一种水田灌溉自动控制装置及其使用方法

摘要

本发明公开了一种水田灌溉自动控制装置及其使用方法，属于水位自动控制领域。它包括常开电磁继电器和常开电磁继电器控制装置，常开电磁继电器控制装置包括水平固定架、天平架和竖直固定架，水平固定架固定在竖直固定架上，下方有天平架枢接于竖直架上，天平架左、右两端分别设有第一水桶和第二水桶，水平固定架的两端分别设有第一垫块和第二垫块，第一垫块的长度等于水平固定架与天平架之间的垂直距离，第二垫块的长度决定水田最高、最低水位差，触点开关和电磁水阀组成控制电路，控制抽水电机的开闭。本发明巧妙利用杠杆原理和虹吸原理，精确的调整田间水位的最低水位、最高水位，防止抽水电机开关频繁，减小电路和抽水电机的故障率，实用性强。

说明书

技术领域

本发明属于水位自动控制领域，更具体地说，涉及一种水田灌溉自动控制装置及其使用方法。

背景技术

目前，我国水资源紧缺的现象愈发凸显，各行各业都在推行节水技术，而农业用水面广、量大，由于我国现有的农田灌溉设施落后，灌溉装置的自动化程度很低，加上农业用水管理粗放，目前我国的农业用水利用率不足50％，农业用水浪费现象十分严重。2012年1月，国务院发布了《关于实行最严格水资源管理制度的意见》，为了提高农业用水的利用率，提高农田灌溉基础实施，实现对农田灌溉的有效管控，节约农业用水，保障农业用水安全，势在必行。在推行现代新型农业种植的过程中，实行农田的精准灌溉是实现节水灌溉的必然要求，对农田灌溉，尤其是水田的进排水方式进行精准控制是优化灌溉管理的基础。

目前虽然出现了一些灌溉自动控制装置，但多结构复杂，成本高，易出故障，影响了推广。故，现今我国农村多仍旧采用人工控制抽水电机灌溉，不能按时灌水造成水田干涸，或没能及时关闭抽水电机，田水漫流造成浪费。中国专利申请日为2008年7月23日，授权公告号为CN201222917Y的实用新型公布了一种水田自动灌溉装置，在进水管一端进口处安装挡水板、拦污网、进水管，另一端出口部位上端设有轮支座，其上安装传动轮，传动轮轮槽内有绳索，其一端安装有止水球卡接于出水管下方，止水球下端部位连接有重锤，另一端连接设在水槽内的浮子，但是该水田自动灌溉装置在水源水位低于水田时不适用。中国专利申请日为2011年3月16日，申请公布号为CN102172202A的专利申请文件公开了一种水田灌溉排水自动控制装置，包括水位控制柜，水位控制柜的侧壁设置进水管和排水管，排水管伸向水位控制柜内部的开口端安装密封盖，密封盖经拉绳连接至浮球的底部；水位控制柜顶部放置电磁继电器，电磁继电器与水泵相连接，水位控制柜的内侧壁固定调节板，调节板与电磁继电器的触点开关接触，但是该发明的水田灌溉排水自动控制装置没有控制最高水位和最低水位的装置，导致抽水电机开机频繁易损耗，而且控制抽水电机的触点开关从接触到完全闭合所经历的时间较长，导致开关触点容易损坏。中国专利申请日为2010年3月25日，授权公告号为CN201657669U的专利申请文件公开了一种水田自动灌溉装置，包括潜水泵，潜水泵的一端与水管相连，其结构要点为潜水泵与主控盒通过导线相连，主控盒与水位传感器通过导线相连；水位传感器内设置有上水位开关和下水位开关，上水位开关位于下水位开关的上方，上水位开关和下水位开关分别与主控盒通过导线相连；所述的主控盒内设置有变压器、整流电路和主控板，变压器、整流电路和主控板通过导线依次相连；所述的主控板包括稳压块、单片机、三极管和继电器，稳压块分别与单片机、继电器通过电路板相连，单片机、三极管和继电器通过电路板依次相连，但是该实用新型的水田自动灌溉装置结构过于复杂，使用成本很高，无法在农村推广使用。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有水田自动灌溉装置存在实用性差、成本高等问题，本发明提供一种水田灌溉自动控制装置及其使用方法，包括常开电磁继电器和常开电磁继电器控制装置，巧妙利用杠杆原理和虹吸原理，精确的调整田间水位的最低水位、最高水位，防止抽水电机开关频繁，减小电路和抽水电机的故障率。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种水田灌溉自动控制装置，包括常开电磁继电器和常开电磁继电器控制装置，所述的常开电磁继电器控制装置包括水平固定架、天平架和竖直固定架，所述的竖直固定架垂直固定于地面，所述的水平固定架水平固定在竖直固定架的顶部，所述的天平架活动连接于竖直固定架的上方，所述的天平架的两端设有第一水桶和第二水桶，所述的第二水桶中设有软管，软管的一端位于第二水桶中，水平固定架靠近第一水桶的一端设有第一垫块，水平固定架靠近第二水桶的一端设有第二垫块，所述的第一垫块和第二垫块位于水平固定架和天平架之间；所述的常开电磁继电器的工作电路上连接了高压电源和抽水电机，常开电磁继电器的控制电路包括低压电源和触点开关，所述的触点开关包括螺钉、弹簧和金属铜片，所述的弹簧套在螺钉上，所述的螺钉包括第一螺钉和第二螺钉，所述的第一螺钉和第二螺钉设在第二垫块的下方，所述的金属铜片设在水平固定架靠近第二水桶的一端，与第一螺钉和第二螺钉的位置相对应。

