一种稻田自动化智能排灌控制闸门及使用方法
阅读说明：本技术 一种稻田自动化智能排灌控制闸门及使用方法 (Automatic intelligent irrigation and drainage control gate for rice field and use method ) 是由 张富林 吴茂前 范先鹏 夏颖 刘冬碧 张志毅 余延丰 倪承凡 熊桂云 程子珍 夏 于 2021-08-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种稻田自动化智能排灌控制闸门及使用方法,包括固定柱和动力系统与闸门系统以及支架,所述动力系统包括摇杆和电动推杆,所述电动推杆铰接于固定柱一侧的顶部,所述闸门系统包括稻季排水管、活动支板、U型固定架、活动软管、导流架、连接管、旱季排水闸门和旱季排水管,所述导流架固接于固定柱一侧的底部；本发明通过将动力系统和闸门系统与控制系统相互配合一体集成化,促使该闸门结构更加简单,且利用PVC材质促使管道连通更加轻便耐用,维护方便,足以适应野外高温高湿环境,不漏水,形成排灌系统的一体化设备,并在实时监测摄像头的实时监测和控制系统的智能控制下,便于智能指定控水规则。(The invention discloses an automatic intelligent irrigation and drainage control gate for a rice field and a using method, the automatic intelligent irrigation and drainage control gate comprises a fixed column, a power system, a gate system and a support, wherein the power system comprises a rocker and an electric push rod, the electric push rod is hinged to the top of one side of the fixed column, the gate system comprises a rice drainage pipe, a movable support plate, a U-shaped fixed frame, a movable hose, a guide frame, a connecting pipe, a dry season drainage gate and a dry season drainage pipe, and the guide frame is fixedly connected to the bottom of one side of the fixed column; the invention integrates the power system, the gate system and the control system in a matching way, so that the gate structure is simpler, the pipeline communication is lighter and more durable by utilizing PVC materials, the maintenance is convenient, the integrated device of the drainage and irrigation system is formed by being suitable for the outdoor high-temperature and high-humidity environment without water leakage, and the intelligent water control rule can be conveniently and intelligently appointed under the real-time monitoring of the real-time monitoring camera and the intelligent control of the control system.)
技术领域
本发明涉及农业种植
技术领域
，具体为一种稻田自动化智能排灌控制闸门及使用方法。背景技术
我国农业取得了举世瞩目的成就，但也面临着严峻的挑战，我国水资源面十分紧缺，其中农业用水占全国总用水量的88％，而水稻用水占农业用水的70％左右，有实践表明浅、湿、干控水灌溉能使水稻根系面积及活力提高28％以上，使水稻养分吸收谐调、抗旱节水，有利于高产。控水灌溉时，其灌溉量比常规灌溉方法节水56.9％，因此，研究水稻节水灌溉方法及其装置，提高灌溉水利用效率，节约水资源，保证水资源可持续利用，具有十分重要的意义。
