全自动集雨蓄水浇灌装置及其运行方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种全自动集雨蓄水浇灌装置及其运行方法，涉及雨水收集利用技术领域。本全自动集雨蓄水浇灌装置包括太阳能光伏发电系统、雨水收集系统、浇灌系统和智能控制系统。太阳能光伏发电系统利用太阳能电池板将太阳光能直接转化为电能，提供装置工作所需能源；雨水收集系统用于根据大气降雨条件收集雨水；浇灌系统用于根据土壤湿度和植物需水量形成相应的灌溉供水源头；智能控制系统用于接收各类传感器信号控制其他系统协同工作。本发明专利技术能够实现降雨的自动收集与植物自动浇灌，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
全自动集雨蓄水浇灌装置及其运行方法
本专利技术涉及雨水收集利用
，特别涉及一种全自动集雨蓄水浇灌装置及其运行方法。
技术介绍
全球性水资源短缺关系到粮食安全、生态安全、环境安全和经济安全，甚至生命安全，是当前亟待解决的重大问题。根据水利部官方统计，我国当前水资源短缺情况十分突出，淡水资源量人均只有2200立方米，仅为世界人均水平的四分之一，在世界上名列第121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。近年来，受全球气候变化影响，全球范围内暴雨洪水和泥石流灾害频繁，山区和城市多次遭受特大暴雨，城市引发了十分严重的内涝灾害。2015年4月，我国首批“海绵城市”建设试点城市名单正式公布，标志着我国在城市建设过程中更加注重人水和谐，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。雨水收集利用既可以降低内涝发生几率、减少排涝系统建设工程量、减轻河道的排水压力，也可以缓解水资源短缺的压力。雨水收集利用是实现雨水资源化、涵养地下水、减轻城市洪涝和排水系统压力、改善和修复城市水环境的重要手段，已经成为缓解水资源短缺、减轻雨洪危害、提高水资源利用率的重要举措之一。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供一种全自动集雨蓄水浇灌装置及其运行方法，克服现有雨水收集设备智能化程度低、适应区域受限的技术缺陷，提高雨水收集利用效果。技术方案：本专利技术解决其技术问题所采用的全自动集雨蓄水浇灌装置，包括太阳能光伏发电系统、雨水收集系统、浇灌系统和智能控制系统。所述太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、控制器、逆变器、蓄电池和支撑结构组成，所述太阳能电池组倾斜固定在支撑结构的顶部，所述控制器、逆变器和蓄电池都固定在支撑结构内部，控制器与太阳能电池组、逆变器和蓄电池通过线路连接。所述雨水收集系统由蓄水池、溢流槽、集雨板、集水箱、支撑杆、球形铰链、电动伸缩杆、循环轨道、雨水传感器、水质传感器、水位传感器、滤网、钢刷、从动齿轮、主动齿轮、旋转轴和电动机组成。所述蓄水池位于集水箱的正下方，蓄水池顶部的中间位置设有进水口，并与集水箱通过溢流槽相连通，蓄水池的主体部分位于地面以下；所述集水箱底部边缘固定在所述蓄水池顶部，集水箱为长方体形状，在靠近集水箱顶部沿长度方向的内侧壁上设有对称的循环轨道；所述循环轨道包括内轨道和外轨道，内轨道呈齿链皮带状且两端装设有旋转轴，循环轨道的外轨道固定不动、内轨道在主动齿轮驱使下能够传动，循环轨道的下轨道向下弯曲，弯曲的下轨道与所述滤网的曲率相近；所述集雨板的下端通过合页与集水箱顶部沿长度方向的侧面顶部边缘相连接，集雨板上端的中间位置与支撑杆顶端连接；所述支撑杆通过球形铰链与电动伸缩杆相连接，所述电动伸缩杆下端固定在集水箱底部中心位置；所述雨水传感器和水质传感器均布设固定在未连接集雨板的集水箱外侧壁面，且位于电动机的下方；所述水位传感器布设固定在集水箱靠近上端的内侧壁；所述滤网四周固定在集水箱内侧壁面，滤网为下凹的反拱形结构；所述钢刷两端安装有从动齿轮；所述主动齿轮安装在旋转轴两端，并与循环轨道的齿链皮带互相啮合，主动齿轮与旋转轴共轴连接。