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灌溉系統
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摘要
申請專利號:

CN201180061474.1

申請日:

20111028

公開號:

CN103327808B

公開日:

20150506

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A01G25/16,H01Q1/00 主分類號: A01G25/16,H01Q1/00
申請人: PANDEB控股有限公司
發明人: 伊恩·托馬斯
地址: 澳大利亞新威爾士
優先權: 2010904955,61/429,516
專利代理機構: 北京高文律師事務所 代理人: 徐江華
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201180061474.1

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明大體上涉及一種灌溉系統(10),包括:表面波發射器(12),其主要位于地下并由電子控制系統(14)控制;和表面波接收器(16),其位于地下并可操作地耦合到灌溉噴灌器(18A)上。在操作時,表面波發射器(12)由電子控制系統(14)激活,以在預定條件下傳輸表面波信號(20)。表面波信號(20)以相對較低的操作頻率傳輸并由表面波接收器(16)接收以激活灌溉噴灌器(18A)。

權利要求書

1.一種灌溉系統,包括:表面波發射器,其包括驅動單極,該驅動單極位于地表之下且其驅動端位于地表處或地表附近,所述表面波發射器適于主要位于地下并由電子控制系統控制以在預定條件下以3與30MHz之間相對較低的操作頻率傳輸表面波信號;表面波接收器,其適于位于地下并可操作地耦合到灌溉噴灌器以響應低頻表面波信號的地下分量來激活該噴灌器。2.根據權利要求1所述的灌溉系統,其中,表面波發射器適于主要正好位于地表之下,以有效地發射表面波信號的地下分量。3.根據權利要求1所述的灌溉系統,其中,電子控制系統包括表面波發射器控制器,該表面波發射器控制器可操作地耦合到表面波發射器以發出表面波信號的地下分量,從而激活多個灌溉噴灌器中的至少一個噴灌器。4.根據權利要求3所述的灌溉系統,其中,表面波信號包括識別碼,該識別器對應于多個噴灌器中的響應表面波信號的地下分量而激活的所述一個噴灌器。5.根據權利要求3或4所述的灌溉系統,其中,表面波發射器控制器適于耦合到中央控制器或衛星控制器,該中央控制器或衛星控制器在預定條件下向表面波發射器控制器發出電子控制信號,以指示表面波發射器向多個噴灌器發出表面波信號。6.根據權利要求1所述的灌溉系統,其中,表面波發射器包括以曲折線構型串聯連接的一個或多個導體。7.根據權利要求6所述的灌溉系統,其中,表面波發射器還包括一對對置的柵網元件,每個柵網元件提供連接在所述一對對置的柵網元件之間的用于導體的一系列連接裝置。8.根據權利要求7所述的灌溉系統,其中,導體布置成內外陣列,所述內外陣列通過所述一對對置的柵網元件縱向間隔開并通過電磁屏徑向或側向分離。9.根據權利要求1所述的灌溉系統,其中,表面波接收器安裝到灌溉噴灌器上。10.根據權利要求9所述的灌溉系統,其中,表面波接收器包括呈鐵氧體磁棒形式的棒狀天線元件,其檢測表面波信號的地下分量的磁場。11.根據權利要求9所述的灌溉系統,其中,表面波接收器是蛇形線構型的導體,以實現接收和傳輸能力。12.一種表面波發射器,包括:以曲折線構型串聯連接的一個或多個導體;一對對置的柵網元件,每個柵網元件提供連接在所述一對對置的柵網元件之間的用于互連導體的多個連接裝置,以形成導體的內外陣列;位于內外陣列之間的電磁屏。13.根據權利要求12所述的表面波發射器,其中,導體的內外陣列彼此同心地布置。14.根據權利要求13所述的表面波發射器,其中,同心的內外陣列由圓柱形的電磁屏分離。15.根據權利要求14所述的表面波發射器,其中,圓柱形的電磁屏與導體的同心的內外陣列同心地布置。16.根據權利要求12所述的表面波發射器,其中,所述一對對置的柵網元件中的每一個柵網元件包括印刷電路板,其具有用于串聯地互連導體的內外陣列的多個連接裝置。17.根據權利要求12所述的表面波發射器,其中,表面波發射器還包括地面導電板,其在柵網元件之一處或與該柵網元件之一相鄰地電連接到電磁屏。18.根據權利要求17所述的表面波發射器,其中,表面波發射器進一步包括電容性負載板,其在對置的柵網元件處或與該對置的柵網元件相鄰地電連接到導體中的另一個。19.根據權利要求18所述的表面波發射器,其中,連接到第一驅動元件和電容性負載板的相應的導體都位于導體的外陣列中。20.根據權利要求12至19中任一項所述的表面波發射器,其中,表面波發射器配置為發射表面波信號的地下分量。21.根據權利要求1所述的灌溉系統,其中,相對較低的操作頻率為13.56MHz。

