本發明涉及農業灌溉技術領域，尤其涉及一種用于農業灌溉的閥門裝置及閥門狀態判斷方法。

背景技術：

目前，農業灌溉遠程控制系統中使用的閥門主要有兩種，即依靠水力驅動的先導閥和依靠交流電機驅動的電動閥。水力驅動先導閥門在使用時需要一定的水壓向閥腔內注水或排水才能實現閥門的啟閉，在遇到雜質含量較高、水質不好的情況時，會發生導流孔堵塞的現象，致使閥門不能正常打開或關閉；閥體上腔彈簧的存在導致閥門在持續工作狀態下時，將會損失一定程度的水頭，使得閥門后面的管網壓強減小，流量減少，進而影響灌溉系統效率。

在農業滴灌遠程控制系統中，閥門狀態判斷是一項重要內容。判斷閥門是否正常打開或關閉，通常使用的方法是利用電磁感應原理或壓力感應原理來監測閥門的開關狀態。電磁感應原理：在閥門的出水口設置一個可以活動的撥片，撥片上設置有磁鐵，撥片的后方安裝有干簧管。當閥門出水口有水流通過時，會撥動撥片運動，使磁鐵將干簧管中的金屬觸片吸合，進而在電路中產生通路信號，即可判斷閥門出水口有水通過。這種方法存在的問題是：如果閥門出水口的水流速很大，但流量較小時，也能使撥片移動，導致系統判斷閥門為正常出水，但是這種出水量不能滿足灌溉需要。而且，當水質較渾濁時，磁鐵上會吸附水中的細小鐵屑或其它可吸附的金屬物質，吸附的金屬物過多時，會造成磁鐵無法吸合干簧管中的金屬觸片，使系統不能準確判斷是否有水流通過。壓力感應原理：在閥門的出水口附件安裝一壓力傳感器，當閥門打開并有水流通過時，傳感器會感受到壓力的存在，繼而發送出打開信號，否則，發送關閉信號。這類傳感器的重大缺陷在于，農業灌溉人員習慣于多打開閥門導致出水口壓力常常低于設定臨界值，此時，傳感器感受不到水壓信號，發送出閥門關閉但實際上打開的錯誤的信號。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明提供一種用于農業灌溉的閥門裝置及閥門狀態判斷方法，主要目的在于提高閥門裝置的可靠性和閥門狀態判斷的準確性，進而提高灌溉系統的運行效率，另一目的在于減小閥門開啟的能耗損失。

為達到上述目的，本發明主要提供如下技術方案：

一方面，本發明的實施例提供一種用于農業灌溉的閥門裝置，包括:閥體、閥芯、驅動機構、檢測機構和控制機構；

所述閥芯設置在所述閥體內，能夠相對所述閥體轉動；

所述檢測機構固定地設置在所述閥體上，用于檢測所述閥芯的轉動角度；所述檢測機構包括：至少四個紅外發射接收對管；所述紅外發射接收對管沿圓周方向均勻分布；所述紅外發射接收對管包括：紅外發射管和紅外接收管；

