一种利用太阳能的新型绿化灌溉装置以及系统

1.本发明涉及农业与林业技术领域，具体为一种利用太阳能的新型绿化灌溉装置以及系统。

背景技术：

2.农业与林业的发展离不开灌溉，现有的灌溉装置的能源驱动多以电力驱动为主。
3.但是现有设备在使用的时候，存在有下述问题：
4.现有装置在灌溉或者使用的时候难免会出现错误，如爆水管；无法灌溉；灌溉不均等情况。
5.对于行人路过，控制灌溉距离上，现有的技术一般都是通过每个灌溉单元加装传感器实现对物体的检测，得出某一时刻双方的相对位置关系。
6.上述方案中存在有下述问题：
7.1.此方案成本较大，需要给每一个灌溉单元加装传感器。成本会随着灌溉单元数量的增加而增加。
8.2.并且抗干扰性能有待加强：红外探测系统的检测的最小距离太大和精度有限以及传感器高低位置的差异会对检测造成干扰；超声波传感器速度受温度和风向的干扰以及可能被吸音面给吸收，为此我们提出了一种利用太阳能的新型绿化灌溉装置以及系统。

技术实现要素：

9.(一)解决的技术问题
10.针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用太阳能的新型绿化灌溉装置以及系统，解决了上述的问题。
11.(二)技术方案
12.为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用太阳能的新型绿化灌溉系统，包括灌溉模块的工作状态检测以及识别出对应的故障情况用的视觉模块；
13.调整太阳能板角度的辅助模块；
14.负责计算、调整转动模块、升降模块、太阳能板控制模块以及灌溉模块的主控模块；
15.判断灌溉装置是否发生故障以及识别目标并将故障对应的操作指令发送至中控模块用的中央计算模块；
16.将视觉模块识别出的各类深度信息传递至主控模块的通信模块。
17.一种利用太阳能的新型绿化灌溉装置，包括主机箱、安装在主机箱外侧的超声波传感器、用于灌溉的灌溉模块以及设置在主机箱上方的太阳能板，主机箱的内部设置有驱动灌溉模块进行旋转的转动模块，主机箱内部设置有用调整灌溉模块升降的升降模块，主机箱内部设置有调整太阳能板旋转的太阳能板控制模块。
18.优选的，灌溉模块包括水管、水管接头以及雾化喷头，水管与水管接头连接，水管
接头与雾化喷头连接。
19.优选的，转动模块包括驱动舵机、角接触球轴承、橡胶圈、橡胶轮，驱动舵机固定安装在主机箱的内壁上，橡胶轮固定安装在驱动舵机的驱动轴上，主机箱的底部通过角接触球轴承连接有圆盘，圆盘上安装有橡胶圈,橡胶圈与橡胶轮贴合，水管从角接触球轴承的内部穿出。
20.优选的，升降模块包括齿条套筒、升降齿轮轴、卧式轴承座以及升降舵机，齿条套筒与水管通过顶丝连接，升降舵机以及卧式轴承座分别安装在主机箱的侧壁上，升降舵机的输出轴上固定安装有升降齿轮轴，升降齿轮轴的一端与卧式轴承座连接，升降齿轮轴上的齿轮与齿条套筒上的齿条啮合。
21.优选的，太阳能板控制模块包括控制舵机、驱动齿轮、控制齿轮轴、三个弯折形的曲杆一、三个两段式弯折的曲杆二、太阳能板支架以及太阳能板，主机箱的内部设置有隔板，控制舵机固定安装在隔板上，控制舵机的输出端上固定安装有驱动齿轮，隔板上设置有圆管形管体，管体上转动连接有控制齿轮轴,三个曲杆一的下端堆叠在一起，曲杆一与太阳能板连接，曲杆一的自由端与曲杆二铰接，曲杆二的自由端与太阳能板支架铰接，太阳能板支架与太阳能板连接。
22.优选的，水管的顶端穿过圆管形管体、控制齿轮轴以及曲杆一延伸到三个曲杆一之间。
23.(三)有益效果
24.与现有技术相比，本发明提供了一种利用太阳能的新型绿化灌溉装置以及系统，具备以下有益效果：
25.1、该利用太阳能的新型绿化灌溉装置以及系统，通过三组舵机分别控制三组曲杆进行连杆运动，使得平台具有三个方向的自由度，可随意调节太阳能板的姿态并将姿态信息反馈回到中央处理器，进而实现太阳能板姿态的精确控制。
