CN105831051A - 喷雾机电子液位显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业植保机械与施药技术领域，特别是涉及一种精准变量牵引式的喷雾机电子液位显示系统。喷雾机电子液位显示系统，包括投入式液位计2、军用防腐导气电缆3、液位计显示仪表4、蓄电池5，投入式液位计安装在药箱底部槽孔处，投入式液位传感器探头部分安装在药箱内部，投入式液位传感器通过抗压接头与军用防腐导气电缆安装在测试容器的外部，军用防腐导气电缆与液位计显示仪表相连，液位计显示仪表还连接有蓄电池。本发明能够有效检测药箱中含量，避免农药喷洒量过多或者过少的问题。同时设计了传感膜片与待测药液的密度关系，在该条件下，使本发明电路获取数据处理数据的精度得到进一步提高，精度可达到0.2cm误差范围内。

Description

喷雾机电子液位显示系统

技术领域

本发明涉及农业植保机械与施药技术领域，特别是涉及一种精准变量牵引式的喷雾机电子液位显示系统。

背景技术

每年我国都有1亿吨的农药喷洒到农田中，但是我国在农药使用中的技术理论和技术措施上严重的研究不足。大型农场虽然有一些中型或者大型的喷雾机，但由于机器本身的质量不高，使用技术水平有限，农药的有效利用率只有10％～30％，远低于发达国家50％的平均水平。对于固定农田区域内的农药喷洒量的掌控，目前有两种方式：第一，使用背负式喷雾器，通过人眼识别药箱内农药的余量，判断此区域农药喷洒是否满足要求。由于背负式喷雾器人力驱动造成的压力是不可避免的，压力不稳定促使喷雾器的流量，雾滴大小随时在变化，难以保证农田区域内农药喷洒的均匀性；第二，使用牵引式喷雾机，相比背负式喷雾器，虽然保证农田区域内农药喷洒的均匀性，但是无法监控药箱内农药的喷洒量。农药喷洒过量，间接会对环境造成污染，破坏生态平衡，更会严重对人体造成危害；农药喷洒少或者没有农药喷洒到药的地带，由于昆虫的迁移性，就会造成害虫的的集聚区域，待一段时期农药分解挥发后，这些地带就成为新一轮虫害的的发源地。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用在药箱中解决喷雾机在农药喷洒过程中，无法实时精准监控药箱中农药余量，导致农药喷洒量过多或者过少的问题的喷雾机电子液位显示系统。

本发明的目的是这样实现的：

喷雾机电子液位显示系统，包括投入式液位计2、军用防腐导气电缆3、液位计显示仪表4、蓄电池5，投入式液位计安装在药箱底部槽孔处，投入式液位传感器探头部分安装在药箱内部，投入式液位传感器通过抗压接头与军用防腐导气电缆安装在测试容器的外部，军用防腐导气电缆与液位计显示仪表相连，液位计显示仪表还连接有蓄电池。

所述的投入式液位计由抗压接头6、陶瓷电容压力敏感传感器7、传感膜片8和不锈钢筒芯9组成，传感膜片、陶瓷电容压力敏感传感器通过抗压接头封装在不锈钢筒芯内部，传感器膜片安装在不锈钢筒芯的顶端，陶瓷电容压力敏感传感器通过军用防腐导气电缆与液位计显示仪表连接。

所述的液位计显示仪表由电子器件组成，3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576第一引脚分别连接12V电源正极和第一电容C1，第一电容的另一端接地；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第三引脚和第五引脚接地；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第二引脚分别连接肖特基二极管D1正极和第一电感，肖特基二极管的负极接地；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第四引脚分别连接第一电感的另一端、第二电容的一端和单片机STC12C5412AD的第二十引脚；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第七、八、九、十二引脚分别连接LED数码显示器DPY-4-LED输出显示数据；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第一引脚分别连接第六电容和第九电阻R1的一端，第六电容的另一端连接5V电源正极，第九电阻的另一端接地；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第四引脚分别连接晶振的一端和第三电容C3的一端，第三电容的另一端接地；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第五引脚分别连接晶振的另一端和第四电容C4，第四电容的另一端接地；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第十引脚接地；

