电动伸缩杆、固定杆和活动管、金属片，固定杆及活动管***地面下，蓄电池、远程控制电路、湿度探测电路、数据发送电路、电池性能检测电路安装在元件盒并电性连接。本发明能达到节省电能的目的，数据发送电路会为使用者远程发送湿度数据，使用者根据需要能方便调节活动管及金属片位于土层内的深度，在土壤内含水量低于一定时，水泵会自动得电工作为果树进行灌溉，给使用者带来了便利，且有效保证了果树不会因土壤干燥而影响生长。

Description

一种用于果园灌溉的太阳能水泵装置

技术领域

本发明涉及灌溉设备技术领域，特别是一种用于果园灌溉的太阳能水泵装置。

背景技术

在农业领域中，为了实现果园等的无人化智能化灌溉管理，一般会安装基于水泵、湿度探头等的设备，工作时，湿度探头实时探测相应区域土壤的湿度，当土壤干燥度过大时控制水泵等得电工作，水泵将池塘或者水箱内的水、再或者地下水抽出为果树进行浇灌，待果园湿度达到要求后关闭水泵的工作电源。

虽然现有的果园用智能水泵***一定程度上实现了智能化灌溉，但是受到结构所限，或多或少还是存在一些具体的技术问题，具体体现如下。其一：湿度探头安装到位后处于固定化状态，那么其只能探测相应土层的湿度，当随果树的生长高度需要不同，使用者需要调节湿度探头探测不同深度土层的湿度时(比如果树高度低、根系在土层内相对浅，那么就需要探测深度相对浅的土壤湿度数据；比如果树高度高、根系在土层内相对深，那么就需要探测深度相对深的土壤湿度数据)，就必须使用者到现场人为方式才能调节，这样会给使用者带来极大不便。其二：现有的湿度探测设备无法将湿度数据远传，这样，远端使用者不能实时了解现场湿度数据，如果干燥度过大、而恰好水泵等损坏时，由于果树等得不到及时浇灌，会对果树的健康生长带来不利影响，极端情况下，还会导致果树死亡等。其三：整体设备采用输电线路供电，不但架设线路成本高，且相对的存在不节能的缺点。综上所述，提供一种能方便调节湿度探测深度，并能实时为使用者传递现场土壤湿度数据，还能不使用输电线路供电的果园用水泵装置显得尤为必要。

发明内容

为了克服现有果园智能浇灌用水泵设备因结构所限，存在如背景所述弊端，本发明提供了基于水泵本体，通过太阳能电池板、蓄电池等协同供电，应用中，使用者能方便远程通过手机调节探测土壤湿度的探测头深度，其且还能实时掌握现场土壤湿度数据，并在蓄电池及太阳能电池板出现问题时能及时短信提示远端使用者维护，由此实现了节能目的，并给使用者带来了便利，且有效保证了果树不会因土壤干燥而影响生长的一种用于果园灌溉的太阳能水泵装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于果园灌溉的太阳能水泵装置，包括潜水泵本体、蓄电池、太阳能电池板，其特征在于还具有湿度探测机构、远程控制电路、湿度探测电路、数据发送电路、电池性能检测电路；所述湿度探测机构包括固定板、电动伸缩杆、固定杆和活动管、金属片，固定杆有多只，多只固定杆上端分别安装在固定板的下端，电动伸缩杆安装在固定板上且其活动杆位于固定板下部，活动管的上端安装在活动杆下端，金属片彼此间隔距离绝缘安装在活动管侧部；所述湿度探测机构的固定杆及活动管***地面之下，蓄电池、远程控制电路、湿度探测电路、数据发送电路、电池性能检测电路安装在元件盒内；所述太阳能电池板两极和蓄电池两极及远程控制电路、湿度探测电路、数据发送电路、电池性能检测电路的电源输入端分别电性连接；所述金属片电性串联在湿度探测电路的两个信号输入端之间，湿度探测机构的信号输出端和数据发送电路、湿度探测电路的信号输入端电性连接；所述远程控制电路的电源输出端和电动推杆的电源输入端电性连接。

