用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装置及其检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装置及其检测方法，包括分别设置于水肥滴灌系统的滴灌主管道两端的第一流量传感器和第二流量传感器，所述第一流量传感器和第二流量传感器经一流量信号转换模块与一流量测量模块电连，所述流量测量模块与一控制单元电连，所述控制单元还电连有一显示模块、键盘输入模块和报警模块。通过第一流量传感器和第二流量传感器实时检测滴灌主管道两端的流量差传送至控制单元进行分析判断，进行快速的报警，适用于农田水肥滴灌网络堵塞情况的识别、定位及处理，具有成本低廉、识别精度高、易于操作等优点。
【专利说明】
用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装置及其检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及农业设备领域，尤其涉及一种用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测 装置及其检测方法。
【背景技术】
[0002] 水肥滴灌是按照作物需水要求，通过低压管道系统与安装在毛细管上的灌水器， 将水和作物需要的养分均匀而又缓慢地滴入作物根区土壤中的灌水方法。滴灌不破坏土壤 结构，土壤内部水、肥、气、热经常保持适宜于作物生长的良好状况，蒸发损失小，不产生地 面径流，几乎没有深层渗漏，是一种节水节能的灌溉方式。滴灌的主要特点是用水量小，灌 水器每小时流量为2-12升，因此，一次灌水延续时间较长，灌水的周期短，可以做到小水勤 灌；需要的工作压力低，能够较准确地控制灌水量，可减少无效的棵间蒸发，不会造成水的 浪费；滴灌还能进行自动化管理，节约人力成本。因此，滴灌是目前农业灌溉领域最为节能 的灌溉方式，尤其是对于干旱缺水及人力匮乏的地区，其优势更为明显。
[0003] 但是，滴灌系统由于其本身的滴头口径较小，灌溉所用水肥中含有的杂质、泥沙以 及微生物都会使得滴头堵塞。虽然灌溉系统本身具有净化过滤功能，但是由于过滤网络的 口径尺寸，只能过滤掉一定大小的杂质，较小尺寸的杂质并没有被过滤掉，因而，在长期的 工作过程中，这些较小尺寸的杂质会不断积累聚集在滴头处，从而导致滴头的堵塞。
[0004] 目前，针对滴头堵塞问题，科研人员已经提出了较多的解决办法。这些研究成果主 要是从滴头结构、肥料和抗生物堵塞等角度出发，提出了多种滴头防堵措施：中国专利 ZL200910076834.X中公开了一种防止地下滴灌系统负压及根系堵塞的装置，该装置主要部 分即为安装在滴头出水口处的一个弹性元件，消除了由于滴头负压所造成的堵塞问题；中 国专利ZL200510104225.2的解决重点则是制备出一种无堵塞物质存在的营养液及固体肥 料，来解决肥料引起滴灌系统堵塞的问题；中国专利ZL 201110217752.X中公开了一种滴灌 系统抗生物堵塞装置，该装置中含有一臭氧发生装置，在滴灌系统开启时启动臭氧发生器， 臭氧与灌溉水混合形成气液分布均匀的"臭氧水"进入滴灌系统，杀死流道内的微生物，同 时，在地下滴灌系统中，由于压力差的存在，还会抑制作物根系向滴灌灌水器出水口方向生 长，来达到滴灌系统抗生物堵塞的目的。虽然这些方案在各自设计目标上的优势都比较明 显，但是也存在着共同的不足，即是由于在实际滴灌作业中，滴头所处的环境、水源水质、过 滤效果、肥料配方等差异性都比较大，导致这些方案只能减少滴头堵塞的概率或延长滴头 不堵塞的时间，并不能完全避免滴头堵塞，也不能在出现堵塞现象时及时报警。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种用于防止水肥滴灌系统堵塞的自 动检测装置及其检测方法，可以对堵塞情况进行定点实时检测，还可以在堵塞情况达到用 户设定值时进行自动报警，通知用户及时采取相应措施，减少堵塞问题带来的危害。
[0006] 本发明解决技术问题所采用的方案是一种用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检 测装置，其特征在于:包括分别设置于水肥滴灌系统的滴灌主管道两端的第一流量传感器 和第二流量传感器，所述第一流量传感器和第二流量传感器经一流量信号转换模块与一流 量测量模块电连，所述流量测量模块与一控制单元电连，所述控制单元还电连有一显示模 块、键盘输入模块和报警模块。