低功耗收发器MAX485的第二、第三引脚分别连接3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第六引脚；

低功耗收发器MAX485的第四引脚连接3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第三引脚；

低功耗收发器MAX485的第一引脚连接3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第二引脚；

低功耗收发器MAX485的第五引脚接地，第八引脚接5V电压正极；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第十六引脚连接第五电容C5和第十电阻R2的一端，第五电容的另一端接地，第十电阻的另一端分别连接第十一电阻的一端和液位陶瓷电容压力敏感传感器的信号输入端，第十一电阻的另一端接地；

移位寄存器74HC595的第十三和第八引脚接地；移位寄存器74HC595的第十六和第十引脚连接5V电源正极；

移位寄存器74HC595的第十一引脚连接3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第十五引脚；

移位寄存器74HC595的第十二引脚连接3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第十四引脚；

移位寄存器74HC595的第十四引脚连接3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第十三引脚；

移位寄存器74HC595的第一至第七引脚和第十五引脚分别连接第一至第八电阻的一端，第一至第八电阻的另一端分别连接发光二极管，发光二极管连接5V电源正极；

陶瓷电容压力敏感传感器连接12V电源正极。

所述的第一电容为100μF，第二电容为1000μF，第三电容和第四电容为22pF，第五电容为0.1μF，肖特基二极管型号为IN5819，晶振为12Hz，第一至第八电阻为82Ω，第九电阻为10kΩ，第十电阻为10kΩ，第十一电阻为250Ω。

所述的投入式液位计测试的压力为：P＝ρ.g.h，式中P为变送器迎液面所受压力，ρ为被测液体密度，g为当地重力加速度；h为变送器投入液体的深度。

所述的传感膜片的面积与水密度之间的关系为：

S＝-0.0783ρ²+1.2391ρ

S为传感膜片面积，单位cm²，S＝πR²，R传感膜片半径，为0.5≤ρ≤14。

本发明的有益效果在于：

本发明能够有效检测药箱中含量，避免农药喷洒量过多或者过少的问题。同时设计了传感膜片与待测药液的密度关系，在该条件下，使本发明电路获取数据处理数据的精度得到进一步提高，精度可达到0.2cm误差范围内。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的投入式液位计结构示意图；

图3为本发明的液位计显示仪表结构示意图；

图4为本发明的液位计显示仪表电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

该投入式液位计不仅能够精准监控药箱中农药余量，并且还可以在药箱农药不足时，通过其外围电路报警提示，对药箱进行补充农药功能。

本发明解决其技术问题所采用的的技术方案是：将投入式液位计安装在药箱底部槽孔处，投入式液位传感器探头部分安装在药箱内部，抗压接头与导气电缆安装在药箱外部。投入式液位计基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理，采用陶瓷电容压力敏感传感器的压阻效应将静压转为4～20mA标准电信号，并与液位计显示仪表相组合，实现自动化控制。作业前，通过液位计显示仪表可以通过数码管显示或者LED灯观测并设定药箱内农药最大和最小容量，超过或者低于其设定范围，数码管通过液位传感器输出标准电信号，经过喷雾机电子液位显示系统进行数据处理后，在数码管上显示对应药箱中药液余量。另外一种显示方式，由8个LED灯构成一列液位指示灯。根据药箱容量，进行设置LED的亮灭更加直观的显示出药箱的药液余量。例如药箱容量为1000L，8个LED小灯分别代表125L药液，当8个LED灯全部点亮，即药箱处于满载中。作业时，每喷洒出125L药液时，LED灯从上而下依次熄灭，直至下方最后一个LED灯闪烁时，代表药箱中药液不足125L，即会报警提示作业者应该停止作业或者进行药液补充。作业中，操作人员可以在拖拉机驾驶室中，时刻观察药箱中农药喷洒情况，从而达到精准农药喷洒的目的。