进一步地，所述金属片和活动管处于一个圆弧平面。

进一步地，所述活动管的外径小于固定杆的外径，且活动管、固定杆的下端均为尖锥形结构，活动管的长度大于固定杆的长度。

进一步地，所述远程控制电路是手机远程控制电路模块。

进一步地，所述湿度探测电路包括电性连接的继电器、电阻、NPN三极管、电源逆变器，继电器正极电源输入端及控制电源输入端连接，电阻一端和NPN三极管基极连接，NPN三极管集电极和继电器负极电源输入端连接，NPN三极管集电极和电源逆变器负极电源输入端连接，电源逆变器正极电源输入端和继电器常闭触点端连接。

进一步地，所述数据发送电路包括电性连接的单片机模块和GPRS模块，单片机模块和GPRS模块的电源输入两端分别电性连接，单片机模块的信号输出端和GPRS模块的信号输入端电性连接。

进一步地，所述电池性能检测电路包括电性连接的NPN三极管、电阻和短信模块，第一只电阻一端和第一只NPN三极管基极连接，第一只电阻另一端和第二只电阻一端、短信模块正极电源输入端连接，第一只NPN三极管集电极和第二只电阻另一端、第二只NPN三极管基极连接，两只NPN三极管发射极和短信模块的负极电源输入端连接，第二只NPN三极管集电极和短信模块的触发信号输入端连接。

进一步的，所述潜水泵本体还能采用自吸水泵。

本发明有益效果是：本发明基于水泵本体，通过太阳能电池板、蓄电池等协同供电，这样不需要架设供电线路，使用更加方便且能达到节省电能的目的。应用中，湿度探测电路协同两只金属片能实时探测相应区域土壤内的湿度数据，数据发送电路还会为使用者远程发送湿度数据，使用者根据需要能方便远程通过手机调节活动管位于土层内的深度，实现更好的探测效果，在土壤内含水量低于一定时，水泵会自动得电工作为果树进行灌溉，给使用者带来了便利，且有效保证了果树不会因土壤干燥而影响生长。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。

附图说明

以下结合附图和实施例将本发明做进一步说明。

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明电路图。

具体实施方式

图1、2中所示，一种用于果园灌溉的太阳能水泵装置，包括潜水泵本体M1、蓄电池G2、太阳能电池板G1，潜水泵本体M1投入蓄水池内，潜水泵本体M1的出水管和果园内的浇水管进水端经管道连接，浇水管的多个出水端分别位于每棵果树的侧端，太阳能电池板G1安装在果园高处向阳地方，还具有湿度探测机构、远程控制电路1、湿度探测电路2、数据发送电路3、电池性能检测电路4；所述湿度探测机构包括固定板5、电动伸缩杆M、固定杆6和活动管7、圆形金属片T1，固定杆6有三只以上，三只固定杆6上端分别垂直焊接在固定板5的下端周围，固定板5中部有个开孔，电动伸缩杆M垂直安装在固定板5开孔上且其活动杆经由开孔向下引出，活动管7的上端焊接在电动伸缩杆M的活动杆下端，活动管7的下端前间隔一定距离具有两个凹槽，两只金属片T1分别用胶粘接在一只塑料板的前端且和金属片T1后端连接的导线经由塑料板中部开孔向后外引出、再从凹槽中部开孔引入活动管7内，和两只金属片T1连接的导线经由活动管7上端右侧向外引出、并从固定板5中部右端的开孔向上外引出，两只金属片T1后端的塑料板用胶分别粘接在两个凹槽内；所述湿度探测机构的固定杆6及活动管7***果园中部地面之下，蓄电池G2、远程控制电路1、湿度探测电路2、数据发送电路3、电池性能检测电路4安装在元件盒8内电路板上，元件盒8安装在太阳能电池板G1的机架后端下。