26.2、该利用太阳能的新型绿化灌溉装置以及系统，将整体分为上半部分装置和底部的转盘，两者之间通过一个角接触球轴承连接，使得两者能分开转动且轴承能承受一定的压力。装置内部有一个与舵机相连的橡胶轮，其与转盘上的橡胶圈接触。当舵机控制橡胶圈转动时，橡胶圈与橡胶轮由于摩擦发生相对运动。由于转盘被固定，实现了装置上部的旋转。
27.3、该利用太阳能的新型绿化灌溉装置以及系统，利用yolov4目标检测算法部署在摄像头中识别视野广阔的条件下。实现一个摄像头对应多个灌溉单元，多个灌溉单元共用一个摄像头，减少成本。
28.4、该利用太阳能的新型绿化灌溉装置以及系统，对灌溉装置常见的故障进行检测以及结合获取目标的深度信息并预测出移动路径，依次控制灌溉单元的灌溉距离，实现智能化处理。
附图说明
29.图1为本发明立体示意图；
30.图2为主机箱左视示意图；
31.图3为图2中的b-b剖视图；
32.图4为底部机构俯视剖视图；
33.图5为太阳能板控制机构示意图；
34.图6为太阳能板控制机构俯视图；
35.图7为太阳能板控制机构示意图；
36.图8为本发明系统示意图；
37.图9为本发明算法流程示意图。
38.图中：1、主机箱；2、水管；3、水管接头；4、雾化喷头；5、超声波传感器；6、转盘；7、角接触球轴承；8、橡胶圈；9、齿条套筒；10、驱动舵机；11、橡胶轮；12、升降舵机；13、升降齿轮轴；14、卧式轴承座；15、控制舵机；16、驱动齿轮；17、控制齿轮轴；18、太阳能板；19、曲杆一；20、曲杆二；21、太阳能板支架。
具体实施方式
39.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。
40.请参阅图8-9，一种利用太阳能的新型绿化灌溉系统，包括灌溉模块的工作状态检测以及识别出对应的故障情况用的视觉模块；
41.调整太阳能板18角度的辅助模块；
42.负责计算、调整以及灌溉的主控模块；
43.判断灌溉装置是否发生故障以及识别目标并将故障对应的操作指令发送至中控模块用的中央计算模块。
44.将视觉模块识别出的各类深度信息传递至主控模块的通信模块。
45.其视觉模块为基础模块，由摄像头组成，对灌溉装置的工作状态检测以及识别出对应的故障情况，移动物体的目标检测与计算目标位置信息。
46.辅助模块通过控制舵机15分别控制曲杆一19以及曲杆二20进行连杆运动，使得平台具有三个方向的自由度增大能量的转换率；辅助识别上：通过对某些深度信息的特定处理等保证在特殊环境下如大雾天气，黑暗环境等视觉模块依然能准确识别目标，如夜视模块，去雾算法等；辅助判断上：采用超声波传感器5辅助目标识别决策。
47.第三个模块是通信模块，可以采用多种诸如无线通信，蓝牙等方案，将视觉模块识别出的各类深度信息传递至主控模块。
48.第四个是中央计算模块：由stm32芯片组成，判断灌溉装置是否发生故障并将故障对应的操作指令发送至中控模块，判断出识别目标(行人)与灌溉装置的距离，并预测目标路径，对目标预测路径内的灌溉装置发送相应指令，控制灌溉范围，避免洒到行人。判断太阳能板需要转动的距离，寻出最优的角度，增大能量转换率。在能源缺少的情况下，避免洒到行人的智能控制不运行，仅运行故障检测与太阳能板角度转换。
49.第五个模块为主控模块，由arduino芯片组成，接受中央计算模块传来的指令，控制程序分为：发生故障时对应的控制决策，调整太阳能板增大能量转换率，计算每个灌溉装置灌溉范围，计算目标移动速度，预测移动目标的移动轨迹，对目标预测路径上的灌溉单元
进行相应的控制。