說明書

技術領域

本發明大體上涉及一種例如用于網狀灌溉高爾夫球場的灌溉系統。本發明還涉及一種表面波發射器,更具體而言涉及用于經由表面波信號遠程控制灌溉系統的表面波發射器。

背景技術

目前存在兩種灌溉控制系統,兩者都取決于硬接線并因而經受由閃電事件引起的電涌效應。這兩種系統可被這些事件損壞并在這些事件之后進行維護和修理。

(a)控制器/衛星系統

這些系統將主控制器并入居中地位于球場或在整個球場上定位的主控制器,這已知為衛星系統。噴灌器或螺線管致動的控制閥經由通過可長達200km的銅線傳輸的24V的信號操縱。從中央計算機到遠程衛星的連通也可通過硬線實現。

(b)譯碼器型系統

這些系統從在整個球場上延伸的單個電纜(或稱作腿的多個電纜)延伸。其可為2根或3根線,這些線用于供電和連通。這些系統如果在一個區域損壞,則可關閉整個系統直到修理。

發明內容

根據本發明的一個方面,提供一種灌溉系統,包括:

表面波發射器,其包括驅動單極,該驅動單極位于地表之下且其驅動端位于地表處或地表附近,所述表面波發射器適于主要位于地下并由電子控制系統控制,以在預定條件下以相對較低的操作頻率傳輸表面波信號;

表面波接收器,適于位于地下并可操作地耦合到灌溉噴灌器以響應低頻表面波信號的地下分量來激活噴灌器。

優選地,表面波發射器適于主要正好位于地表之下,以有效地發射表面波的地面分量。

優選地,電子控制系統包括表面波發射器控制器,其可操作地耦合到表面波發射器以傳輸表面波信號的地下分量,從而激活多個灌溉噴灌器中的至少一個灌溉噴灌器。更優選地,表面波信號包括識別碼,其響應多個噴灌器的相應表面波信號的地下分量而激活的一個噴灌器。甚至更優選地,表面波發射器控制器適于耦合到中央控制器或衛星控制器,該中央控制器或衛星控制器在預定條件下向表面波發射器控制器傳輸電子控制信號以指示表面波發射器向多個噴灌器傳輸表面波信號。

優選地,表面波發射器包括以曲折線構型串聯連接的多個導體。更優選地,表面波發射器還包括一對對置的柵網元件,每個柵網元件提供連接在所述一對對置的柵網元件之間的用于多個導體的一系列連接裝置。甚至更優選地,多個導體布置成內外陣列,所述內外陣列通過所述一對對置的柵網元件縱向間隔開并通過電磁屏徑向或側向分離。

優選地,表面波接收器安裝到灌溉噴灌器上。更優選地,表面波接收器包括棒狀天線元件,例如鐵氧體磁棒,其檢測表面波信號的地下分量的磁場。可替代地,表面波接收器是蛇形線構型的導體,以實現接收和傳輸能力。在該可替代的結構中,表面波接收器設計為與表面波發射器無線連通。

根據本發明的另一方面,提供一種表面波發射器,包括:

以曲折線構型串聯連接的多個導體;

一對對置的柵網元件,每個柵網元件提供連接在所述一對對置的柵網元件之間的用于互連導體的多個連接裝置,以形成導體的內外陣列;

位于內外陣列之間的電磁屏。

優選地,多個導體的內外陣列彼此同心地布置。更優選地,同心的內外陣列由圓柱形的電磁屏分離。甚至更優選地,圓柱形的電磁屏與多個導體的同心的內外陣列同心地布置。

優選地,所述一對對置的柵網元件中的每一個柵網元件包括印刷電路板,其具有用于串聯地互連導體的內外陣列的多個連接裝置。

優選地,表面波發射器還包括地面導電板,其在柵網元件之一處或與該柵網元件之一相鄰地電連接到電磁屏。更優選地,表面波發射器進一步包括電容性負載板,其在對置的柵網元件處或與該對置的柵網元件相鄰地電連接到導體中的另一個。甚至更優選地,連接到第一驅動元件和電容性負載板的相應的導體都位于導體的外陣列中。