图1、2所示，两只金属片T1彼此绝缘并和活动管7绝缘，金属片T1和活动管7前端处于一个圆弧平面。活动管7的外径小于固定杆6的外径，且活动管7、固定杆6的下端均为尖锥形结构，活动管7的长度大于固定杆6的长度。远程控制电路是手机远程控制电路模块成品A1。湿度探测电路包括经电路板布线连接的继电器K1、电阻R1、NPN三极管Q1、电源逆变器A4，继电器K1正极电源输入端及控制电源输入端连接，电阻R1一端和NPN三极管Q1基极连接，NPN三极管Q1集电极和继电器K1负极电源输入端连接，NPN三极管Q1集电极和电源逆变器A4负极电源输入端2脚连接，电源逆变器A4正极电源输入端1脚和继电器K1常闭触点端连接。数据发送电路包括经电路板布线连接的单片机模块A2和GPRS模块A3，单片机模块A2和GPRS模块A3的电源输入两端1及2脚分别经导线连接，单片机模块A2的信号输出端和GPRS模块A3的信号输入端经数据线连接。电池性能检测电路包括经电路板布线连接的NPN三极管Q2及Q3、电阻R2及R3、短信模块A5，第一只电阻R2一端和第一只NPN三极管Q2基极连接，第一只电阻R2另一端和第二只电阻R3一端、短信模块A5正极电源输入端1脚连接，第一只NPN三极管Q2集电极和第二只电阻R3另一端、第二只NPN三极管Q2基极连接，两只NPN三极管Q2及Q3发射极和短信模块A5负极电源输入端2脚连接，第二只NPN三极管Q3集电极和短信模块A5的触发信号输入端3脚连接。太阳能电池板G1两极和蓄电池G2两极及远程控制电路A1的电源输入端1及2脚、湿度探测电路的电源输入端继电器K1正极电源输入端及NPN三极管Q1发射极、数据发送电路的电源输入端单片机模块A2的1及2脚、电池性能检测电路的电源输入端电阻R2另一端及NPN三极管Q2发射极分别经导线连接；两只金属片T1经导线串联在湿度探测电路的两个信号输入端电阻R1另一端及继电器K1正极电源输入端之间，湿度探测机构的信号输出端电阻R1另一端和数据发送电路的信号输入端单片机模块A2的3脚经导线连接。潜水泵本体M1还能采用自吸水泵等。远程控制电路A1的电源输出端3、4脚及5、6脚和电动推杆M的正负及负正两极电源输入端分别经导线连接。

图1、2所示，本发明平时太阳能电池板G1受光照产生电能为蓄电池G2充电，保证了本发明晚上及阴天能正常使用。湿度探测机构、湿度探测电路中，当土壤内湿度大时，两只金属片T1(铜片)之间的电阻值相对小，这样，蓄电池G2输出的12V电源经电阻R1、较大湿度的土壤降压限流，通过两只金属片T1进入NPN三极管Q1的基极电压高于0.7V，NPN三极管Q1导通集电极输出低电平进入继电器K1负极电源输入端，继电器K1得电吸合其控制电源输入端和常闭触点端开路，那么，水泵本体M1不会得电工作。当土壤内湿度较小时，两只金属片T1(铜片)之间的电阻值相对大，这样，蓄电池G2输出的12V电源经电阻R1、较小湿度的土壤降压限流，通过两只金属片T1进入NPN三极管Q1的基极电压低于0.7V，NPN三极管Q1截止集电极不再输出低电平进入继电器K1负极电源输入端，继电器K1失电不再吸合其控制电源输入端和常闭触点端闭合，这样，12V电源会进入电源逆变器A4的电源输入端，电源逆变器A4输出交流220V电源进入水泵本体M1的电源输入端，水泵本体M1得电工作将水抽出加压泵入浇水管内，浇水管的多个出水端分别流出水对每棵果树进行灌溉。灌溉一段时间后，当位于果园中部地面之下的两只金属片T1侧端的土壤被水浸湿后，蓄电池G2输出的12V电源经电阻R1、较大湿度的土壤降压限流，通过两只金属片T1进入NPN三极管Q1的基极电压再次高于0.7V，NPN三极管Q1再次导通集电极输出低电平进入继电器K1负极电源输入端，继电器K1再次得电吸合其控制电源输入端和常闭触点端开路，那么，水泵本体M1再次失电得电工作。通过上述，本发明就能在土壤干燥度过大时，自动控制水泵本体M1为果树进行浇灌(电阻R1可更换为可调电阻，可调电阻的电阻调节得相对大时、限流降压作用大，那么现场土壤湿度相对大时进入NPN三极管Q1的基极电压才会高于0.7V，也就是说本发明对土壤的湿度探测阈值变大；可调电阻的电阻调节得相对小时、限流降压作用小，那么现场土壤相对湿度小时进入NPN三极管Q1的基极电压就会高于0.7V，也就是说本发明对土壤的湿度探测阈值变小)。

