河海大学水工创新杯竞赛作品节水型智能洒水装置--一种呈

1、第三届河海大学“水工创新杯”竞赛作品节水型智能洒水装置-一种呈规则喷洒图形的洒水装置田汶灵 1（ 06014202），黄晖霞 1（ 06014201），汤棵 2（06041119）, 詹昕 3 （06052316） 水文水资源学院地信系1 土木工程学院2 电气院电气工程及其自动化3关键字： 节水高效智能自动规则图形喷洒1. 概述走在河海大学江宁校区的你一定遇到过这样的情况：当校区草坪的洒水装置开始喷水时，由于喷头洒水轨迹呈圆形，导致靠近草坪边缘的喷头在浇水过程中将水洒出草地，沾湿了路面，大家避之不及纷纷绕道而行。实际上，目前我们生活中所使用的草地灌溉系统大多如此， 其喷头的洒水轨迹通常是螺线型

2、的，而草地一般为矩形块状，这使得在洒水过程难以避免洒出草地区域的尴尬，给行人带来了不便；尤其是对紧邻交通要道的草坪区域，这些洒出草地的水还容易导致路面湿滑，甚至带来不必要的交通隐患。而另一方面，这种喷洒轨迹与草地形状不一致的矛盾，也使得浇水过程产生了难以完全覆盖整片草坪，又或者对某些区域重复浇水的问题，令草地灌溉难以达到高效的目的，洒水效果不甚理想。更为重要的是，这些洒出草坪区域的水造成了许多不必要的水资源浪费。众所周知，水是自然资源的重要组成部分，是所有生物的结构组成和生命活动的主要物质基础。从全球范围讲，水是连接所有生态系统的纽带，自然生态系统既能控制水的流动又能不断促使水的净化和循环。因

3、此水在自然环境中，对于生物和人类的生存来说具有决定性的意义。同时水不仅是世间生灵万物须臾离不开的，就是工农业生产，也一时一刻少不了它，没有一项工业不和水直接或间接发生关系。所以水作为大自然赋予人类的宝贵财富，早就被人们关注。然而中国是个干旱缺水严重的国家。我国水资源总量少于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印度尼西亚，居世界第六位。若按人均水资源占有量这一指标来衡量，则仅占世界平均水平的 1/4，排名在第一百一十名之后。缺水状况在我国普遍存在，而且有不断加剧的趋势。这就决定了我国对水资源的开发利用、节约使用的任务十分艰巨。节约水资源的任务刻不容缓。基于以上原因，我们在传统喷水装置的基础上设计了“节水

4、型智能洒水装置” 。其特点是依靠单片机的控制， 智能化地完成喷水轨迹的规则化， 保证洒出来的水的轨迹与花圃形状一致，自动完成整个洒水的功能，从而达到充分高效利用水资源的目的，起到节水环保的效果。在本次实验模型制作中，我们的装置以对 2*2m 正方形花圃草地的喷洒装置设计为例，在单片机的控制下，根据草地的形状，智能化控制洒出水域的轨迹，使之接近正方形，从而实现节约水资源，自动高效地完成整个喷洒过程的目的。首先，自动灌溉更节水， 因为有了自动灌溉， 人们无需担心因过量灌溉而引起的漫流损失，也不会因忘记关水龙头而造成水的浪费。 其次，自动灌溉系统比一般系统更节省时间。有了灌溉系统，无需花费宝贵的闲暇

5、时间去为花园浇水， 它就能帮助人们完成所有的浇水工作，即使出门在外。自动灌溉的质量会更好。因为经专业设计的自动灌溉系统避免了人工灌溉的随意性。但是任何一个典型的自动灌溉系统都是由控制器、电磁阀和喷头组成。其中：控制器的作用是发布灌溉指令，相当于系统的神经中枢，电磁阀的作用是关闭和开启管路水流，喷头的作用是将水最终喷洒到给定区域。1第三届河海大学“水工创新杯”竞赛作品现实生活中的草地灌溉系统的喷头设计不是很合理，它所洒出的水的轨迹为螺线型的，而草地一般为矩形块状，故不能完全覆盖或喷出草地区域，同时也不是很省水，而我们所做的装置可以在一定程度上解决其中的一些问题。我们的装置只是以正方形花圃草地为例

6、，在单片机的控制下自动的根据草地的形状洒水（我们以 2*2m 的花圃为例），是洒出的水的轨迹接近正方形，从而充分高效利用水资源，也同时达到节约水资源的效果。2. 原理：本装置具有如下功能：根据单片机的控制智能洒水；洒出水的轨迹与花圃形状基本一致（如正方形）本装置重点在于喷头的设计和控制。采用旋转喷头，使其匀速转动，可知周期T，然后将喷洒过程离散化，假设喷出的水的轨迹为抛物线，算出喷头（位于中心位置）每转过1。 或。，5 时与边长的距离， 此距离就为喷洒的水平距离d，因为喷头离地面距离h 一定，且 h=1/2gt2所以时间 t 一定，d=vt，所以 d 与 v 近似成正比，即控制 v 从而是 d

7、 变化，水的轨迹可近似为正方形。又因为水流速与流量的关系为 Q=VST ，水管截面积一定，故单位时间的流量和流速成正比，所以 d 与流量近似成正比，即控制 Q 就可以改变 d，Q 可以通过舵机来控制水阀来控制。实现将数据读入单片机，设定时间周期，然后调用数据，按照预先设定的数据工作。水源可以通过收集雨水来实现，通过水泵将水通过管道送入喷头。这些功能不需要人工进行操作， 由单片机智能控制， 一方面有效及时的能进行相关操作，另一方面也大量减少了人力资源的消耗，方便快捷，实用且时效。一部分设定试验数据：1.000211.000621.001431.002441.003851.005561.00757

8、1.009881.012591.0154101.0187111.0223121.0263131.0306141.0353151.0403161.0457171.0515181.0576191.0642201.0711211.0785221.0864232第三届河海大学“水工创新杯”竞赛作品1.0946241.1034251.1126261.1223271.1326281.1434291.1547301.1666311.1792321.1924331.2062341.2208351.2361361.2521371.269381.2868391.3054401.325411.3456421.367

9、3431.3902441.414245器材：旋转单嘴喷头 1 个（喷洒半径 1-2.5m） pvc 水管 90，75 各 1 根，水泵1 个，有机玻璃板1 块，61 单片机 1 快，导线若干，排线，干电池1.5*4 或 6v 蓄电池 1 个3.原理图3第三届河海大学“水工创新杯”竞赛作品4.结语“节水型智能洒水装置”符合此次水工创新杯大赛的竞赛主题-绿色水利，符合竞赛内容。它能自动控制水量喷出，使洒水轨迹与花圃形状一致，即近似正方形，从而充分高效利用水资源，达到了节约水资源的效果，解决了时下人们较为关注的环境问题；另一方面，这种与花圃形状一致的洒水方式，克服了目前洒水喷头在呈圆形喷洒的过程中易浇湿道路，淋到路人的尴尬，符合“以人为本”的时代理念。这个设计方案是小组自行拟定的设计方案，大家充分发挥了的想象力和创造力，运用自己的专业知识， 通过查阅相关资料和向老师请教来解决遇到的各