优选地，所述第一水桶和第二水桶距离天平架上活动连接点的长度相等；所述第一水桶与第二水桶的形状、规格均相同，都为圆柱形，第一水桶设有桶盖防止水分蒸发，盖上设有注水孔，用胶带封住；第二水桶不加盖。

优选地，所述的第一垫块的长度等于水平固定架与天平架之间的垂直距离。

优选地，所述的金属铜片的长度大于第一螺钉与第二螺钉之间的距离；第一螺钉与第二螺钉之间电绝缘；金属铜片与天平架之间电绝缘。

优选地，所述的第二水桶底部设有通孔，软管的一端穿过通孔设置在第二水桶中，软管与通孔之间密封。

优选地，所述的水平固定架设有第二垫块的一端的长度比天平架长，长度差至少为第二水桶的半径。

优选地，所述软管悬挂在水平固定架设有第二垫块一端的端部，软管的一端位于第二水桶的水中且不与天平架、第二水桶桶壁和水桶提手接触。

优选地，所述的竖直固定架为口字形结构，由四根等宽钢板焊接而成，其中垂直于地面的两根钢板比水平于地面的两根钢板长。

优选地，所述的活动连接为枢接，竖直固定架上设有轴承套，天平架上设有轴承，轴承与轴承套连接。

上述的一种水田灌溉自动控制装置的使用方法，其步骤为：

(1)将上述的一种水田灌溉自动控制装置设置在水田的一侧，水田的四周设有水沟，水田与水沟中的水连通，水田与水沟的连通处设有栅格板，将软管的另一端设置在水沟中；

(2)设定水田的最低水位h1：用止水夹夹住软管，将天平架的第一水桶端抵在第一垫块后，往第二水桶中加水，第二水桶中水面高度即为此装置可为水田提供的最低水位h1；然后通过注水孔往第一水桶中加水，一直加到天平架两端受力平衡再加水第一水桶端即下坠为止，用胶带封住注水口，打开止水夹；

(3)设定水田的最高水位h2和最高最低水位差△H：天平架水平时设由螺钉到金属铜片的垂直距离为△H，则水田的最高最低水位差即为△H，最高水位h2即为h1与△H二者之和；所以选定第二垫块的竖直厚度就可以间接的设定水田的最高水位h2和最高最低水位差△H；

(4)打开软管上的止水夹后，若此时水田的水位低于装置所设定的水田的最低水位h1，则第二水桶中的水通过软管流出，天平架倾斜，弹簧和螺钉相继与金属铜片接触，弹簧与金属铜片接触时，常开电磁继电器的控制电路即连通，然后工作电路连通，抽水电机开始工作；