目前，我国水稻灌溉方式通常采用大水漫灌，水资源浪费比较严重，灌溉水利用系数低，灌溉水利用率一般为30～40％左右，在增加灌溉成本的同时也对环境造成一定的污染，我国水稻生长期暴雨较多，稻田排水量大，高施肥量下的稻田易使大量氮磷随排水流失，导致水体环境恶化使我国农田面源污染问题日益突出；水稻田用现有的稻田田间排水口门一般采用砼预制管、 PVC管或直接开挖畦田梗排水到腰沟和毛沟，尚无自动控制水稻田间排水设施，适用于农田排水控制的闸门更是缺乏，农田排水控制主要靠人工操作，在降雨时农户一般根据稻田排水经验决定打开或堵塞排水口，非常耗工费时，而且无法做到准确控制，不但严重浪费水资源，严重限制了农田面源污染的高效防控，且在长历时雷暴雨时，在野外冒雷雨排水，排水工作量大和作业的危险性高；传统闸门一般采用铸铁或者钢制，一般适用于沟渠，且钢制闸门防腐性能差，需定期进行维护，相对使用寿命短；铸铁闸门的劳动强度及加工工作量大，且自重较大，费用较高，不耐冲击，止水性能差，并且传统闸门安装必须机器配合，还需要工程措施配合，安装成本大，维护较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稻田自动化智能排灌控制闸门及使用方法，以解决上述背景技术中提出的相关问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括固定柱和动力系统与闸门系统以及支架，所述动力系统包括摇杆和电动推杆，所述电动推杆铰接于固定柱一侧的顶部，所述闸门系统包括稻季排水管、活动支板、U型固定架、活动软管、导流架、连接管、旱季排水闸门和旱季排水管，所述导流架固接于固定柱一侧的底部，所述活动支板铰接于导流架内侧一侧的两端，所述连接管贯通固定柱一侧底部的中间位置处，所述稻季排水管固接于活动支板的内侧，所述U型固定架为两组，两组所述U型固定架固接于活动支板两端的顶部和底部，所述活动软管分别与连接管和稻季排水管相互连通，所述旱季排水管与连接管相互连通，所述固定柱一侧底部的两端分别设有水位传感器与土壤水分传感器，所述固定柱一侧的中间位置处排设有三组限位阀。
优选的，所述支架包括控制系统、实时监测摄像头和太阳能光伏板，所述实时监测摄像头固接于支架一侧的中间位置处，所述太阳能光伏板固接于支架的顶部，所述控制系统固接于支架一端的底部。
优选的，所述控制系统包括数据采集模块、数据传输模块、信息处理模块和决策实施模块，所述数据采集模块、数据传输模块、信息处理模块和决策实施模块皆集中于控制系统的内部。
优选的，所述固定柱一侧顶部的中间位置处设有铰接座，且铰接座与电动推杆相互铰接配合，所述电动推杆的输出端设有铰接块，且铰接块与一组U 型固定架相互连接，所述闸门系统使用材料为PVC材质。
优选的，所述稻季排水管和活动软管与连接管以及旱季排水管相互连通，所述旱季排水管由三通管道结构与连接管连通配合，所述旱季排水闸门位于三通管道的一侧。
优选的，所述太阳能光伏板底部的两侧分别设有蓄电池和光伏控制器，且蓄电池和光伏控制器的外部安设防护仓，而防护仓与控制系统两侧的顶部固接。
一种稻田自动化智能排灌控制闸门的使用方法，使用步骤如下：
步骤一；首先将该闸门结构埋在农田排水口，通过固定柱安设的水位传感器与土壤水分传感器监测稻田内水分信息并通过数据采集模块采集，用于监测稻田内水位变化和土壤内实时含水量，然后利用数据传输模块将信息传输至信息处理模块，比对留存在系统内的控水规则，最终利用决策实施模块决定是灌水还是排水，并将信息传递于闸门或水泵，进行灌溉或排水工作；
步骤二；在控水规则实行时，比如在返青期，灌溉下限为土壤持水量为 10％，灌溉上限为20mm，此时控水程序在按返青期控水规则控制，当土壤水分传感器监测到数值并经过控制系统对比到达或低于10％这一限制，此时控制系统便会发送启动指令给水泵的启停系统，从而对农田灌水，当农田灌溉水位达到20mm的限位阀及返青期水稻灌溉上限20mm时，控制系统便会发送停止指令给水泵的启停系统，从而关闭水泵；
步骤三；在返青期，水闸的控水高度控制在稻田蓄水上限30mm，当降雨发生，田间水位不超过蓄水上限时，闸门无操作，不产生排水，如果降雨量较大，田间水位超过30mm，当降雨结束后24小时，信息处理模块比对返青期控制规则后，通过控制系统发出指令，控制闸门系统中的稻季排水管高度降到离田面30mm的高度，排出稻田多余雨水，通过延时排放可以使稻田排水的氮磷浓度降低20％∽30％；