图1、2所示，本发明中，土壤湿度发生变化时，12V电源经土壤进入电阻R1的电压会发生同步变化，土壤湿度大时进入电阻R1的电压信号相对大、反之相对小，动态变化的模拟电压信号进入单片机模块A2的信号输入端3脚后，单片机模块A2会将动态变化的模拟量电压信号转换为数字信号，然后再经GPRS模块A3通过无线移动网络远传，远端使用者经手机或PC机内的应用软件接收到数据后，通过显示屏显示的数据就能直观了解到现场土壤的干湿度数据(显示屏显示的数字或波形图高时代表现场土壤湿度大、反之相对小)，并给在干燥度异常时，可及时到现场进行检测排出故障(比如干燥度明显过大，代表水泵本体M1等有可能出现故障没有对果树进行浇灌)。需要说明的是，远端PC机或手机接收数据并通过软件处理后，经数字或波形图显示现场电压数据的大小是现有极为成熟的物联网技术，本申请利用该技术点实现了土壤干湿度的远程监测，本申请并未对PC机或手机的应用软件进行保护。实时应用中，当远端使用者需要控制探测土壤湿度的深度时，使用者经身边手机的应用软件分别发射出第一路或第二路无线远程闭合控制指令，远程控制电路A1接收到后其3、4脚或5、6脚会分别输出电源到电动伸缩杆M的正负或负正两极电源输入端(后续使用者经身边手机的应用软件分别发射出第一路或第二路无线远程开路控制指令，远程控制电路A1接收到后其3、4或5、6脚会分别停止输出电源)，于是，电动伸缩杆M的正负或负正两极会得电，电动伸缩杆M正负极得电后其活动杆会推动活动管7带动两只金属片T1下降高度，***更深层土壤内；电动伸缩杆M负正极得电后其活动杆会经活动管7带动两只金属片T1上升高度，***相对浅层土壤内；电动推杆M的活动杆运动速度是每秒钟5毫米左右，使用者通过控制发出闭合指令的时间就能控制活动管***土壤内的不同深度。由于具有三只固定杆，因此固定板能有效被固定，也就是说活动管下行后产生的反作用力不会大于三只固定杆产生的固定力，不会造成固定板松动，保证了本发明正常工作。