(5)抽水电机开始工作后，水田中的水位逐渐上升，水沟中的水位也随之上升，水沟中的水通过软管流入第二水桶中，直到天平架的第二水桶端和第一水桶端受力平衡时，天平架恢复水平，常开电磁继电器的控制电路断开，然后工作电路断开，抽水电机停止工作；

(6)调节水田的最低水位h1和最高水位h2：改变第一水桶中水深，第一水桶中水深每改变△h，装置提供的水田最低水位h1和最高水位h2相应的同时改变△h的高度。

本发明的工作原理：当天平架处于水平状态，设此时螺钉到金属铜片的垂直距离为△H，此时天平架的第二水桶端受力大于或等于第一水桶端，但由于第一垫块的作用，天平架保持水平；随着水田水分的消耗，水田水位逐渐下降，水沟中水位也随之下降，于是第二水桶中有水通过软管流出，天平第二水桶端受力持续下降，直到天平两端受力平衡，此时水田、水沟和第二水桶达到最低水位h1；然后，第二水桶中水继续流失，天平架的第二水桶一端开始上升，由于第二水桶、水沟和水田的水位随时趋于一致，所以第二水桶的上升又加剧了桶中水的流失，故第二水桶的上升是个不可逆的加速过程，最后，弹簧首先接触金属铜片，继而螺钉接触金属铜片，天平架的第二水桶端停止上升；可知，此时的第二水桶上升了△H的高度，第二水桶中的水下降了△H的深度；从弹簧开始接触金属铜片开始，控制电路连通，然后工作电路开始连通，抽水电机开始抽水进入水田；水田水位开始上升，于是有水开始通过软管流入第二水桶；当水田中水位上升了△H高度后，由于第二水桶、水沟和水田的水位随时趋于一致，于是第二水桶中的水位也上升了△H，第二水桶中水深增加了△H，天平两端受力平衡；于是第二水桶开始下降，控制电路断开，然后工作电路也断开，抽水电机停止工作，水田水位停止上升；由于第二水桶、水沟和水田的水位随时趋于一致，所以第二水桶的下降又加剧了水沟中水进入第二水桶，故第二水桶的下降是个不可逆的加速过程，直至天平架的第一水桶端抵在了第一垫块上，此时天平架呈水平状态，天平架第二水桶端受力大于第一水桶端，此时水田、水沟和第二水桶达到最高水位h2，最高水位h2和最低水位h1的水位差为△H。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的水田灌溉自动控制装置，具有最高水位和最低水位，防止抽水电机开关频繁，减小电路和抽水电机的故障率；又因为水田面积远大于第二水桶的水面积，最高水位和最低水位的水位差可以设置的很小，也不会频繁开关机；

(2)本发明的天平架总是稳定地处于两种极限状态，不会在中间状态处停留，天平架在两个极限状态间的运动为加速过程，因而控制电路的触点开关的触点的点接触到完全接触的时间很短，开关触点不容易电火花腐蚀，而一般的浮球控制电路的触点开关容易发生电火花腐蚀损坏，这是因为浮球在最高水位和最低水位之间的任何位置都可以稳定停留，造成了触点开关从点接触到完全闭合的时间太长，容易发生电火花；

(3)本发明的天平架总是稳定地处于两种极限状态，天平架不会在中间状态处停留，因而控制精度比浮球控制开关大大提高；

(4)本发明通过改变第一水桶中的水深、第二垫块的垂直厚度，可以方便精确的设定调节田间水位的最低水位、最高水位和最高最低水位差；

(5)本发明的水田自动控制装置结构合理，使用方便，成本低，适用性强。

附图说明

图1为本发明一种水田自动灌溉装置的结构示意图；

图2为图1中的竖直固定架、天平架、水平固定架、第一垫块、第二垫块和触点开关组装在一起后的C向视图；

图3为图1中的水平固定架、第一垫块，第二垫块、螺钉和弹簧组装在一起后的A向视图；

图4为图1中所示的天平架、轴承、金属铜片等组装在一起后的B向视图；

图5为本发明实施例二的水田自动灌溉装置的示意图。

图中：101、第一垫块；102、水平固定架；103、天平架；104、轴承；105、轴承套；106、来路电线；107、去路电线；108、第一螺钉；111、第一水桶；112、竖直固定架；113、软管；114、第二水桶；115、水沟；116、水田；121、第二垫块；122、第二螺钉；123、弹簧；124、金属铜片；125、抽水电机；126、栅格板；141、常开电磁继电器；142、高压电源；143、低压电源。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

