室内外温控灌溉节流阀门

1.本实用新型涉及一般节流阀的结构、舵机的控制原理、单片机相关编程等。


背景技术：

2.采用普通阀门进行灌溉，水源浪费、流量不稳定、灌溉不均等问题无法避免。因此设计节流阀便成了促进灌溉的重要举措。节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门。通过调节手轮移动节流阀的阀芯，改变节流阀的阀口面积，从而控制节流阀的液体输出量，达到节流目的。传统节流阀结构简单，制造成本低，但也存在着许多问题。阀芯与阀座重合后流通面积不再变化，其有效行程较小，节流面积变化不均匀。当流体通过阀后，产生的冲击可能会使阀内压力升高产生振荡，从而使阀芯受力产生振荡，影响系统的稳定性。
3.阀门的密封性和各个构件的合理安装对于新阀门的设计也很重要。密封性能和强度性能是一切阀门最基础、最重要的性能。普通节流阀的密封面易冲蚀，密封性较差。密封圈优质材料的更换也是解决方案之一，需要与实际经济状况相结合。阀门的互换性差使得一种阀门一般只能适配一种管径的水管。加装管道温度传感器会引起试验管道内流体流动特性的变化，对管道压力损失产生不利影响。
4.阀门的温控系统也在考虑之内。温度传感器ds18b20结合51单片机能够检测环境温度并读取，舵机能够通过单片机系统进行位置的控制。