[0007] 进一步的，所述水肥滴灌系统包括一水循环装置、连通水循环装置的滴灌主管道 和一组以上与滴灌主管道两端相连通的滴灌支管道;每个滴灌支管道的两端分别设有有一 电磁阀，所述电磁阀经电磁阀驱动模块与所述控制单元电连;每个滴灌支管道上还分别设 有一个以上的喷头。
[0008] 进一步的，所述流量测量模块还电连有一用于补偿温度变化的温度补偿电路。
[0009] 进一步的，所述第一流量传感器和第二流量传感器均为浮子式流量计;所述浮子 式流量计包括一上法兰、下法兰和连接上、下法兰的圆筒状外壳;所述圆筒状外壳内设置有 一自下向上扩大的锥管，所述锥管内设有一沿锥管中心轴上下移动的浮子，所述圆筒状外 壳内上下还分别设有一与所述浮子配合连接的上止挡和下止挡。
[0010] 进一步的，还包括预埋于土壤中的上部电缆和下部电缆，所述第一流量传感器和 第二流量传感器经上部电缆和下部电缆与流量测量模块电连。 进一步的，所述报警模块包括若干个不同颜色的LED灯和一语音模块，所述语音模块与 所述控制单元电连，所述LED灯经LED灯驱动电路与所述控制单元电连。
[0011] 进一步的，所述显示模块为液晶显示屏。
[0012] 本发明还公开了一种如上述所述的用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装置 的检测方法，包括以下步骤： 步骤S1:将第一流量传感器和第二流量传感器分别设置于滴灌主管道两端；用于采集 滴灌主管道两端处的流量QA1和QA2; 步骤S2:将第一流量传感器和第二流量传感器采集得到滴灌主管道两端的流量值输入 至流量测量模块，计算得到滴灌主管道两端的流量差AQ，其中AQ = QA1-QA2,0彡AQ彡 Qmax，Qmax为未发生堵塞时的最大流量差； 步骤S3:通过控制单元实时检测滴灌主管道两端的流量差AQ，若0<AQ<Qmax，通过控 制单元在显示模块显示"管道发生堵塞，请及时处理"，并且进行声光报警；同时进行排查 寻找堵塞的滴灌支管道;否则继续进行工作，显示当前的流量差AQ。
[0013] 进一步的，在所述步骤S3中，排查寻找堵塞的滴灌支管道包括以下步骤： 步骤S30:依次关闭连通滴灌主管道两端的滴灌支管道上的电磁阀； 步骤S31:通过控制单元检测每一组滴灌支管道上的电磁阀关闭时的流量差AQ; 步骤S32:比较每一组滴灌支管道上的电磁阀关闭时的流量差，得出堵塞的滴灌支管 道。
[0014] 与现有技术相比，本发明有以下有益效果： 1)本发明的自动检测装置成本低廉，组装简单，直接在水肥滴灌系统中的滴灌主管道 两端分别安装第一流量传感器和第二流量传感器。
[0015] 2)本发明的自动检测装置灵敏度高，检验精度高，通过控制单元控制进行实时检 测，可以较快地发现堵塞问题并及时处理； 3)本发明的自动检测装置自动化程度高，对操作者技术要求不高，方便操作。
【附图说明】
[0016] 下面结合附图对本发明专利进一步说明。
[0017] 图1为本发明实施例的自动检测装置的电路结构框图。
[0018] 图2为本发明实施例的水肥滴灌系统的结构示意图。
[0019] 图3为本发明实施例的浮子式流量计的结构示意图。
[0020] 图中：1-第一流量传感器;2-第二流量传感器;3-滴灌主管道;4-滴灌支管道;5-电 磁阀；6-水循环装置;7-上法兰；8-上止挡；9-圆筒状外壳；10-浮子；11-锥管；12-下止挡； 13-下法兰。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0022] 如图1~3所示，本发明实施例提供一种用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装 置，其特征在于:包括分别设置于水肥滴灌系统的滴灌主管道3两端的第一流量传感器1和 第二流量传感器2,所述第一流量传感器1和第二流量传感器2经一流量信号转换模块与一 流量测量模块电连，所述流量测量模块与一控制单元电连，所述控制单元还电连有一显示 模块、键盘输入模块和报警模块。