所述雨水收集系统通过雨水传感器感知降雨信号、水质传感器监测水质信息、水位传感器测量水位信息，与智能控制系统协同控制电动伸缩杆工作，实现雨水智能自动收集。所述浇灌系统由潜水泵、输水管、浮球液位开关和土壤湿度传感器组成。所述潜水泵安装在蓄水池底部，所述浮球液位开关固定在蓄水池靠近底部的内侧壁面，所述输水管与潜水泵出水口以及外部浇灌设施相连通，所述土壤湿度传感器布设固定在需要浇灌的植被所生长的土壤中。所述浇灌系统通过土壤湿度传感器获取土壤湿度信息，与智能控制系统协同工作控制潜水泵的启闭，实现雨水智能自动浇灌；土壤湿度传感器采用可调节湿度大小的传感器。所述智能控制系统由信号调理器、A/D转换器、单片机、D/A转换器和控制台组成。智能控制系统用于接收各类传感器所采集到的信息，形成相应部件的控制信号，并控制蓄电池、电动伸缩杆、电动机和潜水泵的步进工作。所述信号调理器输入端与雨水传感器、水质传感器、水位传感器和土壤湿度传感器通过专用线路相连接，信号调理器输出端与A/D转换器通过专用线路相连接；所述A/D转换器把检测到的信号转换成单片机能够识别的等效数字量，处理后的输出结果通过D/A转换器变为电压或电流信号控制相应的部件执行任务。所述集水箱形状为敞口的长方体，集水箱顶部相对的两条长边通过合页分别与两个集雨板相连。所述集雨板为长方形，在集雨板宽度方向的两边上设有向外侧倾斜的挡水窄板；在无雨时，两个集雨板成“人”字形相扣；在雨水收集时，两个集雨板在支撑杆、球形铰链、电动伸缩杆共同作用下打开，集雨板之间呈140°～160°夹角。所述钢刷两端安装有从动齿轮，所述从动齿轮的轮齿与循环轨道的内轨道齿链皮带外侧轮齿相啮合，钢刷在从动齿轮、循环轨道的齿链、主动齿轮、旋转轴和电动机协同驱动下沿着循环轨道顺时针运动，当钢刷沿循环轨道的下轨道运动时，滤网上的杂物被清除出集水箱，防止滤网堵塞，当钢刷沿循环轨道的上轨道运动时，钢刷被循环轨道拉紧的上轨道提起而离开滤网，防止杂物落到电动机、旋转轴、雨水传感器或水质传感器上而影响自动集雨过程。在本专利技术中，所述太阳能光伏发电系统通过支撑结构固定在连接有集雨板的集水箱外壁面，在雨水收集的过程中，打开的集雨板能够遮挡、保护太阳能光伏发电系统，避免太阳能光伏发电系统遭受暴雨或冰雹敲打。所述太阳能电池组的电池片采用单晶硅太阳能片，外层采用耐太阳紫外光线辐射的低铁钢化绒面玻璃封装。所述控制器采用充放电双重保护控制器，防止蓄电池过充电和过放电。在本专利技术中，所述蓄水池顶部和集水箱底部均为曲率相同的拱形结构，蓄水池顶部的进水口包含在集水箱底部内，蓄水池的进水口与集水箱之间通过溢流槽相连通，溢流槽出口采用WES剖面溢流堰，提高雨水过流能力。其中，WES剖面是美国陆军工程兵团水道试验站的标准剖面，WES剖面溢流堰的堰面较瘦，堰面压强分布较理想(《水力学》赵昕张晓元等编著)。作为优选，循环轨道采用内轨道和外轨道组成的双轨道结构，内轨道呈齿链皮带状且能够在主动齿轮驱使下传动，外轨道固定不动。循环轨道的下轨道向下弯曲，弯曲的下轨道与所述滤网的曲率相近，循环轨道的上轨道较为平直。作为优选，所述滤网为下凹的反拱形结构，有利于雨水向滤网中心聚集，提高雨水收集效率。作为优选，所述土壤湿度传感器采用可调节湿度大小的传感器，以满足不同植被对土壤湿度的不同需求。作为优选，所述蓄水池位于集水箱正下方，蓄水池顶部的进水口包含在集水箱底部内，使得集水箱兼充当蓄水池的顶盖，防止人畜掉入蓄水池。作为优选，在集水箱靠近上端的内侧壁布设水位传感器，满足极端降雨情况下收集的雨水超过蓄水池和集水箱的总容积时智能控制系统及时收到关闭集雨板的信号需要，避免集水箱中雨水出现漫溢，损坏其他设备。作为优选，潜水泵与电源线之间安装有浮球液位开关，所述浮球液位开关安装在蓄水池靠近底部的位置，配合水泵组成自动停机/启动系统，避免水泵空转、干转烧毁或引发故障。作为优选，所述集雨板在其宽度方向的两边上设有向外侧倾斜的挡水窄板，提高了集雨蓄水本文档来自技高网...