優選地,表面波發射器配置為發射表面波信號的地下分量。

優選地,表面波發射器的相對較低的操作頻率為3與30MHz之間,且更具體而言為13.56MHz。3至30MHz的操作頻率為HF或電磁波譜的高頻部分。

優選地,表面波接收器直接耦合到噴灌器或經由電磁鐵操縱的閥耦合到一個或多個噴灌器上。

可以理解,表面波信號時電磁信號。

附圖說明

為了更好地理解本發明的本質,現在將參照附圖僅示例性地描述灌溉系統和表面波發射器的優選實施例,其中:

圖1是根據本發明的灌溉系統的一個實施例的示意圖;

圖2是圖1的灌溉系統的一部分的示意圖,更具體而言是衛星控制器與其相應的表面波發射器和灌溉噴灌器一起的示意圖;

圖3是例如源自圖1和2的灌溉系統的表面波發射器的一部分的透視圖;

圖4是圖3的表面波的局部分解和局部剖視圖;

圖5是例如配合到圖1和2的灌溉系統的衛星控制器的表面波發射器控制器?的示意性電路圖;并且

圖6是例如配合到圖1和2的灌溉系統的灌溉噴灌器的表面波接收器控制器的示意性電路圖。

具體實施方式

最佳在圖1和2中示出整體由10表示的灌溉系統,其包括主要位于地下并由電子控制系統14控制的表面波發射器12和位于地下并可操作地耦合到灌溉噴灌器例如18A的表面波接收器16上。在操作時,表面波發射器12由電子控制系統14激活以在預定條件下傳輸表面波信號20,其分別由圖1或2的虛線或波陣面示意性示出。表面波信號20以相對較低的操作頻率傳輸并由表面波接收器16接收以激活灌溉噴灌器例如18A。

在優選形式中,本發明使用表面波來在表面波發射器12與表面波接收器16之間連通。這是傳播的電磁波,其中用于在這些裝置之間連通的能量并不輻射到自由空間,而是發射到地/空邊界或地球表面,在此處其保持受約束和耦合并被認為以略低于光速的速度傳播。表面波發射器例如12包括驅動單極(未示出),其至少部分地埋入以將表面波20有效地耦合到地/空界面上。在該實施例中,除了在表面上的單極接地層,表面波發射器12完全不可見。

如果位于地下的表面波接收器例如16A接收表面波信號20的地下分量以激活其對應的灌溉噴灌器例如18A,則表面波信號例如20可以在操作頻率的范圍傳輸。表面波發射器例如12A將有效地在3與30MHz之間的相對較低的頻率、更具體而言在13.56MHz的ISM頻率操作。該相對較低的頻率確保生成適當的表面,但避免需要例如通過管理部門ACMA和FCC注冊審批的典型的商用頻率。表面波沿著地/空邊界傳播,并且由于僅存在信號的小空中分量,因此可以理解不需要遵守ACMA、FCC或其他管理機構要求。表面波發射器和接收器例如12和16應調諧到具有ISM頻率的約5%或約600kHz的帶寬的預期操作頻率。3至30MHz的操作頻率在HF或電磁波譜的高頻部分中。在該發射器12和接收器16被埋入的實施例中,利用的是表面波的地下分量。

如圖1所示,在該實施例中,電子控制系統包括與主控制器22無線連通的一個或多個衛星控制器例如21A至21n。在18孔高爾夫球場的典型設施中,存在用于各個孔的18個衛星21A至21R。每個衛星控制器例如21A典型地包括八個輸出卡(未示出),每個輸出卡具有八個輸出端口(未示出),在用于每個衛星例如21A的大體由26A表示的數據總線上共同提供總共64個輸入/輸出(或站)。應該理解,衛星控制器可根據供應商&特定設施包括更多或更少的站。64個輸入/輸出(或站)在該實施例中連接到共用的表面波發射器控制器例如24A。表面波發射器控制器24A在該示例中經由互連電纜25(見圖2)連接到對應的表面波發射器12A。在可替代的構型中,該系統不具有衛星控制器,并且表面波發射器直接由中央控制器或計算機控制。

灌溉系統10配置為使得表面波發射器控制器24在預定條件下指示表面波發射器例如12A發出表面波信號例如20以激活多個灌溉噴灌器中的至少一個灌溉噴灌器例如18A和18B。表面波信號例如20包括識別碼,其對應于多個噴灌器中的至少一個噴灌器例如18A。該灌溉噴灌器18A和任何其他具有該識別碼的噴灌器因此響應表面波信號例如20而激活。在一個實施例中,表面波信號20被傳輸以激活相關噴灌器例如18A時所處的預定條件包括一天中的實施灌溉的具體時間。

