CN103163871B - 一种电子式pwm间歇喷雾式变量喷施控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子式PWM间歇喷雾式变量喷施控制器。控制器由电源、控制面板、PWM信号发生器、反相器、电磁阀驱动电路、电磁阀、比例溢流阀和比例溢流阀控制电路组成。电磁阀串置在各喷头前端管路中。比例溢流阀一端连喷杆主管路，另一端连药液罐。PWM信号发生器可输出多路频率相同、占空比独立可调的PWM信号，频率和占空比可通过控制面板上的旋钮进行调节。比例溢流阀控制电路根据设定喷雾压力、机组作业速度和当前打开的电磁阀总数对比例溢流阀开度进行调节，维持系统喷雾压力稳定。本控制器使用方便，驾驶员通过控制面板旋钮即可在线调节喷雾压力和各喷头的施药量，可用于喷杆式喷雾机的施药量控制。

Description

一种电子式PWM间歇喷雾式变量喷施控制器

技术领域

本发明属于农业植保机械领域，具体涉及一种变量喷施控制器。

背景技术

变量喷施是指农药设备根据农田内各个小区域中的作物病虫草害的具体情况，向受灾区准备的喷施所需用量的农药，根据每块区域的具体情况进行按需施药。变量喷施控制主要有变压式、农药原液变量注入式和PWM(脉宽调制)式三种实现方式。其中，变压式通过调节喷雾压力来实现喷雾流量的改变；农药原液变量注入式通过向固定流量的载体液（一般是水）中注入不同量的农药原液来实现实际农药施用量的调节；而PWM式则通过控制电磁阀的通断频率和占空比来调节喷头的实际喷雾量。

专利号为201120417294.X公开了一种变量喷雾控制器，主控制器模块采用AT89C52单片机。主控制模块根据计算单位面积的实际施药量与设定的单位面积施药量相比较的结果自动调节位于管道上的电动调解执行模块，从而引起回水管流量的变化，改变实际施药量。专利号为201120227494.9公开了一种液态肥变量施用控制器，采用单片机控制电动阀内部电机，将所需肥料和单位面积施用量事先编程存于计算机中，获取田间当前位置信息和当前机具行进速度，控制撒播施肥量。这两种喷雾控制器虽然能完成变量喷施的功能，但控制器在流量控制精度和流量调节性能方面还存在不足。不能达到喷雾精度预期的效果。

专利号为201010225458.9公开了一种农用多功能变量控制器，该控制器的中央处理器采用ARM7系列的S3C44BOX微处理器，该控制器为变压式变量控制器，主要为了克服在不同农作物耕作环节中频繁更换变量控制器的不足。虽为多功能变量控制器，但每种功能所实现的喷雾效果并没有加大雾滴沉积率和改善雾滴沉积均匀性。

魏新华等发表在《农业机械学报》上的《PWM间歇喷雾式变量喷施控制器设计与测试》中，以DSP56F805数字信号控制器为核心，设计了一种PWM间歇喷雾式变量喷施控制器。该控制器中的PWM信号只能同相输出，沉积分布均匀性比较差，容易出现漏喷的现象。该控制器使用智能化芯片，成本较高，操作复杂，需操作人员具有一定的计算机知识。

发明内容

为了克服上述技术的不足，本发明提供一种电子式PWM间歇式喷雾式变量喷施控制器，实现低成本，结构简单，易操作的隔膜泵供液电子式PWM变量喷施系统喷药量和喷雾效果的精确控制。

为了解决以上技术问题，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种电子式PWM间歇喷雾式变量喷施控制器，其特征在于：包括管路子系统、电源、控制面板、PWM信号发生装置、压力稳定控制子系统；管路子系统由药液罐26、过滤器21、液泵22、比例溢流阀23、高速开关电磁阀A24、高速开关电磁阀B25、喷头A27、喷头B28组成，过滤器21、液泵22、比例溢流阀23位于喷杆主管路上，过滤器21和比例溢流阀23通过液泵22相连，高速开关电磁阀A24、高速开关电磁阀B25串置在喷头A27、喷头B28前端管路中，压力表29连在喷杆主管路上来测量管道压力；PWM信号发生装置由频率信号发生电路2和占空比调节电路A3、占空比调节电路B4、占空比调节电路C5、占空比调节电路D6构成，通过数字电路来设置PWM信号，各路PWM信号频率相同，但占空比独立可调；控制面板上安装有多个旋钮，其中一个旋钮调节PWM信号频率的大小，一个旋钮调节电压输出装置电压信号的大小,其余旋钮调节PWM信号占空比的大小。