【技术保护点】
全自动集雨蓄水浇灌装置，包括太阳能光伏发电系统(1)、雨水收集系统(2)、浇灌系统(3)和智能控制系统(4)，其特征在于：所述太阳能光伏发电系统(1)由太阳能电池组(11)、控制器(12)、逆变器(13)、蓄电池(14)和支撑结构(15)组成，所述太阳能电池组(11)倾斜固定在支撑结构(15)的顶部，所述控制器(12)、逆变器(13)和蓄电池(14)都固定在支撑结构(15)内部，控制器(12)与太阳能电池组(11)、逆变器(13)和蓄电池(14)通过线路连接；所述雨水收集系统(2)由蓄水池(21)、溢流槽(22)、集雨板(23)、集水箱(241)、支撑杆(242)、球形铰链(243)、电动伸缩杆(244)、循环轨道(245)、雨水传感器(251)、水质传感器(252)、水位传感器(253)、滤网(261)、钢刷(262)、从动齿轮(263)、主动齿轮(264)、旋转轴(265)和电动机(266)组成，所述蓄水池(21)位于集水箱(241)的正下方，蓄水池(21)顶部的中间位置设有进水口，并与集水箱(241)通过溢流槽(22)相连通，蓄水池(21)的主体部分位于地面以下；所述集水箱(241)底部边缘固定在所述蓄水池(21)顶部，集水箱(241)为长方体形状，在靠近集水箱(241)顶部沿长度方向的内侧壁上设有对称的循环轨道(245)；所述循环轨道(245)包括内轨道和外轨道，内轨道呈齿链皮带状且两端装设有旋转轴(265)；所述集雨板(23)的下端通过合页与集水箱(241)顶部沿长度方向的侧面顶部边缘相连接，集雨板(23)上端的中间位置与支撑杆(242)顶端连接；所述支撑杆(242)通过球形铰链(243)与电动伸缩杆(244)相连接，所述电动伸缩杆(244)下端固定在集水箱(241)底部中心位置；所述雨水传感器(251)和水质传感器(252)均布设固定在未连接集雨板(23)的集水箱(241)外侧壁面，且位于电动机(266)的下方；所述水位传感器(253)布设固定在集水箱(241)靠近上端的内侧壁；所述滤网(261)四周固定在集水箱(241)内侧壁面，滤网(261)为下凹的反拱形结构；所述钢刷(262)两端安装有从动齿轮(263)；所述主动齿轮(264)安装在旋转轴(265)两端，并与循环轨道(245)的齿链皮带互相啮合，主动齿轮(264)与旋转轴(265)共轴连接；所述浇灌系统(3)由潜水泵(31)、输水管(32)、浮球液位开关(33)和土壤湿度传感器(34)组成，所述潜水泵(31)安装在蓄水池(21)底部，所述浮球液位开关(33)固定在蓄水池(21)靠近底部的内侧壁面，所述输水管(32)与潜水泵(31)出水口以及外部浇灌设施相连通，所述土壤湿度传感器(34)布设固定在需要浇灌的植被所生长的土壤中；所述智能控制系统(4)由信号调理器(41)、A/D转换器(42)、单片机(43)、D/A转换器(44)和控制台(45)组成，智能控制系统(4)用于接收各类传感器所采集到的信息，形成相应部件的控制信号，控制蓄电池(14)、电动伸缩杆(244)、电动机(266)和潜水泵(31)的步进工作；所述信号调理器(41)输入端与雨水传感器(251)、水质传感器(252)、水位传感器(253)和土壤湿度传感器(34)通过专用线路相连接，信号调理器(41)输出端与A/D转换器(42)通过专用线路相连接；所述A/D转换器(42)把检测到的信号转换成单片机(43)能够识别的等效数字量，处理后的输出结果通过D/A转换器(44)变为电压或电流信号控制相应的部件执行任务。...

