CN102282955A - 基于pwm的文丘里变量施肥装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PWM的文丘里变量施肥装置及控制方法，该装置包括主水管与设在其上的文丘里施肥器，还包括能检测文丘里施肥器进口水压的压力变送器、电磁阀与控制器，所述压力变送器与电磁阀均设在主水管上；所述控制器包括信号调理电路、电磁阀驱动电路、单片机及为其供电的电源电路；所述信号调理电路的信号输入端连接压力变送器，信号输出端与单片机的信号输入端连接；所述单片机的信号输出端与电磁阀驱动电路的信号输入端连接，所述电磁阀驱动电路的信号输出端连接电磁。采用上述装置，该控制器即能通过PWM技术对电磁阀进行控制。该装置结构简单、成本低廉；且该装置主要运用电池供电给各部件，方便灵活；进一步地，该装置及控制方法能通过无线方式辨识外界所需施肥状态，且该装置及控制方法能自动定量调节施肥浓度，而不受进水口水流的影响，故值得推广。

Description

基于PWM的文丘里变量施肥装置及控制方法

技术领域

本发明专利涉及农业节水灌溉施肥领域，特别涉及一种基于PWM的文丘里变量施肥装置及控制方法。

背景技术

随着农业现代化的发展，微灌系统在发展设施农业、节水农业和生态农业等方面的重要性日益突出。微灌与施肥系统一体化是作物高产、高效和优质的重要技术手段。

目前，国内外常用的微灌系统施肥方式有电动注肥泵、水力驱动比例式施肥泵、压差式施肥罐和文丘里施肥器等。

电动注肥泵具有输入肥液浓度均匀的优点，但其需要泵和驱动装置，故其投资成本高且还增加了设备投资及管理工作量等，性价比不高。

水力驱动比例式施肥泵利用进入泵的水体形成压差水头驱动活塞或隔膜将肥液注入灌溉管道。运行过程中，其施肥比例仅与管道压力流量相关，故其是比较先进的施肥设备。其虽具有施肥精度高、工作稳定、易于控制等优点，但其成本很高，性价比不高，故难以在农业上推广应用。

压差式施肥罐虽然结构简单、成本低，但存在施肥浓度前大后小的缺点。在施肥过程开始时，其注入灌溉水中的施肥浓度最高，随着灌溉过程的进行，一部分灌溉用水容易进入到该液肥贮罐中而使罐内肥料深度逐渐降低，这样会严重影响施肥的效果。

文丘里施肥器因其结构简单、成本低、使用方便而且不需要附加动力等优点而被广泛应用。其缺点在于，其吸肥量一定程度上是相对固定的，故难以应用到自动控制系统中；且其又深受主管水流量大小的影响，不便定量控制。

综上所述，目前微灌施肥领域的不足之处在于性价比不高难以推广应用或者不便自动定量调节施肥浓度。

发明内容

本发明专利所要解决的技术问题是提供一种基于PWM的文丘里变量施肥装置及控制方法。该施肥装置结构简单、成本低廉；同时，该装置及该方法可实现自动调节施肥浓度，提高施肥效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：  一种基于PWM的文丘里变量施肥装置，包括主水管与设在其上的文丘里施肥器，还包括能检测文丘里施肥器进口水压的压力变送器、电磁阀与控制器，所述压力变送器与电磁阀均设在主水管上；所述控制器包括信号调理电路、电磁阀驱动电路、单片机及为其供电的电源电路；所述信号调理电路的信号输入端连接压力变送器，信号输出端与单片机的信号输入端连接；所述单片机的信号输出端与电磁阀驱动电路的信号输入端连接，所述电磁阀驱动电路的信号输出端与电磁阀连接。

优选地，所述电磁阀包括第一电磁阀和第二电磁阀，所述第一电磁阀设于相应文丘里施肥器的主水管上，第二电磁阀设在主水管的出口端。

优选地，所述第一电磁阀和第二电磁阀均与电源电路连接。

优选地，所述压力变送器与电源电路连接。

优选地，所述控制器包括无线通信模块，所述无线通信模块分别与单片机和电源电路连接。

优选地，所述控制器上包括人机交互单元，人机交互单元分别与单片机和电源电路连接；其包括按键和与之连接的显示器。

一种如上所述基于PWM的文丘里变量施肥装置的控制方法，电磁阀包括第一电磁阀和第二电磁阀，所述第一电磁阀设于相应文丘里施肥器的主水管上，第二电磁阀设在主水管的出口端；其包括以下步骤：

1）所述控制器获取所需的施肥状态，控制器通过单片机分析该施肥状态信号，且该单片机将其转化为相应的施肥数据；

2）单片机根据所获得施肥数据对所述第一电磁阀进行开关控制，确定第一电磁阀的打开或闭合；

3）第一电磁阀闭合，文丘里施肥器两端产生水压差；同时，压力变送器检测文丘里施肥器入口处主水管的水压并通过信号调理电路实时反馈到单片机中，单片机对此信号进行转化并进行运算处理；