技术实现要素：

5.为解决现有市场阀门密封性差、互换性差、流量不稳定以及提高灌溉的自动化水平，本实用新型设计一种温度自动控制阀门开口的节流阀门。通过更换材料、改进结构完善节流阀的缺陷，利用单片机编程实现温控。
6.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种温控灌溉节流阀门，其中节流阀主要结构包括阀体与阀杆，两者通过滚动轴承进行配合，滚动轴承两侧各贴一层聚四氟乙烯环，下侧装以橡胶圈定位，上侧安装压盖定位，最外侧安装阀门上盖，辅以螺钉完成内部装配。阀杆下部圆柱体侧面开有通孔，此部分浸入水中且远离阀体上腔。阀杆转动的位置不同，整个阀门的开口大小就不同。对应0度时阀门闭合，90度阀门开口处于最大，0-90度之间阀门均处于半开放状态，不同位置角度对应的开口大小不同。阀杆上部与舵机的动力输出连接，舵机外部通过舵机盖固定舵机位置。
7.上述的温控灌溉节流阀门，设计有内径适配多种标准规格管道的连接套筒。连接套筒采用剖分式结构，安装方便。连接套筒内壁凹槽用于安装橡胶圈。必要时可添加或更换不同规格的连接套筒，或更换凹槽中橡胶圈尺寸，以适配不同管径的管道。
8.上述的温控灌溉节流阀门，温度传感器ds18b20直接连接在51单片机上，舵机与51单片机间分别完成电源线、地线、信号控制线的连接，lcd1602显示屏接在对应51单片机模块上，51单片机与电源通过电源口连接。
9.上述的温控灌溉节流阀门，当外界温度发生变化时，温度传感器ds18b20读取环境温度并写入51单片机芯片中，将其显示在lcd1602显示屏上。通过matlab软件拟合出了一组环境温度(t)与植物需水量(et)的函数关系，因此温度t被转换为了需水量et。将et转换为舵机的pwm信号占空比，控制舵机从而控制阀杆转动的位置。
10.本实用新型的有益效果是，本室内外温控灌溉节流阀门的阀杆与阀体通过滚动轴承进行配合，减小了所需的驱动力，转动阀杆能够更好的调节流量。阀杆的浸水部分远离阀体上腔，且采用橡胶圈及聚四氟乙烯密封圈，大大增强了阀门的密封性。不同规格连接套筒的配置也提高了阀门的互换性。利用温度的变化对阀门开口大小进行控制，实现了在一定条件下的自动灌溉。
附图说明
11.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
12.图1为温控灌溉节流阀门主要结构示意图；
13.图2为温控灌溉节流阀门连接套筒示意图；
14.图3为温控灌溉节流阀门控制电路接线原理图；
15.图1中1.阀体，2.橡胶圈，3.滚动轴承，4.阀门上盖，5.压盖，6.舵机盖，7.舵机，8.螺钉，9.聚四氟乙烯环，10.阀杆。
16.图2中11.连接筒左，12.凹槽左，13.内螺纹，14.外螺纹，15.垫片，16.螺栓，17.螺母，18.凹槽右，19.连接筒右。
17.图3中20.电源口，21.开关，22.信号线，23.stc89c52芯片，24.lcd1602显示屏，25.矩阵键盘，7.舵机，26.温度传感器ds18b20，27.电源线，28.地线。
具体实施方式
18.【实施例1】
19.如图1所示，温控灌溉节流阀门的主要结构包括阀体1与阀杆10，两者通过滚动轴承3进行配合，滚动轴承3两侧各贴一层聚四氟乙烯环9，下侧装以橡胶圈2定位，上侧安装压盖5定位，最外侧安装阀门上盖4，辅以螺钉8完成内部装配。阀杆10上部与舵机7的动力输出连接，舵机7外部通过舵机盖6固定舵机位置。阀杆10下部圆柱体侧面开有通孔，此部分浸入水中且远离阀体上腔。舵机7接收到对应的温度信号后，将此温度信号转换为相对应的位置信号。舵机7输出端螺旋桨与阀杆10连接。阀杆10不同位置对应下端通孔位置不同，整个阀门开口大小不同。外界温度发生变化时，阀杆10的转动位置改变，整个阀门开口大小改变，实现温度自动控制。阀体1与阀杆10的滚动轴承配合使得阀杆10转动所需动力小，提高稳定性，易于控制。阀杆10浸水部分远离阀体上腔，同时橡胶圈2和具有良好防水特性的聚四氟乙烯制成的防水垫片聚四氟乙烯环保证了阀门的密封性。
20.【实施例2】
21.如图2所示，温控灌溉节流阀门的连接套筒部分主要由两个连接筒11和19通过内螺纹13和外螺纹14配合，连接筒右19固定与阀门通过内外螺纹配合。连接筒11和19采用剖分式结构，通过螺栓16和螺母17装配至一起，垫片15保证其装配的密封性。凹槽左12和凹槽右18中装有不同规格的橡胶圈，保证管道稳定安装、对管径起到微调作用的同时进一步提
升其密封性。图2中因此该连接套筒可适配直径的水管。当需要适配不同管径的水管时，可以通过更换连接筒改变进行大调；也可以改变凹槽12中的橡胶圈规格，进行小调。
22.【实施例3】
23.如图3所示，温控灌溉节流阀门的控制电路主要由stc89c52芯片23、温度传感器26、lcd1602显示屏24、矩阵键盘25、舵机7、开关21及电源口20组成。其中舵机7的信号线22与芯片4的p20管脚相连接，电源线27与单片机5v管脚相连接，地线28与单片机管脚gnd相连接。当外界温度发生变化时，温度传感器26读取环境温度并写入51单片机芯片23中，将其显示在lcd1602显示屏24上。使用pwm(pulse width modulation)——脉冲宽度调制的方法控制舵机。通过matlab软件拟合出了一组环境温度(t)与植物需水量(et)的函数关系，读取到的温度t通过函数转换为了需水量et。通过单片机编程知识，将et转换为舵机的pwm信号占空比。舵机数字信号周期为20ms，其中高电平时间范围0.5ms～2.5ms，计算的占空比大小范围0.025～0.125，对应的舵机转角为0
°
～180
°
。每个温度运算后都有一个对应的占空比值，舵机根据此信号对应转动一定角度，实现外界温度的控制。