所述驅動機構固定地設置在所述閥體上，與所述閥芯傳動連接，用于驅動所述閥芯轉動；

所述驅動機構包括：轉動軸和轉動板件；

所述轉動軸與所述閥芯固定連接；

所述轉動板件固定地設置在所述轉動軸上，用于反射紅外線；所述轉動板件上設置有過孔；所述過孔為通孔，用于避免反射所述紅外發射接收對管的紅外線；

所述控制機構固定地設置在所述閥體上，用于接收所述檢測機構的信號，并向所述驅動機構發送信號。

進一步地，所述驅動機構還包括：驅動電機和變速機構；

所述變速機構與所述閥芯傳動連接；

所述驅動電機與所述變速機構傳動連接。

進一步地，所述變速機構通過所述轉動軸與所述閥芯連接。

進一步地，所述控制機構包括：閥門狀態采集板；

所述閥門狀態采集板用于監測所述紅外接收管的電流大小。

進一步地，所述控制機構還包括：無線通訊模塊；

所述無線通訊模塊用于遠程接收控制信號。

進一步地，所述閥體為三通結構。

進一步地，所述閥芯為三通球體閥芯；所述三通球體閥芯為“t”型結構。

進一步地，還包括：能源機構；

所述能源機構固定地設置在所述閥體上，用于給所述驅動機構、檢測機構和控制機構提供能源；

所述能源機構包括：太陽能電板和蓄電池；

所述太陽能電板與所述蓄電池連接，用于給所述蓄電池充電。

另一方面，本發明的實施例提供一種閥門狀態判斷方法，包括如下步驟：

紅外發射管以固定的方向向轉動板件發射光；

轉動板件接收紅外發射管發射的光，并對接收的光進行反射；

紅外接收管以固定的方向接收轉動板件發射的光；

驅動電機驅動轉動軸轉動，進而帶動轉動板件轉動；

當轉動板件上的過孔與紅外發射管對應時，紅外發射管發射的光穿過轉動板件；

紅外接收管不能接收到轉動板件的反射光；

紅外接收管根據光的強度將接收的光轉換為對應的電信號，并將所述電信號傳輸給控制機構；

控制機構對紅外接收管轉換成的電信號的變化進行計算，確定所述轉動軸的旋轉角度。

進一步地，所述控制機構通過判斷所述紅外接收管產生大電流的次數來確定所述轉動軸轉動的角度。

借由上述技術方案，本發明用于農業灌溉的閥門裝置及閥門狀態判斷方法至少具有下列優點：

本發明的實施例提供一種用于農業灌溉的閥門裝置，包括:閥體、閥芯、驅動機構、檢測機構和控制機構；閥芯設置在閥體內，能夠相對閥體轉動，與普通手動球閥一樣——不存在為保持閥門持續開啟而消耗能量；驅動機構固定地設置在閥體上，與閥芯傳動連接，用于驅動閥芯轉動；驅動機構包括：轉動軸和轉動板件；轉動軸與閥芯固定連接；轉動板件固定地設置在轉動軸上，用于反射紅外線；轉動板件上設置有過孔；過孔為通孔，用于避開反射紅外發射接收對管的紅外線；控制機構固定地設置在閥體上，用于接收檢測機構的信號，并向驅動機構發送信號。檢測機構固定地設置在閥體上，用于檢測閥芯的轉動角度；檢測機構包括：至少四個紅外發射接收對管；紅外發射接收對管沿圓周方向均勻分布；紅外發射接收對管包括：紅外發射管和紅外接收管；閥門狀態根據轉動軸的位置測定，不受閥門過水速度的影響，可準確判斷當前閥門的狀態。且檢測機構不與水接觸，避免了水對電器元器件穩定性的影響，判斷閥門狀態準確性高，穩定性好。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的一種用于農業灌溉的閥門裝置的剖視示意圖；

圖2為本發明實施例提供的一種用于農業灌溉的閥門裝置的另一視角的示意圖。

圖中所示：

1為閥體，2為閥芯，3為驅動機構，3-1為驅動電機，3-2為變速機構，3-21為轉動軸，3-22為轉動板件，4為檢測機構，5為控制機構，5-1為閥門狀態采集板，5-2為無線通訊模塊，6為能源機構，6-1為太陽能電板，6-2為蓄電池。

具體實施方式

為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效,以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明申請的具體實施方式、結構、特征及其功效，詳細說明如后。在下述說明中，不同的“一實施例”或“實施例”指的不一定是同一實施例。此外，一或多個實施例中的特定特征、結構、或特點可由任何合適形式組合。

如圖1和圖2所示，本發明的一個實施例提出的一種用于農業灌溉的閥門裝置，包括:閥體1、閥芯2、驅動機構3、檢測機構4和控制機構5；閥體1優選為鑄鐵材質；

閥芯2設置在閥體1內，能夠相對閥體1轉動，球閥結構，以便減少水損。閥芯2優選為銅質。

檢測機構4固定地設置在閥體1上，用于檢測閥芯2的轉動角度；檢測機構4包括：至少四個紅外發射接收對管；紅外發射接收對管沿圓周方向均勻分布；紅外發射接收對管包括：紅外發射管和紅外接收管；紅外發射管用于發射光線，紅外接收管用于接收紅外發射管發射的被轉動板件3-22反射回的光線。

驅動機構3固定地設置在閥體1上，本實施例優選驅動機構3通過緊固件與閥體1固定；驅動機構3與閥芯2傳動連接，用于驅動閥芯2轉動；

驅動機構3包括：驅動電機3-1和變速機構3-2；變速機構3-2與閥芯2傳動連接；

驅動電機3-1與變速機構3-2傳動連接。驅動電機3-1通過變速機構3-2減速后能夠增加傳動扭矩。本實施例優選驅動機構3使用低電壓直流供電，結合變速機構3-2，增加轉動力矩，完全可以滿足閥門開啟或關閉所需的力矩。確保了閥門正常開啟關閉的穩定性和安全性。變速機構3-2包括：轉動軸3-21和轉動板件3-22；轉動軸3-21與閥芯2固定連接；