4）在该水压差的作用下，文丘里施肥器吸收肥料；同时，单片机获得吸肥量信号；

5）控制器通过单片机将文丘里施肥器入口处主水管的流量与吸肥量信号进行处理从而获得实时施肥浓度数据，再将该实时施肥浓度数据与其所分析的施肥数据相匹配；

6）上述实时施肥浓度数据与其所分析的施肥数据不匹配时，所述控制器通过PWM技术对所述第二电磁阀进行调节控制从而控制水压差与吸肥量，直至获得相匹配的施肥数据；

7）最后，符合设定施肥状态的施肥液从主水管喷出。

优选地，所述控制器通过无线通信模块与外部设备进行无线通信获取所需的施肥状态。

优选地，所述控制器通过人机交互单元设定所需的施肥状态。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：本发明基于PWM的文丘里变量施肥装置及控制方法，该装置结构简单、成本低廉；且该装置主要运用电池供电给各部件，方便灵活；进一步地，该装置及控制方法能通过无线方式辨识外界所需施肥状态，且该装置及控制方法能自动定量调节施肥浓度，而不受进水口水流的影响，故值得推广。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是本发明装置的控制器原理框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。

如图1所述，一种基于PWM的文丘里变量施肥装置，包括主水管1与设在其上的文丘里施肥器2、能检测文丘里施肥器进口水压的压力变送器3、电磁阀5、6、控制器4与液肥罐7。压力变送器3与电磁阀5、6均设在主水管1上。电磁阀包括第一电磁阀5和第二电磁阀6，第一电磁阀5设于相应文丘里施肥器2的主水管1上，第二电磁阀6设在主水管1的出口端。液肥罐7与文丘里施肥器2的吸肥管相连，用于给该施肥器提供肥料。但在本发明中，液肥罐7为公知常识，且对本改进无甚影响，故未对其有详细描述。控制器4分别通过导线连接压力变送器3、第一电磁阀5与第二电磁阀6。

如图2所示，进一步地揭示了该控制器4与各元件的连接关系。该控制器4该包括信号调理电路41、单片机42及为其供电的电源电路44、电磁阀驱动电路43、无线通信模块45与人机交互单元46。信号调理电路41的信号输入端连接压力变送器3，其信号输出端与单片机42的信号输入端连接；单片机42的信号输出端还与电磁阀驱动电路43的信号输入端连接，电磁阀驱动电路43的信号输出端与电磁阀5、6连接。

其中，单片机42是控制器4的核心。该单片机是TI公司的一款低功耗高有的单片机，其内部集成有ADC转换器，可直接将压力变送器3输出的电压信号转换为数字信号并进行运算处理。

另外，电磁阀驱动电路43是由MOS管组成的H桥电路，用于驱动电磁阀5、6的开关动作，而H桥电路是通过单片机42的I/O口进行控制，此也为公知常识，在此不作详细描述。

进一步地，无线通信模块45与单片机42连接，其可用于与外部设备进行无线通信，无线接收施肥参数。人机交互单元46与单片机42连接；该人机交互单元46包括按键和与之连接的显示器。在本实例中，该显示器为LCD显示屏。该显示器有两个作用，其一可以读取施肥时的施肥浓度；另外，该显示器与按键配合使用，即可向单片机42输入所需的施肥浓度，方便操作。

再者，电源电路用于为控制器4各电路单元提供合适的工作电压。其采用12V电池作为供电电源，该12V电池44直接为压力变送器3和电磁阀5、6及其驱动电路供电；同时，该12V电压经3V稳压电路47稳压成3V，再为单片机42、人机交互单元46及无线通信模块45供电。这样，既方便灵活，又节省能源，一举两得。

本装置的控制方法，所述电磁阀包括第一电磁阀5和第二电磁阀6，所述第一电磁阀5设于相应文丘里施肥器2的主水管1上，第二电磁阀6设在主水管1的出口端；其包括以下步骤：

1）所述控制器4获取所需的施肥状态，控制器4通过单片机42分析该施肥状态信号，且该单片机42将其转化为相应的施肥数据；

2）所述单片机42根据所获得施肥数据对所述第一电磁阀5进行开关控制，确定第一电磁阀5的打开或闭合；

3）所述第一电磁阀5打开，文丘里施肥器2两端产生水压差；同时，所述压力变送器3检测文丘里施肥器2入口处的水压并通过信号调理电路41实时反馈到单片机42中，单片机42对此信号进行转化并进行运算处理；

