一种基于风力导向控制喷口的灌溉喷头及灌溉系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115119714A(43)申请公布日2022.09.30(21)申请号202210736087.3(22)申请日2022.06.27(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人李伟吴志远李昊明白天润王宇琼徐晓钰席世龙李源喆(74)专利代理机构南京智造力知识产权代理有限公司32382专利代理师汪芬(51)Int.Cl.A01G25/02(2006.01)A01G25/16(2006.01)G05D3/12(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图3页(54)发明名称一种基于风力导向控制喷口的灌溉喷头及灌溉系统(57)摘要本发明公开了一种基于风力导向控制喷口的灌溉喷头及灌溉系统，灌溉喷头包括主体管道，在主体管道顶部沿主体管道径向阵列设置至少4个喷管管道以及风速传感器，在喷管管道进口端设置电磁阀门；喷管管道出口端的喷口处设置的速度传感器、电磁控制器和阀芯；控制单元的输入端分别信号连接风速传感器、速度传感器，输出端分别信号连接电磁控制器和电磁阀门；实现对环境风向风速数据进行判断是否需要对相应的喷口喷出的水流速度和方向进行调节；由PID模糊控制模块对该喷口进行流速调节；由模糊控制模块对喷口进行射流方向调节；由此实现自动、精准调整各个方向的灌溉水量；使灌溉喷头对目标农作物进行灌溉时，做到均匀灌溉。CN115119714ACN115119714A权利要求书1/2页1.一种基于风力导向控制喷口的灌溉喷头，其特征在于，包括：主体管道(6)，设置在主体管道(6)顶部的风速传感器(1)；设置在主体管道(6)顶部的至少4个喷管管道(3)，所述喷管管道(3)沿主体管道(6)径向阵列分布；设置在喷管管道(3)进口端的电磁阀门(4)；设置在喷管管道(3)出口端的喷口(2)，在所述喷口(2)处设置的速度传感器(8)、电磁控制器(9)和阀芯(10)，所述电磁控制器(9)和阀芯(10)磁性连接；控制单元，所述控制单元的输入端分别信号连接风速传感器(1)、速度传感器(8)，所述控制单元的输出分别信号连接电磁控制器(9)和电磁阀门(4)；所述控制单元内包括风向风速判断模块、PID模糊控制模块和模糊控制模块；所述风向风速判断模块根据风速传感器(1)实时采集的环境风向风速数据，确定来风方向n以及各来风方向的风速设定环境风速阈值，若环境风速超过阈值，则需要对与来风方向相对的喷口喷出的水流速度和方向进行调节；PID模糊控制模块的输出信号连接电磁阀门(4)，对该喷口(2)进行流速调节；模糊控制模块的输出信号连接电磁控制器(9)，利用电磁控制器(9)调节阀芯(10)与喷口(2)之间的位置，对喷口(2)进行射流方向调节。2.根据权利要求1所述的一种基于风力导向控制喷口的灌溉喷头，其特征在于，环境风速超过阈值设置为为喷口标准水流速度。3.根据权利要求2所述的一种基于风力导向控制喷口的灌溉喷头，其特征在于，若环境中n向来风的风速则不需要调节各方向喷口(2)的流速和流向，即各个喷口(2)均按照水流速度工作；n＝N、S、W、E，分别表示北向来风、南向来风、西向来风以及东向来风；若环境中n向来风的风速则需要对n向来风对应的喷口(2)的流速和流向进行调节。4.根据权利要求1所述的一种基于风力导向控制喷口的灌溉喷头，其特征在于，所述阀芯(10)采用椭球型。5.根据权利要求4所述的一种基于风力导向控制喷口的灌溉喷头，其特征在于，模糊控制模块用于对电磁控制器(9)以及阀芯(10)进行自动控制，输入量为风速方向与正北方向N向所成夹角的角度θw，输出量为阀芯(10)转动的角度；灌溉角度误差表示为e＝θw‑θt，θt为喷管管道(3)与N向所成夹角角度；灌溉角度误差变化率表示为et为不同时刻下记录的灌溉角度误差；设置误差e的基本论域为[‑20％，20％]，误差变化率ec的基本论域为[‑5％，5％]；设e和ec相对应的模糊变量为SE和SEC，定义SE和SEC的模糊子集各取的5个语言值,即{负大，负小，零，正小，正大}，简记为{NB，NS，ZO，PS，PB}，则变量的量化域均为{‑2，‑1，0，1，2}；模糊控制最终控制的是椭球型阀芯转动角度，定义其基本论域为[0，30°]，模糊子集为2CN115119714A权利要求书2/2页{零，短长，长长}，简记为{ZO，PS，PB}，量化论域为{0，1，2，3}；最后设置模糊规则，采用最大隶属度法进行逆模糊化，即求得椭球型阀芯调节的模糊控制表。6.根据权利要求1‑5中任意一项权利要求所述的一种基于风力导向控制喷口的灌溉喷头，其特征在于，喷口(2)设置4个，且4个喷口(2)相互之间的夹角为90°分布，4个喷口(2)分别朝向正东、正南、正西、正北四个方向。7.根据