圖3和4是根據本發明的另一方面的表面波發射器例如12的透視圖(其防水罐被移除)。表面波發射器12包括通過一對對置的柵網元件32a和32b互連的多個導體30a至30h和31a至31h。導體30a至30h和31a至31h在該實施例中布置成由電磁屏34分離的相應的內外陣列(見圖4)。在該實施例中,導體例如30a具有相同的長度并且在相對端部經由多個連接裝置例如36a聯接到相應的所述一對柵網元件32a和32b。連接裝置例如36a設計為將位于外陣列中的導體之一例如30a聯接到位于內陣列中的另一導體例如31a。相繼地,導體30a的相對端部通過在相對的柵網元件或板32a上的電連接裝置聯接到下一個導體31a的適當端部上。導體例如30a分別呈導電棒的形式。導體30a至30h和31a至31h的內外陣列因此以曲折線構型串聯連接。

導體30a至30h和31a至31h的內外陣列在該實施例中彼此同心地布置。電磁屏34成形為圓柱形并也與導體30a至30h和31a至31h的同心的內外陣列同心地布置。在該示例中,一對柵網元件方便地成形為圓形并呈印刷電路板的形式,其具有多個用于串聯地互連導體例如30a和31a的多個連接裝置例如36a。進一步,柵網元件或板32a/b提供用于所有導體和電磁屏34的機械支持。

表面波發射器12安裝在分別與一對柵網元件32a和32b相鄰地安裝的電容性負載板38與發射器基板或接地板40之間。分隔器元件例如42a和44b將電容性負載板38和接地板40與其相應的柵網板32a和32b分離。發射器輸入同軸連接器46連接到接地板40。因此,連接到輸入連接器46的外導體30a電連接到接地板40。內部驅動導體可直接連接到外陣列的第一導體30a或者在連接到導體30a之前經過匹配的部件。電容性負載板呈導電盤38的形式,其安裝在與其余組件電絕緣的分隔器例如42a上。位于外陣列中的最后的導體30h經由分隔器元件之一連接到電容性負載板38。電磁屏34屏蔽位于內陣列中的所有導體例如31a免受位于外陣列中的其他導體例如30a的輻射。位于外陣列中的最后的或第八個導體30h經由分隔器元件之一例如42b連接到電容性負載板。

該實施例的表面波接收器16利用由適當的磁性材料或鐵磁體構成的磁棒天線,其以表面波信號的磁分量進行操作。可以理解,這種類型的接收裝置作為接收器良好地操作,但在交互傳輸模式中表現很差。可替代地,表面波接收器16可具有蛇形線或曲折線式的構型,其以中間的電磁屏使自身具有接收和傳輸能力。這意味著,表面波接收器不僅用于接收表面波信號以觸發對應的灌溉噴灌器,而且用于與表面波發射器或其他遠程裝置無線連通,以例如確認噴灌器的激活或遠程診斷。該無線連通也可允許傳感器讀數例如土壤溫度和土壤濕度含量的數據傳輸。

圖5是例如連接到或配合到圖1和2的灌溉系統10的衛星控制器例如21A的表面波發射器控制器24的示意性電路圖。圖5的上半部更具體地示出表面波發射器控制器24的電子器件,而下半部僅描繪出對應的衛星控制器例如21A的輸出卡/端口。

表面波發射器控制器24在該示例中由本地24V的AC電源50供電。衛星數據總線26與總處理器52連通,該總處理器以用于各種噴灌器的適當代碼(包括識別碼)編程,其經由以太網接口53進行控制。主處理器52被查找表加載,該查找表將來自衛星控制器的“眾多中的一個”輸出轉變成與衛星控制希望激活或關閉的噴灌器例如18A和18B對應的識別碼。表面波發射器控制器24還包括RF調制器54、RF功率放大器56和發射器匹配單元58,其共同向表面波發射器12發出適當的加密信號。這在如下情況下發生,即:主控制器52檢測到在與發出信號以將噴灌器例如18A打開或關閉的衛星控制器例如21A對應的數據總線26上任何可尋址的輸入/輸出(或站)的狀態變化。在啟動任何動作之前,表面波控制器檢查在碰撞避免接收器57上的模擬輸入線59以確保沒有其他表面波發射器正在操作。這實際上形成CSMA系統。