4）在该水压差的作用下，所述文丘里施肥器2吸收肥料；同时，单片机42获得吸肥量信号；

5）所述控制器4通过单片机42将文丘里施肥器2入口处的主水管水流量与吸肥量信号进行处理从而获得实时施肥浓度数据，再将该实时施肥浓度数据与其所分析的施肥数据相匹配；

6）上述实时施肥浓度数据与其所分析的施肥数据不匹配时，所述控制器4通过PWM技术对所述第二电磁阀6进行调节控制从而控制水压差与吸肥量；直至获得相匹配的施肥数据；

7）最后，符合设定的施肥状态的施肥液从主水管1喷出。

具体地，所述步骤1）中的控制器4通过无线通信模块45与外部设备进行无线通信获取所需的施肥状态。

另一种操作方式，所述步骤1）中的控制器4通过人机交互单元46设定所需的施肥状态。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于PWM的文丘里变量施肥装置，包括主水管（1）与设在其上的文丘里施肥器（2），其特征在于：还包括能检测文丘里施肥器进口水压的压力变送器（3）、电磁阀与控制器（4），所述压力变送器（3）与电磁阀均设在主水管（1）上；所述控制器（4）包括信号调理电路（41）、电磁阀驱动电路（43）、单片机（42）及为其供电的电源电路（47）；所述信号调理电路（41）的信号输入端连接压力变送器（3），其信号输出端与单片机（42）的信号输入端连接；所述单片机（42）的信号输出端与电磁阀驱动电路（43）的信号输入端连接，所述电磁阀驱动电路（43）的信号输出端与电磁阀连接。

2.根据权利要求1所述的基于PWM的文丘里变量施肥装置，其特征在于：

所述电磁阀包括第一电磁阀（5）和第二电磁阀（6），所述第一电磁阀（5）设于相应文丘里施肥器（2）的主水管（1）上，第二电磁阀（5）设在主水管（1）的出口端。

3.根据权利要求2所述的基于PWM的文丘里变量施肥装置，其特征在于：所述第一电磁阀（5）和第二电磁阀（6）均与电源电路（44）连接。

4.根据权利要求1所述的基于PWM的文丘里变量施肥装置，其特征在于：所述压力变送器（3）与电源电路（44）连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于PWM的文丘里变量施肥装置，其特征在于：所述控制器（4）还包括无线通信模块（45），所述无线通信模块（45）分别与单片机（42）和电源电路（47）连接。

6.根据权利要求1-4任一项所述的基于PWM的文丘里变量施肥装置，其特征在于：所述控制器（4）上还包括人机交互单元（46），人机交互单元（46）分别与单片机（42）和电源电路（47）连接；该人机交互单元包括按键和与之连接的显示器。

7.一种如权1所述的基于PWM的文丘里变量施肥装置的控制方法，其特征在于：所述电磁阀包括第一电磁阀（5）和第二电磁阀（6），所述第一电磁阀（5）设于相应文丘里施肥器（2）的主水管（1）上，第二电磁阀（6）设在主水管（1）的出口端；其包括以下步骤：

1）所述控制器（4）获取所需的施肥状态，控制器（4）通过单片机（42）分析该施肥状态信号，且该单片机（42）将其转化为相应的施肥数据；

2）所述电磁阀包括单片机（42）根据所获得施肥数据对所述第一电磁阀（5）进行开关控制，确定第一电磁阀（5）的打开或闭合；

3）所述第一电磁阀（5）闭合，文丘里施肥器（2）两端产生水压差；同时，所述压力变送器（3）检测文丘里施肥器（2）入口处的水压并通过信号调理电路（41）实时反馈到单片机（42）中，单片机（42）对此信号进行转化并进行运算处理；

4）在该水压差的作用下，所述文丘里施肥器（2）吸收肥料；同时，单片机（42）获得吸肥量信号；

5）所述控制器（4）通过单片机（42）将文丘里施肥器（2）入口处的主水管水流量与吸肥量信号进行处理从而获得实时施肥浓度数据，再将该实时施肥浓度数据与其所分析的施肥数据相匹配；

6）上述实时施肥浓度数据与其所分析的施肥数据不匹配时，所述控制器（4）通过PWM技术对所述第二电磁阀（6）进行调节控制从而控制水压差与吸肥量，直至获得相匹配的施肥数据；

7）最后，符合设定的施肥状态的施肥液从主水管（1）喷出。

8.根据权利要求7所述的基于PWM的文丘里变量施肥装置的控制方法，其特征在于：所述步骤1）中的控制器（4）通过无线通信模块（45）与外部设备进行无线通信获取所需的施肥状态。

9.根据权利要求7所述的基于PWM的文丘里变量施肥装置的控制方法，其特征在于：所述步骤1）中的控制器（4）通过人机交互单元（46）设定所需的施肥状态。

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