一种水田自动灌溉装置，如图1～4所示，包括竖直固定架112，水平固定架102、天平架103、第一垫块101，第二垫块121、第一水桶111、第二水桶114、软管113、水沟115、栅格板126、抽水电机125、低压电源143、高压电源142和常开电磁继电器141；其中，竖直固定架112垂直地面，水平固定架102水平固定在竖直固定架112最上端，水平固定架102下方有天平架103枢接于竖直固定架112上，水平固定架102与天平架103在竖直固定架112上保持设定距离；天平架103两端可做上下自由摆动，天平架103以其与竖直固定架112的连接点为中心，两端等长，在天平架103两端相同距离处设有第一水桶111和第二水桶114，两水桶的形状规格相同，都为圆柱形，都装有水，第一水桶111和第二水桶114通过绳子悬挂在天平架103两端，连接水桶和天平架的绳子长度相等；第一水桶111的水量多少决定水田116的最低水位和最高水位，第一水桶111加盖防止水分蒸发，桶盖上设有注水孔，注水孔用胶带封住，第二水桶不加盖；第一垫块101垂直朝下固定在第一水桶111方向的水平固定架102的下表面，第一垫块101的垂直长度等于水平固定架102和天平架103在竖直固定架112上的距离，故当天平架103抵在第一垫块101时，天平架103水平；第二垫块121垂直朝下固定在第二水桶114方向的水平固定架102的下表面，第二垫块121是绝缘材质如木材，设定垂直长度，此垂直长度决定水田116的最高最低水位差；触点开关包括螺钉、弹簧123和金属铜片124；螺钉有两个，固定安装在第二垫块121的下表面，其中第一个螺钉108接来路电线106，第二个螺钉122接去路电线107，两个螺钉相互绝缘，故电线在此断路；弹簧123为导电金属材质，套在螺钉上，并焊接在螺钉上，弹簧123比螺钉长，部分露出第二垫块表面，因为当天平架103抵住水平固定架102时，二者呈一定夹角，弹簧123可以保证两个螺钉所连电路可以连通；金属铜片124固定安装在第二垫块下方的天平架103的上表面上，铜片124与天平架103电绝缘，铜片124的位置、长度与两个螺钉的位置、间距相对应，故当天平架103的第二水桶114一端上升到开始抵住第二垫块121时，铜片124可以连通两个螺钉所连电路；当天平架103的第二水桶114一端上升到开始抵住第二垫块121时，弹簧123最先接触金属铜片124起到连通电路的作用，然后才是螺钉抵住金属铜片124连接电路；控制常开电磁继电器141的触点开关，常开电磁继电器141上的电磁铁，低压电源143三者一起组成低压控制电路；高压电源142、抽水电机125和常开电磁继电器141上的触点开关组成高压工作电路；第二水桶114底部设有通孔，软管113的一端穿过通孔设置在第二水桶114中，软管113在第二水桶114桶底的部分保持松弛状态且软管113与通孔之间密封，软管113一端接通第二水桶114内的水，另一端从水沟下部接通水沟115中水，使第二水桶114和水沟115中水位随时趋于一致；栅格板126将水沟115与水田116隔开，栅格板126上蒙有纱网等过滤装置，水沟115中水和水田116中水可以自由通过，二者水位随时趋于一致。

竖直固定架112为口字形结构，垂直地面，四根等宽钢板焊接而成，两长两短，其中垂直于地面的两根钢板较长，水平于地面的两根钢板较短，竖直固定架112下端固定在水泥地下；在竖直固定架112的中上部，两根垂直地面的钢板的内侧对称位置各有一个轴承套105，天平架103通过轴承104与竖直固定架112上的轴承套105连接，天平架103两端可以上下灵活摆动。