轉動板件3-22固定地設置在轉動軸3-21上，用于反射紅外線；轉動板件3-22上設置有過孔；過孔為通孔，用于避免反射紅外發射接收對管的紅外線；進一步地，變速機構3-2通過轉動軸3-21與閥芯2連接。過孔可以為圓孔或槽孔。本實施例優選過孔為槽孔，以降低對紅外發射接收對管分布的要求。

控制機構5固定地設置在閥體1上，用于接收檢測機構4的信號，判斷閥門的狀態，并向驅動機構3發送信號，以控制驅動機構3驅動閥芯2，改變閥門的狀態。當然也可以保持閥門狀態不變。

當驅動機構3通過轉動軸3-21帶動閥芯2轉動時，轉動板件3-22上的過孔隨著轉動軸3-21轉動，當過孔轉動至紅外發射接收對管的反射區時，過孔導致轉動板件3-22無法反射光線，紅外接收管在沒有接受到反射光時，會產生一個高電平，根據四個高電平產生的順序即可判斷閥門當前的狀態。這樣就使得閥門狀態判斷相較以往技術更加穩定和安全。

本發明的實施例提供一種用于農業灌溉的閥門裝置，閥芯2設置在閥體1內，能夠相對閥體1轉動，與普通手動球閥一樣可大幅度降低水損；閥門狀態根據轉動軸3-21的位置測定，不受閥門過水速度的影響，可準確判斷當前閥門的狀態，且檢測機構4不與水接觸，避免了水對元器件的影響，判斷閥門狀態準確性高，穩定性好，進而提高灌溉系統的運行效率。

作為上述實施例的優選，控制機構5包括：閥門狀態采集板5-1；

閥門狀態采集板5-1用于監測紅外接收管的電流大小，通過檢測電流的變化來確定轉動板件3-22上過孔的位置，進而確定閥門的狀態。

作為上述實施例的優選，控制機構5還包括：無線通訊模塊5-2；無線通訊模塊5-2用于遠程接收控制信號。本發明實施例使用無線控制，對通訊距離有極大提升，降低成本投入和維護難度。

現階段農業田間灌溉自動化控制系統使用傳統閥門時，在一個出水樁上需要安裝兩個閥門，閥門均為兩通閥；為了簡化灌溉系統，本發明實施例優選閥體1為三通結構。

進一步優選，閥芯2為三通球體閥芯2；三通球體閥芯2為“t”型結構。使得一個閥門可以同時控制三個口的狀態，大大降低了閥門在田間的布設成本。本實施例提供的閥門裝置，只需在出水樁上安裝一個閥門就可控制兩個出水口，實現任意一個出水口的打開或關閉，以及全部出水口的關閉或打開，并且水流通過閥門時不存在阻礙其流動導致水壓損失的情況。

現有電動閥門大多使用交流供電，在安裝布設的時候需要布設大量的供電線，不便于農田操作使用和后期的維護管理。當線路老化或損壞時對人身有潛在的安全隱患。為了克服上述問題，本發明實施例提出的一種用于農業灌溉的閥門裝置還包括：能源機構6；能源機構6固定地設置在閥體1上，用于給驅動機構3、檢測機構4和控制機構5提供能源；能源機構6包括：太陽能電板6-1和蓄電池6-2；太陽能電板6-1與蓄電池6-2連接，用于給蓄電池6-2充電，簡化了線路結構，且沒有安全隱患。本發明實施例采用太陽能電板6-1對內置蓄電池6-2供電，減少了外置電源供電設施和工程，不需考慮在田間使用電線對電動閥供電。蓄電池6-2優選為鋰電池。

另一方面，本發明的實施例提供一種閥門狀態判斷方法，包括如下步驟：

紅外發射管以固定的方向向轉動板件3-22發射光；

轉動板件3-22接收紅外發射管發射的光，并對接收的光進行反射；

紅外接收管以固定的方向接收轉動板件3-22發射的光；

驅動電機3-1驅動轉動軸3-21轉動，進而帶動轉動板件3-22轉動；

當轉動板件3-22上的過孔與紅外發射管對應時，紅外發射管發射的光穿過轉動板件3-22；

紅外接收管不能接收到轉動板件3-22的反射光；

紅外接收管根據光的強度將接收的光轉換為對應的電信號，并將電信號傳輸給控制機構5；

控制機構5對紅外接收管轉換成的電信號的變化進行計算，確定轉動軸3-21的旋轉角度。

作為上述實施例的優選，控制機構5通過判斷紅外接收管產生大電流的次數來確定轉動軸3-21轉動的角度。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。