[0023] 从上述可知，本发明的有益效果在于:水肥滴灌系统工作时，通过第一流量传感器 1和第二流量传感器2分别设置于滴灌主管道3两端；用于采集滴灌主管道3两端处的流量 差。在喷头未发生堵塞时，滴灌主管道3两端的流量差较大，当喷头发生堵塞时，滴灌主管道 3两端的流量差较小，完全堵塞的情况下，滴灌主管道3两端的流量差为零。因此，根据滴灌 主管道3两端的流量差可以判断喷头是否出现堵塞，并且关闭不同滴灌支管道4时的流量差 的变化可以判断哪组滴灌支管道4发生堵塞。通过控制单元进行判断，实时采集滴灌主管道 3两端的流量差，在显示模块中进行显示，出现堵塞时，通过报警模块进行声光报警，控制单 元可以是单片机或者PLC控制器。
[0024] 在本实施例中，所述水肥滴灌系统包括一水循环装置6、连通水循环装置6的滴灌 主管道3和一组以上与滴灌主管道3两端相连通的滴灌支管道4;每个滴灌支管道4的两端分 别设有一电磁阀5,所述电磁阀5经电磁阀5驱动模块与所述控制单元电连;每个滴灌支管道 4上还分别设有一个以上的喷头。如图2所示，滴灌主管道3L两端分别与水循环装置6相连 通，若干组滴灌支管道其中η为大于1的正整数。每组滴灌支管道4的两端 分别设有电磁阀5，其中滴灌支管道&、&、:七和Α两端的电磁阀5分别为Β1和Β2、C1和C2、D1 和D2、E1和E2、F1和F2。
[0025] 在本实施例中，所述流量测量模块还电连有一用于补偿温度变化的温度补偿电 路。通过温度补充电路可以补偿温度不同对浮子高度变化值大小产生的影响，提高流量测 量模块对浮子流量计的流量测量精度。
[0026] 在本实施例中，所述第一流量传感器1和第二流量传感器2均为浮子流量计;所述 浮子流量计包括一上法兰7、下法兰13和连接上、下法兰的圆筒状外壳9;所述圆筒状外壳9 内设置有一自下向上扩大的锥管11，所述锥管11内设有一沿锥管11中心轴上下移动的浮子 10,所述圆筒状外壳9内上下还分别设有一与所述浮子10配合连接的上止挡8和下止挡12。 浮子流量计工作原理如图3所示，被测流体从下向上经过锥管11和浮子10形成的环隙时，浮 子10上下端产生差压形成浮子10上升的力，当浮子10所受上升力大于浸在流体中浮子10重 量时，浮子10便上升，环隙面积随之增大，环隙处流体流速随之下降，浮子10上下端差压降 低，作用于浮子10的上升力亦随着减少，直到上升力等于浸在流体中浮子10重量时，浮子10 便稳定在某一高度。浮子10在锥管11中高度和通过的流量有对应关系。浮子10流量计与滴 灌主管道3两端相连，通过流量信号转换模块将浮子10的高度变化转换成电平变化从而输 出相应的信号波形，进而通过流量测量模块进行流量的检测。
[0027]在本实施例中，还包括预埋于土壤中的上部电缆和下部电缆，所述第一流量传感 器1和第二流量传感器2经上部电缆和下部电缆与流量测量模块电连。 在本实施例中，所述报警模块包括若干个不同颜色的LED灯和一语音模块，所述语音模 块与所述控制单元电连，所述LED灯经LED灯驱动电路与所述控制单元电连。
[0028]在本实施例中，所述显示模块为液晶显示屏。
[0029] 本发明还公开了一种如上述所述的用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装置 的检测方法，包括以下步骤： 步骤S1:将第一流量传感器1和第二流量传感器2分别设置于滴灌主管道3两端;用于采 集滴灌主管道3两端处的流量QA1和QA2; 步骤S2:将第一流量传感器1和第二流量传感器2采集得到滴灌主管道3两端的流量值 输入至流量测量模块，计算得到滴灌主管道3两端的流量差AQ，其中AQ = QA1-QA2,0彡Λ Q<Qmax，Qmax为未发生堵塞时的最大流量差； 步骤S3:通过控制单元实时检测滴灌主管道3两端的流量差AQ，若0<AQ<Qmax，通过 控制单元在显示模块显示"管道发生堵塞，请及时处理"，并且进行声光报警；同时进行排查 寻找堵塞的滴灌支管道4;否则继续进行工作，显示当前的流量差AQ。
[0030] 在本实施例中，在所述步骤S3中，排查寻找堵塞的滴灌支管道4包括以下步骤： 步骤S30:依次关闭连通滴灌主管道3两端的滴灌支管道上的电磁阀5; 步骤S31:通过控制单元检测每一组滴灌支管道4上的电磁阀5关闭时的流量差AQ; 步骤S32:比较每一组滴灌支管道4上的电磁阀关闭时的流量差，得出堵塞的滴灌支管 道4。
[0031] 综上所述，本发明提供的一种用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装置及其检 测方法，结构简单，易于操作，适用于农田水肥滴灌网络堵塞情况的识别、定位及处理，具有 成本低廉、识别精度尚、易于操作等优点。