50.通信模块可以是多种方式，中央计算模块与主控模块使用的芯片也可以用其他芯片代替，辅助模块在正常情况下的视觉模块中可以忽略。视觉模块可以由监控器加激光检测模块等组成，凡是能够对客观空间信息经行采集并形成图像的都属于我们选择的范围，实现在对周围环境监控的同时实现灌溉装置的控制，只要是能够获取视觉与物体的空间信息的模块均属于替代品。
51.请参阅图1-7，一种利用太阳能的新型绿化灌溉装置，包括主机箱1、安装在主机箱1外侧的超声波传感器5、用于灌溉的灌溉模块以及设置在主机箱1上方的太阳能板18，主机箱1的内部设置有驱动灌溉模块进行旋转的转动模块，主机箱1内部设置有用调整灌溉模块升降的升降模块，主机箱1内部设置有调整太阳能板18旋转的太阳能板控制模块。
52.灌溉模块包括水管2、水管接头3以及雾化喷头4，水管2与水管接头3连接，水管接头3与雾化喷头4连接。
53.转动模块包括驱动舵机10、角接触球轴承7、橡胶圈8、橡胶轮11，驱动舵机10固定安装在主机箱1的内壁上，橡胶轮11固定安装在驱动舵机10的驱动轴上，主机箱1的底部通过角接触球轴承7连接有圆盘，圆盘上安装有橡胶圈8,橡胶圈8与橡胶轮11贴合，水管2从角接触球轴承7的内部穿出。
54.升降模块包括齿条套筒9、升降齿轮轴13、卧式轴承座14以及升降舵机12，齿条套筒9与水管2通过顶丝连接，升降舵机12以及卧式轴承座14分别安装在主机箱1的侧壁上，升降舵机12的输出轴上固定安装有升降齿轮轴13，升降齿轮轴13的一端与卧式轴承座14连接，升降齿轮轴13上的齿轮与齿条套筒9上的齿条啮合。
55.太阳能板控制模块包括控制舵机15、驱动齿轮16、控制齿轮轴17、三个弯折形的曲杆一19、三个两段式弯折的曲杆二20、太阳能板支架21以及太阳能板18，主机箱1的内部设置有隔板，控制舵机15固定安装在隔板上，控制舵机15的输出端上固定安装有驱动齿轮16，隔板上设置有圆管形管体，管体上转动连接有控制齿轮轴17,三个曲杆一19的下端堆叠在一起，曲杆一19与太阳能板18连接，曲杆一19的自由端与曲杆二20铰接，曲杆二20的自由端与太阳能板支架21铰接，太阳能板支架21与太阳能板18连接。
56.水管2的顶端穿过圆管形管体、控制齿轮轴17以及曲杆一19延伸到三个曲杆一19之间。
57.转动模块原理如下：将整体分为底部转盘6与上部装置本体两部分，为连接两部分，使其能够各自自由转动且转盘能承受一定的力，使用角接触球轴承7连接两部分。转盘6上安装有环形的橡胶圈8，在装置底部安装有驱动舵机10，驱动舵机10转动带动连接在其上的橡胶轮11转动，由于橡胶轮11与橡胶圈8接触，橡胶轮11转动时，两者由于摩擦产生相对运动，此时由于底部转盘6固定，装置整体绕轴承7旋转，完成转动。转动的角度由驱动舵机10控制。
58.升降模块原理如下:升降模块由齿条套9、升降齿轮轴13、轴承座14、升降舵机12组成。升降舵机12被固定在装置主机箱1内，与升降齿轮轴13连接。升降齿轮轴13另一端与一轴承座14连接，保证升降齿轮轴13位置固定。升降齿轮轴13上的齿轮与与齿条套9外侧的齿条啮合，通过升降舵机12带动升降齿轮轴13转动，带动齿条套筒9筒上下运动。齿条套筒9与水管2通过顶丝连接，从而带动水管2做升降运动。
59.太阳能板控制模块原理如下由控制舵机15、驱动齿轮16、控制齿轮轴17、曲杆一19、曲杆二20、太阳能板支架21、太阳能板18组成。三个控制舵机15被固定在装置主机箱1内，分别通过带动驱动齿轮16转动，带动控制齿轮轴17转动，三个控制齿轮轴17通过顶丝与曲杆一19连接。控制齿轮轴17转动，带动曲杆一19运动。曲杆一19与曲杆二20通过销钉连接，曲杆二20与太阳能板支架21也通过销钉连接。根据连杆运动原理，太阳能板支架21具有三个自由度，可实现太阳能板18任意角度的转动。