所述频率信号发生电路由三角波发生电路、单相整流电路组成；三角波发生电路中，MAX038芯片的引脚1分别通过电位器R2、电容C2与引脚10、引脚7相连，引脚7通过电容C1与-5V电源相连，引脚8通过电阻R1接地，引脚7、引脚6、引脚2、引脚9、引脚1、引脚18、引脚3、引脚15、引脚13、引脚12都接地；引脚4、引脚17接+5V电源；引脚20接-5V电源，三角波由引脚19输出；单相整流电路中，晶闸管Q1阳极与Q2的阴极连接并通过电阻R3与MAX038芯片的引脚19相连，晶闸管Q3的阳极与晶闸管Q4的阴极连接并接地，晶闸管Q1、晶闸管Q3共阴极连接，晶闸管Q2、晶闸管Q4共阳极连接，晶闸管Q1、晶闸管Q3的阴极通过电阻R4与晶闸管Q2、晶闸管Q4阳极连接,通过晶闸管Q1、晶闸管Q3阴极输出信号；通过控制面板上的旋钮改变可调电阻R2调节PWM频率的大小。

所述占空比调节电路由放大电路、555定时器构成的方波发生器组成；放大电路中，运算放大器AR1正极连接晶闸管Q1、晶闸管Q3阴极，运算放大器AR1负极通过电阻R5接地，并通过电阻R6与输出信号相连，运算放大器AR1由+5V和-5V双极性电源供电；555定时器引脚1接地，引脚2、引脚6相连并通过电位器R8与运算放大器的输出相连，引脚3接输出信号，引脚4、引脚8与+5V电源相连，引脚5通过电容C5接地，引脚7通过电阻R7与+5V电源相连，+5V电源通过旁路电容C4接地；通过控制面板上的旋钮改变可调电阻R8大小来调节占空比大小。

所述PWM信号一半直通，一半通过反相器反相，相邻PWM信号分别以正、反相输出控制电磁阀。

压力稳定控制子系统由电压信号输出装置19、车速检测装置、F/V变换器18、多个放大器、两个累加器组成；车速检测装置由霍尔传感器17构成；所有占空比发生器的输出信号经放大器缩小后连接至累加器A14；霍尔传感器检17测到的信号经F/V变换器18变换后通过放大器E6缩小信号；由电压信号输出装置19输出信号、累加器A14输出信号和放大器E13输出信号三者一起通过累加器B15缩小后作用到比例溢流阀23上，对比例溢流阀23进行微调。

与现有技术相比，本发明在保证变量喷施的基础上还具有以下有益效果：采用数字电路设计，结构简单，价格低廉，对操作人员要求低；各路PWM信号具有独自的占空比，可实现多个喷头喷雾流量的独立调节；该装置加了反相器，相邻PWM以正、反相输出，相邻喷头喷药反相互补，抵消液压冲击，总实时流量变化幅度小，有利于压力稳定，沉积分布均匀性比较好；通过压力稳定环节使压力快速稳定，雾滴分布更均匀。

附图说明

图1为电子式PWM间歇喷雾式变量喷施控制系统结构框图。

图2为频率信号发生电路图。

图3为占空比调节电路图。

图中：1.电源，2.频率信号发生电路，3.占空比调节电路A，4.占空比调节电路B，5.占空比调节电路C，6.占空比调节电路D，7.反相器A，8.反相器B，9.放大器A，10.放大器B，11.放大器C，12.放大器D，13.放大器E，14.累加器A，15.累加器B，16.控制面板，17.霍尔传感器，18.F/V变换器，19.电压信号输出装置，20.电磁阀驱动电路，21.过滤器，22.液泵，23.比例溢流阀，24.高速开关电磁阀A，25.高速开关电磁阀B，26.药液灌，27.喷头A，28.喷头B，29.压力表。

具体实施方式

下面结合附图及实施方式进一步说明本实用新型。

如图1所示，这种电子式PWM间歇喷雾式变量喷施控制器由一种电子式PWM间歇喷雾式变量喷施控制器，主要由管路子系统、电源1、控制面板4、PWM信号发生装置、压力稳定控制子系统构成。

管路子系统由药液罐26、过滤器21、液泵22、比例溢流阀23、高速开关电磁阀A24、高速开关电磁阀B25、喷头A27、喷头B28组成，过滤器21、液泵22、比例溢流阀23位于喷杆主管路上，过滤器21和比例溢流阀23通过液泵22相连，高速开关电磁阀A24、高速开关电磁阀B25串置在喷头A27、喷头B28前端管路中，压力表29连在喷杆主管路上测量管道压力；药液罐26中的药液通过过滤器21过滤后送到液泵22，再通过液泵22输送通过高速开关电磁阀A24、高速开关电磁阀B25等调节后经喷头喷出，比例溢流阀23中多余的药液返回药液罐26。

如图2所示，频率信号发生电路由三角波发生电路、单相整流电路组成；三角波发生电路中，MAX038芯片的引脚1分别通过电位器R2、电容C2与引脚10、引脚7相连，引脚7通过电容C1与电源-5V相连，引脚8通过电阻R1接地，引脚7、引脚6、引脚2、引脚9、引脚1、引脚18、引脚3、引脚15、引脚13引脚、引脚12都接地；引脚4、引脚17接电源+5V；引脚20接电源-5V，三角波由引脚19输出；单相整流电路中，晶闸管Q1阳极与Q2的阴极连接并通过电阻R3与MAX038芯片的19引脚相连，Q3的阳极与Q4的阴极连接并接地，Q1、Q3共阴极连接，Q2、Q4共阳极连接，Q1、Q3的阴极通过电阻R4与Q2、Q4阳极连接,通过晶闸管Q1、晶闸管Q3阴极输出信号；通过控制面板上的旋钮改变可调电阻R2调节PWM频率的大小。