图1、2所示，当蓄电池G2及太阳能电池板G1没有损坏电压高于12V时，该电压经电阻R2(还可采用可调电阻代替)限流降压后进入NPN三极管Q2的基极高于0.7V，NPN三极管Q2导通集电极输出低电平进入NPN三极管Q3基极，NPN三极管Q3截止，短信模块A5不会发送短信。当蓄电池G2及太阳能电池板G1损坏或者性能下降电压低于12V时，该电压经电阻R2限流降压后进入NPN三极管Q2的基极低于0.7V，NPN三极管Q2截止集电极不再输出低电平进入NPN三极管Q3基极，NPN三极管Q3基极经由电阻R3限流降压获得高电平导通集电极输出低电平进入短信模块A5的3脚，于是，短信模块A5会将储存的一条短信发送出去，远端使用者手机接收短信后就能第一时间赶到现场检查蓄电池或太阳能电池板，对其进行维护更换，保证本发明的正常使用。通过上述所有机构及电路共同作用，本发明过太阳能电池板、蓄电池等协同供电，不需要架设供电线路，使用更加方便且能达到节省电能的目的，数据发送电路还会为使用者远程发送湿度数据，使用者根据需要能方便远程通过手机调节活动管7及金属铜片位于土层内的深度，实现更好的探测效果，在土壤内含水量低于一定时，水泵会自动得电工作为果树进行灌溉，给使用者带来了便利，且有效保证了果树不会因土壤干燥而影响生生长。图2中，太阳能电池板G1型号是12V/50W；蓄电池G2是型号12V/500Ah的铅酸蓄电池或锂电池；电阻R1、R2、R3阻值分别是1K、4.2M、47K；NPN三极管Q1、Q2、Q3型号是S9013；继电器K1是DC12V继电器；GPRS模块A3型号是ZLAN8100；单片机模块A4的主控芯片型号是STC12C5A60S2；手机远程控制模块A1是型号CL4-GPRS的远程无线控制器成品U2，其具有两个电源输入端1及2脚，四路控制电源输出接线端，工作电压是直流12V，使用中，通过现有成熟的手机APP技术，使用者可在远端经手机APP通过无线移动网络分别发送出控制指令，远程无线控制器成品U2接收到控制指令后，会分别控制四路控制电源输出端输出或不输出电源；电动伸缩杆M是工作电压直流12V的往复式电动推杆成品；电源逆变器A4是输入电源直流12V、输出交流220V的电源逆变器成品；水泵本体M1工作电压交流220V、功率500W；短信模块A5是型号GSM800的短信报警模块，短信报警模块成品具有两个电源输入端1及2脚，信号输入端口3-8脚，每个信号输入端口输入低电平信号后，短信报警模块成品会经无线移动网络发送一条短信，短信报警模块内储存有短信，本实施例储存有“电池损坏，短信报警模块的信号输入端口3脚被分别输入低电平信号后，短信报警模块能发送一条短信。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种用于果园灌溉的太阳能水泵装置，包括潜水泵本体、蓄电池、太阳能电池板，其特征在于还具有湿度探测机构、远程控制电路、湿度探测电路、数据发送电路、电池性能检测电路；所述湿度探测机构包括固定板、电动伸缩杆、固定杆和活动管、金属片，固定杆有多只，多只固定杆上端分别安装在固定板的下端，电动伸缩杆安装在固定板上且其活动杆位于固定板下部，活动管的上端安装在活动杆下端，金属片彼此间隔距离绝缘安装在活动管侧部；所述湿度探测机构的固定杆及活动管***地面之下，蓄电池、远程控制电路、湿度探测电路、数据发送电路、电池性能检测电路安装在元件盒内；所述太阳能电池板两极和蓄电池两极及远程控制电路、湿度探测电路、数据发送电路、电池性能检测电路的电源输入端分别电性连接；所述金属片电性串联在湿度探测电路的两个信号输入端之间，湿度探测机构的信号输出端和数据发送电路、湿度探测电路的信号输入端电性连接；所述远程控制电路的电源输出端和电动推杆的电源输入端电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于果园灌溉的太阳能水泵装置，其特征在于，金属片和活动管处于一个圆弧平面。

3.根据权利要求1所述的一种用于果园灌溉的太阳能水泵装置，其特征在于，活动管的外径小于固定杆的外径，且活动管、固定杆的下端均为尖锥形结构，活动管的长度大于固定杆的长度。

4.根据权利要求1所述的一种用于果园灌溉的太阳能水泵装置，其特征在于，远程控制电路是手机远程控制电路模块。

5.根据权利要求1所述的一种用于果园灌溉的太阳能水泵装置，其特征在于，湿度探测电路包括电性连接的继电器、电阻、NPN三极管、电源逆变器，继电器正极电源输入端及控制电源输入端连接，电阻一端和NPN三极管基极连接，NPN三极管集电极和继电器负极电源输入端连接，NPN三极管集电极和电源逆变器负极电源输入端连接，电源逆变器正极电源输入端和继电器常闭触点端连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于果园灌溉的太阳能水泵装置，其特征在于，数据发送电路包括电性连接的单片机模块和GPRS模块，单片机模块和GPRS模块的电源输入两端分别电性连接，单片机模块的信号输出端和GPRS模块的信号输入端电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种用于果园灌溉的太阳能水泵装置，其特征在于，电池性能检测电路包括电性连接的NPN三极管、电阻和短信模块，第一只电阻一端和第一只NPN三极管基极连接，第一只电阻另一端和第二只电阻一端、短信模块正极电源输入端连接，第一只NPN三极管集电极和第二只电阻另一端、第二只NPN三极管基极连接，两只NPN三极管发射极和短信模块的负极电源输入端连接，第二只NPN三极管集电极和短信模块的触发信号输入端连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于果园灌溉的太阳能水泵装置，其特征在于，潜水泵本体还能采用自吸水泵。

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