60.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种利用太阳能的新型绿化灌溉系统，其特征在于，包括灌溉装置的工作状态检测以及识别出对应的故障情况用的视觉模块；调整太阳能板(18)角度的辅助模块；负责计算、调整转动模块、升降模块、太阳能板控制模块以及灌溉模块的主控模块；判断灌溉装置是否发生故障以及识别目标并将故障对应的操作指令发送至中控模块用的中央计算模块；将视觉模块识别出的各类深度信息传递至主控模块的通信模块。2.一种利用太阳能的新型绿化灌溉装置，其特征在于，包括主机箱(1)、安装在主机箱(1)外侧的超声波传感器(5)、用于灌溉的灌溉模块以及设置在主机箱(1)上方的太阳能板(18)，主机箱(1)的内部设置有驱动灌溉模块进行旋转的转动模块，主机箱(1)内部设置有用调整灌溉模块升降的升降模块，主机箱(1)内部设置有调整太阳能板(18)旋转的太阳能板控制模块。3.根据权利要求2所述的一种利用太阳能的新型绿化灌溉装置，其特征在于：所述灌溉模块包括水管(2)、水管接头(3)以及雾化喷头(4)，水管(2)与水管接头(3)连接，水管接头(3)与雾化喷头(4)连接。4.根据权利要求2所述的一种利用太阳能的新型绿化灌溉装置，其特征在于：所述转动模块包括驱动舵机(10)、角接触球轴承(7)、橡胶圈(8)、橡胶轮(11)，驱动舵机(10)固定安装在主机箱(1)的内壁上，橡胶轮(11)固定安装在驱动舵机(10)的驱动轴上，主机箱(1)的底部通过角接触球轴承(7)连接有圆盘，圆盘上安装有橡胶圈(8),橡胶圈(8)与橡胶轮(11)贴合，水管(2)从角接触球轴承(7)的内部穿出。5.根据权利要求2所述的一种利用太阳能的新型绿化灌溉装置，其特征在于：所述升降模块包括齿条套筒(9)、升降齿轮轴(13)、卧式轴承座(14)以及升降舵机(12)，齿条套筒(9)与水管(2)通过顶丝连接，升降舵机(12)以及卧式轴承座(14)分别安装在主机箱(1)的侧壁上，升降舵机(12)的输出轴上固定安装有升降齿轮轴(13)，升降齿轮轴(13)的一端与卧式轴承座(14)连接，升降齿轮轴(13)上的齿轮与齿条套筒(9)上的齿条啮合。6.根据权利要求2所述的一种利用太阳能的新型绿化灌溉装置，其特征在于：所述太阳能板控制模块包括控制舵机(15)、驱动齿轮(16)、控制齿轮轴(17)、三个弯折形的曲杆一(19)、三个两段式弯折的曲杆二(20)、太阳能板支架(21)以及太阳能板(18)，主机箱(1)的内部设置有隔板，控制舵机(15)固定安装在隔板上，控制舵机(15)的输出端上固定安装有驱动齿轮(16)，隔板上设置有圆管形管体，管体上转动连接有控制齿轮轴(17),三个曲杆一(19)的下端堆叠在一起，曲杆一(19)与太阳能板(18)连接，曲杆一(19)的自由端与曲杆二(20)铰接，曲杆二(20)的自由端与太阳能板支架(21)铰接，太阳能板支架(21)与太阳能板(18)连接。7.根据权利要求6所述的一种利用太阳能的新型绿化灌溉装置，其特征在于：所述水管(2)的顶端穿过圆管形管体、控制齿轮轴(17)以及曲杆一(19)延伸到三个曲杆一(19)之间。

技术总结

本发明涉及农业与林业技术领域，且公开了一种利用太阳能的新型绿化灌溉装置，包括主机箱、安装在主机箱外侧的超声波传感器、用于灌溉的灌溉模块以及设置在主机箱上方的太阳能板，主机箱的内部设置有驱动灌溉模块进行旋转的转动模块，主机箱内部设置有用调整灌溉模块升降的升降模块，主机箱内部设置有调整太阳能板旋转的太阳能板控制模块，该利用太阳能的新型绿化灌溉装置以及系统，通过三组舵机分别控制三组曲杆进行连杆运动，使得平台具有三个方向的自由度，可随意调节太阳能板的姿态并将姿态信息反馈回到中央处理器，进而实现太阳能板姿态的精确控制。姿态的精确控制。姿态的精确控制。