水平固定架102为长方体，电绝缘材质如木料，用四根螺丝固定于竖直固定架112上端的水平钢板上，故平行于水平状态时的天平架103；水平固定架102的材质和厚度要保证水平固定架102坚硬不弯曲。天平架103为长方体，电绝缘材质如木材，横截面矩形，在保证坚固不弯曲的条件下厚度尽量薄，天平架103中心位置有轴承104穿过。

本实施例的工作过程为：如图1所示，此时水平固定架102处于水平状态，设此时螺钉到金属铜片124的垂直距离为△H，此时天平架的第二水桶114端受力大于或等于第一水桶111端，但由于第一垫块的作用，天平架103保持水平；随着水田116水分的消耗，水田116水位逐渐下降，水沟115中水位也随之下降，于是第二水桶114中有水通过软管113流出，天平第二水桶114端受力持续下降，直到天平架两端受力平衡，此时水田116、水沟115和第二水桶114达到最低水位，设为h1；然后，第二水桶114中水继续流失，天平架103失去平衡，第二水桶114端开始上升，由于第二水桶114、水沟115和水田116的水位随时趋于一致，所以第二水桶114的上升又加剧了桶中水的流失，故第二水桶114的上升是个不可逆的加速过程，最后，弹簧123首先接触金属铜片124，继而螺钉接触金属铜片124，天平架103的第二水桶114端停止上升；可知，此时的第二水桶114上升了△H的高度，第二水桶114中的水下降了△H的深度；从弹簧123开始接触金属铜片124开始，控制电路开始连通，然后工作电路连通，抽水电机125开始抽水进入水田116；水田116水位开始上升，于是有水开始通过软管113流入第二水桶114；当水田116中水位上升了△H高度后，由于第二水桶114、水沟115和水田116的水位随时趋于一致，于是第二水桶114中的水位也上升了△H，第二水桶114中水深增加了△H，天平两端受力平衡；接着第二水桶114开始下降，控制电路断开，工作电路也随之断开，抽水电机125停止工作，水田116水位停止上升；由于第二水桶114、水沟115和水田116的水位随时趋于一致，所以第二水桶114的下降又加剧了水沟115中水进入第二水桶114，故第二水桶114的下降是个不可逆的加速过程，直至天平架103的第一水桶111端抵在了第一垫块101上，此时天平架103呈水平状态，天平架103第二水桶114端受力大于第一水桶111端，此时水田116、水沟115和第二水桶114达到最高水位，设为h2，可知最高水位h2和最低水位h1的水位差为△H。

水田水位的设定与调节：

(1)设定水田的最低水位h1：用止水夹夹住软管113，将天平架103的第一水桶111端抵在第一垫块101后，往第二水桶114中加水，第二水桶114中水面高度即为此装置可为水田提供的最低水位h1；然后通过注水孔往第一水桶111中加水，一直加到天平架103两端受水桶重力相等再加水第一水桶111端即下坠为止，用胶带封住注水口，打开止水夹。

(2)设定水田的最高水位h2和最高最低水位差△H：天平架103水平时设由螺钉到金属铜片124的垂直距离为△H，则水田的最高最低水位差即为△H，最高水位h2即为h1与△H二者之和；所以选定第二垫块121的竖直厚度就可以间接的设定水田的最高水位h2和最高最低水位差△H。

(3)调节水田的最低水位h1和最高水位h2：改变第一水桶111中水深，第一水桶111中水深每改变△h，装置提供的水田最低水位h1和最高水位h2相应的同时改变△h的高度。

实施例2

如图5所示，本实施例的水田灌溉自动控制装置与实施例一的结构和原理基本相同，不同之处在于：一，本实施例的水平固定架102设有第二垫块121的一端比天平架103长，长度差为第二水桶114的半径；二，本实施例的软管113的一端从水平固定架102长出天平架103的位置吊下并伸入第二水桶114的水中，软管113不与天平架103、第二水桶114接触，软管113的另一端连通水沟115中的水，通过虹吸作用使得第二水桶114和水沟115、水田116的水位随时趋于一致。