步骤四；当进入返青期15天之后，设备控水程序进入分蘖前期，按分蘖前期进行田间控水管理，之后依次进行。当稻田需要进入晒田期时，闸门高度降到最低，与田面持平，稻田进入晒田期。因为水稻的长势根据当年气候，田间肥力水平和品种影响，可能生育期会有所不同，所以在控水系统转换时，用户可以根据实时监测摄像头实时观看田间水稻长势，看下水稻生长是否和程序设置的生育期一致，如果水稻生长不一致，及时调整控制系统的控水规则到正确的生育时期；
步骤五；到水稻收获之后，农田如果是水旱轮作，需要冬播开沟时，促使旱季排水管下部的旱季排水闸门连接厢沟，来排放旱季作物种植时降雨产生的排水，即可实现旱季排水工作，不需要另行设置排水口，如果只是水田种植，则可不需要旱季排水管的排水结构。
与现有技术相比，本发明提供了一种稻田自动化智能排灌控制闸门及使用方法，具备以下有益效果：
本发明通过将动力系统和闸门系统与控制系统相互配合一体集成化，促使该闸门结构更加简单，且利用PVC材质促使管道连通更加轻便耐用，维护方便，足以适应野外高温高湿环境，不漏水，形成排灌系统的一体化设备，并在实时监测摄像头的实时监测和控制系统的智能控制下，便于智能指定控水规则，配合稻季排水管的活动调节以及限位阀在水位传感器和土壤水分传感器的水位感应划分为四个高度区域，在对稻田进行科学精准灌溉的同时可以准确控制排水水位，从而减少不合理农田灌溉和排水，改善稻田生态同时解决水稻栽培中灌溉水利用率低、稻田排水无序混乱、农业面源污染严重的问题，同时解决了水稻浅湿灌溉种植技术不便于控制，难以推广的问题，提高装置的适用性和多种操控方式，尤其可以使装置远程智能化控制，自动化运行，改变了传统劳作方式，降低了劳动成本，提高了劳动生产率。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的固定柱侧视图；
图3为本发明的支架主视图；
图4为本发明的控制系统内部结构示意图。
图中：1、固定柱；2、动力系统；21、摇杆；22、电动推杆；3、闸门系统；31、稻季排水管；32、活动支板；33、U型固定架；34、活动软管；35、导流架；36、连接管；37、旱季排水闸门；38、旱季排水管；4、水位传感器；5、限位阀；6、土壤水分传感器；7、支架；71、控制系统；711、数据采集模块；712、数据传输模块；713、信息处理模块；714、决策实施模块；72、实时监测摄像头；73、太阳能光伏板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种稻田自动化智能排灌控制闸门及使用方法，包括固定柱1和动力系统2与闸门系统3以及支架7，动力系统2包括摇杆21和电动推杆22，电动推杆22铰接于固定柱1一侧的顶部，闸门系统3包括稻季排水管31、活动支板32、U型固定架33、活动软管34、导流架35、连接管36、旱季排水闸门37和旱季排水管38，导流架35固接于固定柱1一侧的底部，活动支板32铰接于导流架35内侧一侧的两端，连接管36贯通固定柱1一侧底部的中间位置处，稻季排水管31固接于活动支板 32的内侧，U型固定架33为两组，两组U型固定架33固接于活动支板32两端的顶部和底部，活动软管34分别与连接管36和稻季排水管31相互连通，旱季排水管38与连接管36相互连通，固定柱1一侧底部的两端分别设有水位传感器4与土壤水分传感器6，固定柱1一侧的中间位置处排设有三组限位阀5。
作为本实施例的优选方案：支架7包括控制系统71、实时监测摄像头72 和太阳能光伏板73，实时监测摄像头72固接于支架7一侧的中间位置处，太阳能光伏板73固接于支架7的顶部，控制系统71固接于支架7一端的底部。
作为本实施例的优选方案：控制系统71包括数据采集模块711、数据传输模块712、信息处理模块713和决策实施模块714，数据采集模块711、数据传输模块712、信息处理模块713和决策实施模块714皆集中于控制系统 71的内部。
作为本实施例的优选方案：固定柱1一侧顶部的中间位置处设有铰接座，且铰接座与电动推杆22相互铰接配合，电动推杆22的输出端设有铰接块，促使电动推杆22得以活动，且铰接块与一组U型固定架33相互连接，闸门系统3使用材料为PVC材质，增加管道的耐磨性和防水性。
作为本实施例的优选方案：稻季排水管31和活动软管34与连接管36以及旱季排水管38相互连通，旱季排水管38由三通管道结构与连接管36连通配合，旱季排水闸门37位于三通管道的一侧，便于管道根据季节的不同进行水位控制和排放，增加装置的功能性和水液的可控性。
作为本实施例的优选方案：太阳能光伏板73底部的两侧分别设有蓄电池和光伏控制器，且蓄电池和光伏控制器的外部安设防护仓，而防护仓与控制系统71两侧的顶部固接，便于将太阳能光伏板73吸收的光能在光伏控制器的配合下转换成电能集留于蓄电池内，对装置和控水系统自动供电。