如图3所示，占空比调节电路由放大电路、555定时器构成的方波发生器组成；放大电路中，运算放大器AR1正极连接Q1、Q3阴极，运算放大器AR1负极通过R5接地，并通过电阻R6与输出信号相连，运算放大器AR1由+5V、-5V双极性电源供电；555定时器引脚1接地，引脚2、引脚6相连并通过电位器R8与运算放大器的输出相连，引脚3接输出信号，引脚4、引脚8与+5V相连，引脚5通过电容C5接地，引脚7通过电阻R7与+5V相连，+5V通过旁路电容C4接地；通过控制面板上的旋钮改变可调电阻R8大小来调节占空比大小。

如图1所示，压力稳定控制子系统由电压信号输出装置19、车速检测装置、F/V变换器18、多个放大器、两个累加器组成；车速检测装置由霍尔传感器17构成；所有占空比发生器的输出信号经放大器缩小后连接至累加器A14；由霍尔传感器检17测到的信号经F/V变换器18变换后通过放大器E6缩小信号；由电压信号输出装置输出的信号、累加器A14输出的信号和放大器E13输出的信号三者一起通过累加器B15缩小后作用到比例溢流阀24上，对比例溢流阀24进行微调。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种电子式PWM间歇喷雾式变量喷施控制器，其特征在于：包括管路子系统、电源、控制面板、PWM信号发生装置、压力稳定控制子系统；管路子系统由药液灌（27）、过滤器（21）、液泵（22）、喷杆主管路（23）、比例溢流阀（24）、高速开关电磁阀A（25）、高速开关电磁阀B（26）、喷头A（28）、喷头B（29）组成，过滤器（21）、液泵（22）、喷杆主管路（23）、比例溢流阀（24）通过管道依次相连，过滤器（21）和比例溢流阀（24）通过药液灌（27）相连，喷头A（28）、B（29）经高速开关电磁阀A（25）、B(26)与喷杆主管路（23）和比例溢流阀（24）相连；PWM信号发生装置由频率信号发生器和占空比信号发生器构成，通过数字电路来设置PWM信号，各路PWM信号频率相同，但占空比独立可调；控制面板上安装有多个旋钮，其中一个旋钮调节PWM信号频率的大小，一个旋钮钮调节电压输出装置电压信号的大小，其余旋钮调节PWM信号占空比的大小；

所述频率信号发生器采用MAX038构成的正弦波发生电路，电容C1一端接-5V，另一端接引脚7DADJ；电容C2一端接+5V，另一端接地；电容C3一端接引脚1REF，另一端接引脚7DADJ；电容C4一端接引脚5COSC，另一端接地；电位器RIN一端接引脚1REF，另一端接引脚10IIN；电阻R1一端接引脚8FADJ，另一端接地；电阻R2一端接引脚19OUT，另一端输出信号；引脚6GND、2GND、9GND、1GND、18GND、3AO、15DGND、13PDI、12PDO接地；引脚4AO、17V+接包括+5V；引脚20V-接-5V；通过调节控制面板上的旋钮改变可调电阻RIN大小来调节频率大小。

2.如权利要求1所述的一种电子式PWM间歇喷雾式变量喷施控制器，其特征在于：所述占空比信号发生器采用555定时器构成的方波发生器，电位器RP1一端接输入信号，另一端接引脚6；电容C1一端接引脚5，另一端接地；电阻R1一端接VCC，通过调节控制面板上的旋钮改变可调电阻RIN大小来调节占空比大小；另一端接输出信号；引脚2、6相连；引脚1接地；引脚4、8均接VCC。

3.如权利要求1所述的一种电子式PWM间歇喷雾式变量喷施控制器，其特征在于：所述PWM信号一半直通，一半通过反相器反相，相邻PWM信号分别以正、反相输出控制电磁阀。

4.如权利要求1所述的一种电子式PWM间歇喷雾式变量喷施控制器，其特征在于：压力稳定控制子系统由电压信号输出装置（19）、车速检测装置、F/V变换器（18）、多个放大器、两个累加器组成；车速检测装置是由霍尔传感器（17）构成的；所有占空比信号发生器的输出信号经放大器缩小后连接至累加器；由霍尔传感器（17）检测到的信号经F/V变换器（18）变换后通过放大器（E6）缩小信号；由电压信号输出装置输出的信号、累加器（A7）输出的信号和放大器（E13）输出的信号三者一起通过累加器（B15）缩小后作用到比例溢流阀（24）上，对比例溢流阀（24）进行微调。