[0032] 本发明提供的上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步 详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装置，其特征在于:包括分别设置于水 肥滴灌系统的滴灌主管道两端的第一流量传感器和第二流量传感器，所述第一流量传感器 和第二流量传感器经一流量信号转换模块与一流量测量模块电连，所述流量测量模块与一 控制单元电连，所述控制单元还电连有一显示模块、键盘输入模块和报警模块。2. 根据权利要求1所述的用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装置，其特征在于:所 述水肥滴灌系统包括一水循环装置、连通水循环装置的滴灌主管道和一组以上与滴灌主管 道两端相连通的滴灌支管道;每个滴灌支管道的两端分别设有有一电磁阀，所述电磁阀经 电磁阀驱动模块与所述控制单元电连;每个滴灌支管道上还分别设有一个以上的喷头。3. 根据权利要求1所述的用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装置，其特征在于:所 述流量测量模块还电连有一用于补偿温度变化的温度补偿电路。4. 根据权利要求1所述的用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装置，其特征在于:所 述第一流量传感器和第二流量传感器均为浮子式流量计；所述浮子式流量计包括一上法 兰、下法兰和连接上、下法兰的圆筒状外壳;所述圆筒状外壳内设置有一自下向上扩大的锥 管，所述锥管内设有一沿锥管中心轴上下移动的浮子，所述圆筒状外壳内上下还分别设有 一与所述浮子配合连接的上止挡和下止挡。5. 根据权利要求1所述的用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装置，其特征在于:还 包括预埋于土壤中的上部电缆和下部电缆，所述第一流量传感器和第二流量传感器经上部 电缆和下部电缆与流量测量模块电连。6. 根据权利要求1所述的用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装置，其特征在于:所 述报警模块包括若干个不同颜色的LED灯和一语音模块，所述语音模块与所述控制单元电 连，所述LED灯经LED灯驱动电路与所述控制单元电连。7. 根据权利要求1所述的用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装置，其特征在于:所 述显示模块为液晶显示屏。8. -种如权利要求1-7任一项所述的用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装置的检 测方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤S1:将第一流量传感器和第二流量传感器分别设置于滴灌主管道两端；用于采集 滴灌主管道两端处的流量QA1和QA2; 步骤S2:将第一流量传感器和第二流量传感器采集得到滴灌主管道两端的流量值输入 至流量测量模块，计算得到滴灌主管道两端的流量差AQ，其中AQ = QA1-QA2,0彡AQ彡 Qmax，Qmax为未发生堵塞时的最大流量差； 步骤S3:通过控制单元实时检测滴灌主管道两端的流量差AQ，若0<AQ<Qmax，通过控 制单元在显示模块显示"管道发生堵塞，请及时处理"，并且进行声光报警；同时进行排查 寻找堵塞的滴灌支管道;否则继续进行工作，显示当前的流量差AQ。9. 根据权利要求1所述的一种用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装置的检测方 法，其特征在于:在所述步骤S3中，排查寻找堵塞的滴灌支管道包括以下步骤： 步骤S30:依次关闭连通滴灌主管道两端的滴灌支管道上的电磁阀； 步骤S31:通过控制单元检测每一组滴灌支管道上的电磁阀关闭时的流量差AQ; 步骤S32:比较每一组滴灌支管道上的电磁阀关闭时的流量差，得出堵塞的滴灌支管 道。
【文档编号】G01F1/52GK105973323SQ201610425902
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】龙博, 徐永
【申请人】福建农林大学