【技术特征摘要】
1.全自动集雨蓄水浇灌装置，包括太阳能光伏发电系统(1)、雨水收集系统(2)、浇灌系统(3)和智能控制系统(4)，其特征在于：所述太阳能光伏发电系统(1)由太阳能电池组(11)、控制器(12)、逆变器(13)、蓄电池(14)和支撑结构(15)组成，所述太阳能电池组(11)倾斜固定在支撑结构(15)的顶部，所述控制器(12)、逆变器(13)和蓄电池(14)都固定在支撑结构(15)内部，控制器(12)与太阳能电池组(11)、逆变器(13)和蓄电池(14)通过线路连接；所述雨水收集系统(2)由蓄水池(21)、溢流槽(22)、集雨板(23)、集水箱(241)、支撑杆(242)、球形铰链(243)、电动伸缩杆(244)、循环轨道(245)、雨水传感器(251)、水质传感器(252)、水位传感器(253)、滤网(261)、钢刷(262)、从动齿轮(263)、主动齿轮(264)、旋转轴(265)和电动机(266)组成，所述蓄水池(21)位于集水箱(241)的正下方，蓄水池(21)顶部的中间位置设有进水口，并与集水箱(241)通过溢流槽(22)相连通，蓄水池(21)的主体部分位于地面以下；所述集水箱(241)底部边缘固定在所述蓄水池(21)顶部，集水箱(241)为长方体形状，在靠近集水箱(241)顶部沿长度方向的内侧壁上设有对称的循环轨道(245)；所述循环轨道(245)包括内轨道和外轨道，内轨道呈齿链皮带状且两端装设有旋转轴(265)；所述集雨板(23)的下端通过合页与集水箱(241)顶部沿长度方向的侧面顶部边缘相连接，集雨板(23)上端的中间位置与支撑杆(242)顶端连接；所述支撑杆(242)通过球形铰链(243)与电动伸缩杆(244)相连接，所述电动伸缩杆(244)下端固定在集水箱(241)底部中心位置；所述雨水传感器(251)和水质传感器(252)均布设固定在未连接集雨板(23)的集水箱(241)外侧壁面，且位于电动机(266)的下方；所述水位传感器(253)布设固定在集水箱(241)靠近上端的内侧壁；所述滤网(261)四周固定在集水箱(241)内侧壁面，滤网(261)为下凹的反拱形结构；所述钢刷(262)两端安装有从动齿轮(263)；所述主动齿轮(264)安装在旋转轴(265)两端，并与循环轨道(245)的齿链皮带互相啮合,主动齿轮(264)与旋转轴(265)共轴连接；所述浇灌系统(3)由潜水泵(31)、输水管(32)、浮球液位开关(33)和土壤湿度传感器(34)组成，所述潜水泵(31)安装在蓄水池(21)底部，所述浮球液位开关(33)固定在蓄水池(21)靠近底部的内侧壁面，所述输水管(32)与潜水泵(31)出水口以及外部浇灌设施相连通，所述土壤湿度传感器(34)布设固定在需要浇灌的植被所生长的土壤中；所述智能控制系统(4)由信号调理器(41)、A/D转换器(42)、单片机(43)、D/A转换器(44)和控制台(45)组成，智能控制系统(4)用于接收各类传感器所采集到的信息，形成相应部件的控制信号，控制蓄电池(14)、电动伸缩杆(244)、电动机(266)和潜水泵(31)的步进工作；所述信号调理器(41)输入端与雨水传感器(251)、水质传感器(252)、水位传感器(253)和土壤湿度传感器(34)通过专用线路相连接，信号调理器(41)输出端与A/D转换器(42)通过专用线路相连接；所述A/D转换器(42)把检测到的信号转换成单片机(43)能够识别的等效数字量，处理后的输出结果通过D/A转换器(44)变为电压或电流信号控制相应的部件执行任务。2.根据权利要求1所述的全自动集雨蓄水浇灌装置，其特征在于：所述太阳能光伏发电系统(1)通过所述支撑结构(15)固定在连接有集雨板(23)的集水箱(241)外壁面；所述太阳能电池组(11)的电池片采用单晶硅太阳能片，外层采用耐太阳紫外光线辐射的低铁钢化绒面玻璃封装，所述控制器(12)采用充放电双重保护控制器，防止蓄电池(14)过充电和过放电。3.根据权利要求1所述的全自动集雨蓄水浇灌装置，其特征在于：所述雨水收集系统(2)通过雨水传感器(251)感知降雨信号、水质传感器(252)监测水质信息、水位传感器(253)测量水位信息，与智能控制系统(4)协同控制电动伸缩杆(244)工作，实现雨水智能自动收集。4.根据权利要求1所述的全自动集雨蓄水浇灌装置，其特征在于：所述浇灌系统(3)通过土壤湿度传感器(34)获取土壤湿度信息，与智能控制系统(4)协同工作控制潜水泵(31)的启闭，实现雨水智能自动浇灌；所述土壤湿度传感器(34)采用可调节湿度大小的传感器。5.根据权利要求1所述的全自动集雨蓄水浇灌装置，其特征在于：所述蓄水池(21)顶部和集水箱(241)底部均为曲率相同的拱形结构，蓄水池(21)顶部的进水口包含在集水箱(241)底部内，蓄水池(21)的进水口与集水箱(241)之间通过溢流槽(22)相连通，溢流槽(22)出口采用WES剖面溢流堰。6.根据权利要求1所述的全自动集雨蓄水浇灌装置，其特征在于：所述集水箱(241)形状为敞口的长方体，集水箱(241)顶部相对的两条长边通过合页分别与两个集雨板(23)相连，所述集雨板(23)为长方形，在集雨板(23)宽度方向的两边上设有向外侧倾斜的挡水窄板；在无雨时，两个集雨板(23)成“人”字形相扣；在雨水收集时，两个集雨板(23)在支...

【专利技术属性】
技术研发人员：戎贵文，袁岳，赵海霞，戴金旺，严为媛，陈飞，肖柏青，沈齐婷，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34