主控制器52因而切換頻移鍵控(FSK)調制控制線61,以產生用于所需的噴灌器例如18A的加密代碼,包括用于將其打開或關閉的命令。連接到控制線61的RF調制器54產生穩定的FSK信號63。該FSK加密信號63由RF功率放大器56放大,以產生足夠強的信號從而可靠地到達所有噴灌器例如18A。發射器匹配單元58將功率放大器56連接到表面波發射器12。

圖6是例如配合到圖1和2的灌溉系統10的灌溉噴灌器例如18A或18B之一的表面波接收器控制器60的示意性電路圖。大體而言,表面波接收器控制器60設計為經由表面波接收器16接收表面波信號20,以在預定條件下或在需要實施灌溉的特定時間激活特定的灌溉噴灌器例如18A或更具體而言其螺線管致動器閥62。螺線管致動器閥可與多個例如3或4個噴灌器關聯。

表面波接收器控制器60在該示例中包括RF前端放大器64、混頻器IF和數據接收器66、嵌入式處理器68和雙向開關70。在空置狀態下,不存在表面波信號,只有RF放大器64和混頻器IF66經由電池電源供電并操作。在該示例中,該可再充電單電池由在噴灌器或螺線管閥頂部的太陽能電池連續充電。容量使得需要一天中幾小時的陽光來充滿電池。混頻器66的一個輸出是模擬接收信號強度指示器(RSSI)線67。當進入的表面波信號20由表面波接收器16檢測到?時,其由RF放大器64放大并由混頻器IF66轉變成基帶信號。RSSI線67因而升高到由進入的信號20的強度設定的水平。如果RSSI線67的電壓充分升高,則進入的信號將激活比較器69并為嵌入式處理器68提供電力。該嵌入式處理器68因而檢查來自混頻器IF66的加密數據71,以判斷是否需要采取行動。如果進入的檢測到的代碼是正確的或匹配接收器16的識別碼,則嵌入式處理器68激活充電泵73,該充電泵從電池65抽取能量并將其蓄入電容器組75中。嵌入式處理器68監視電容器組75上的電壓,并且當其達到充分高的值時操作雙向開關70以釋放阻塞的螺線管線圈62中的能量從而將其關閉或打開。

在激活該優選實施例的灌溉系統10的一個或多個灌溉噴灌器例如18A和18B(或螺線管致動的控制閥)時涉及的大體步驟如下:

1、表面波發射器控制器例如24A在特定灌溉時間接收來自其主衛星控制器例如21A的電子信號;

2、表面波發射器控制器24A有效地將該電子信號轉變為表面波信號20,該表面波信號經由對應的表面波發射器例如12A傳輸;

3、表面波信號20包括用于需要激活的一個灌溉噴灌器例如18A(或用于多于1個噴灌器的控制閥)的識別碼,并且用于所提及的噴灌器例如18A的表面波接收器例如16A接收并識別指令以進行激活;

4、所提及的噴灌器例如18A向其電容器充分充電以激活對應的螺線管例如62從而打開灌溉噴灌器例如18A;

5、在充分的灌溉周期之后的預定時間,表面波發射器控制器24經由表面波信號20發出命令以向螺線管62釋放脈沖并關閉對應的灌溉噴灌器例如18A(或控制閥)。

現在已詳細描述了本發明的優選實施例的一些細節,對于本領域技術人員明顯的是,灌溉系統和關聯的表面波發射器至少具有如下優點:

1、利用表面波信號控制灌溉噴灌器的灌溉系統避免在衛星控制器與各個灌溉噴灌器之間的硬接線的需求;

2、無線安裝意味著更低的安裝和維護成本;

3、無線安裝不易于受損壞硬接線系統的雷電襲擊且不需要更換;

4、灌溉系統自身能夠改裝現有的系統例如衛星系統;

5、表面波信號以及優選的表面波的地下分量沿著空/地界面的傳輸被理解為避免遵守適用于空中傳播的電磁傳輸的管理機構要求的需要;

6、與損失與距離的平方成反比的空中傳播的電磁傳輸不同,所述實施例的表面限制波被理解為具有與距離成反比的能量損失,從而需要相對較低的優選傳輸的能量。

本領域技術人員將理解,在此描述的發明易于對具體所述的方案進行修改和變換。例如,特定系統構型可從所描述的更適用于高爾夫球場的那樣進行改變。例如,灌溉系統可具有用于任意數量的灌溉噴灌器的普通家用的或灌溉設施。表面波接收器不需要構造為所描述的那樣,而是可以具有任意普通結構,其允許表面波信號有效地激活灌溉噴灌器及其關聯的表面波接收器。本質由前面的描述確定的所有這些修改和變換應被視為在本發明的范圍內。

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