一种稻田自动化智能排灌控制闸门的使用方法，使用步骤如下：
步骤一；首先将该闸门结构埋在农田排水口，通过固定柱1安设的水位传感器4与土壤水分传感器6监测稻田内水分信息并通过数据采集模块711 采集，用于监测稻田内水位变化和土壤内实时含水量，然后利用数据传输模块712将信息传输至信息处理模块713，比对留存在系统内的控水规则，最终利用决策实施模块714决定是灌水还是排水，并将信息传递于闸门或水泵，进行灌溉或排水工作；
步骤二；在控水规则实行时，比如在返青期，灌溉下限为土壤持水量为 10％，灌溉上限为20mm，此时控水程序在按返青期控水规则控制，当土壤水分传感器6监测到数值并经过控制系统71对比到达或低于10％这一限制，此时控制系统71便会发送启动指令给水泵的启停系统，从而对农田灌水，当农田灌溉水位达到20mm的限位阀5及返青期水稻灌溉上限20mm时，控制系统71 便会发送停止指令给水泵的启停系统，从而关闭水泵；
步骤三；在返青期，水闸的控水高度控制在稻田蓄水上限30mm，当降雨发生，田间水位不超过蓄水上限时，闸门无操作，不产生排水，如果降雨量较大，田间水位超过30mm，当降雨结束后24小时，信息处理模块713比对返青期控制规则后，通过控制系统71发出指令，控制闸门系统3中的稻季排水管31高度降到离田面30mm的高度，排出稻田多余雨水，通过延时排放可以使稻田排水的氮磷浓度降低20％∽30％；
步骤四；当进入返青期15天之后，设备控水程序进入分蘖前期，按分蘖前期进行田间控水管理，之后依次进行。当稻田需要进入晒田期时，闸门高度降到最低，与田面持平，稻田进入晒田期。因为水稻的长势根据当年气候，田间肥力水平和品种影响，可能生育期会有所不同，所以在控水系统转换时，用户可以根据实时监测摄像头72实时观看田间水稻长势，看下水稻生长是否和程序设置的生育期一致，如果水稻生长不一致，及时调整控制系统71的控水规则到正确的生育时期；
步骤五；到水稻收获之后，农田如果是水旱轮作，需要冬播开沟时，促使旱季排水管38下部的旱季排水闸门37连接厢沟，来排放旱季作物种植时降雨产生的排水，即可实现旱季排水工作，不需要另行设置排水口，如果只是水田种植，则可不需要旱季排水管38的排水结构。
实施例1，如图1-2所示，利用三组安设的限位阀5在水位传感器4的配合下，促使稻季排水管31所灌溉的水液在达到指定需求后通过每组限位阀5 的水位感应将信息传输至控制系统71内，通过控制系统71将灌溉的水泵启停，从而实现稻田内控水规则的自动化，增加装置的智能性。
实施例2，如图3-4所示，通过支架7安设于固定柱1闸门整体结构靠近田埂的一侧边，并利用太阳能光伏板73将太阳光吸收并在光伏控制器的配合下转换成电能收集于蓄电池内储存，从而对装置进行供电，而利用控制系统 71内的数据采集模块711、数据传输模块712、信息处理模块713和决策实施模块714分别对接收的信息进行采集、比对和信息处理以及最终的决策实施工作，从而使装置得以远程控制，并配合实时监测摄像头72的实时监测，进一步提高控水规则控制的精确性。
工作原理：当装置使用时，只需在原来的稻田排水口按照需求挖出合适高度和宽度的沟，然后把固定柱1闸门整体结构摆放好，用土回填，踩实即可，期间将闸门埋在原有农田排水口进行固定，而旱季排水管38在田面下20～ 40cm的位置，并在旱季排水管38下部安设旱季排水闸门37，而稻田的一端在田内，一端在排水沟，在稻田端内分别置有水位传感器4和土壤水分传感器6，并在水位传感器4的基础上安装有三个限位阀5，并将支架7安置闸门附近的农田靠近田埂一侧边，并在支架7安设太阳能光伏板73和实时监测摄像头72以及控制系统71，利用太阳能光伏板73进行电能转换和供应，通过实时监测摄像头72来实时监测农田状态，并利用控制系统71内的数据采集模块711、数据传输模块712、信息处理模块713和决策实施模块714进行信息传递和智能控制，即可自动制定控水规则；
其次，利用稻季排水管31垂直高度20～60cm，垂直端安装田埂内部农田端，通过活动软管34与稻季排水管31和连接管36相连通，而连接管36水平端底部与田面平齐略低于田面，通过电动推杆22的自动和摇杆21的手动操作，便可使稻季排水管31设置四个高度，通过电动推杆22驱动U型固定架33和活动支板32整体倾斜，便可使稻季排水管31根据实时监测摄像头72 的监测以及控制系统71的控水规则自动调节与田埂农田端的对应高度，从而自动管控田间的灌溉和排水工作。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
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