程序进入主函数后，先对单片机和所有外设进行初始化，然后进入大循环，在循环里首先等待单片机与液位传感器相连的引脚是否接收到液位传感器采集的电信号，通过250欧的电阻转化成1-5V电压，传给单片机。程序在循环里接收到信号后通过单片机自带AD将接收到的电信号转化成数字信号，然后将转化后的数字信号通过引脚一位一位的串行输入到锁存器中，最后通过锁存器并行输出，控制数码管段选数据，同时控制发光二极管点亮个数。

图中1.药箱，2.投入式液位计，3.军用防腐导气电缆，4.液位计显示仪表，5.蓄电池，6.抗压接头，7.陶瓷电容压力敏感传感器，8.传感膜片，9.不锈钢筒芯

图1中，药箱(1)，投入式液位计(2)，军用防腐导气电缆(3)，液位计显示仪表(4)，蓄电池(5)，组成精准农药喷洒量监测系统。投入式液位计利用静压测量原理，当投入式液位计安装在药箱(1)底部时，农药的静压力直接作用于传感膜片(8)，静压力与被测液体的高度成正比，液位所产生的静压力使得传感膜片(8)产生位移作用在陶瓷电容压力敏感传感器(7)并产生电容量的变化，通过军用防腐导气电缆(3)与液位计显示仪表(4)直接相连，放大并转换为标准信号，经过液位计显示仪表(4)处理后，精准显示出药箱(1)中农药实际储存量的数值。

图2中，投入式液位计基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理,投入式液位计安装在药箱(1)底部时，投入式液位计迎液面收到的压力为：P＝ρ.g.h+P₀，

式中：

P：变送器迎液面所受压力

ρ：被测液体密度

g：当地重力加速度

Po：液面上大气压

H：变送器投入液体的深度

同时，通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压Po与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的Po，使传感器测得压力为：P＝ρ.g.h，显然,通过测取压力P，可以得到液位深度。

图3中，为液位计显示仪表结构示意图,投入式液位计输出标准的电信号，输入到液位计显示仪表中，根据药箱(1)中，农药高度的改变，数码管(10)显示的数值也随之变化，在一定拖拉机行驶的速度和时间内，作业者根据农药的喷洒量的变化，清楚分析农药是否喷洒均匀。作业时，8个LED的亮灭提醒药箱(1)中，液体的高度，8个LED全部亮起时，作业者无需补充农药，当只亮起1个LED时，液位计显示仪表会报警并提醒作业者需要及时补充农药，避免空载作业。

图4中，液位计显示仪表电路图，液位传感器基于所测液体的静压与液体高度成正比的原理，将静压转换为标准电信号(4-20mA)。并将转换后的电信号输入到单片机，由于STC12C5412AD内部自带AD转换，单片机会把液位传感器输入的电信号通过AD处理转换成数字量的形式，并将转换后的数字量输出到数码管显示以及74HC595锁存器锁存。74HC595会将接收到的信号输出，由于其外接8个LED，所以会用LED的亮灭个数来体现药箱(1)农药的高度。

传感膜片的面积与水密度之间的关系为：

S＝-0.0783ρ²-1.2391ρ

S为传感膜片面积，单位cm²，S＝πR²，R传感膜片半径，为0.5≤ρ≤14。

经过详细的研究与试验，发现本发明装置在该条件下传感器与电路之间配合关系最佳，测量精度可达到0.2cm误差范围内。

Claims (6)

1.喷雾机电子液位显示系统，包括投入式液位计(2)、军用防腐导气电缆(3)、液位计显示仪表(4)、蓄电池(5)，其特征在于：投入式液位计安装在药箱底部槽孔处，投入式液位传感器探头部分安装在药箱内部，投入式液位传感器通过抗压接头与军用防腐导气电缆安装在测试容器的外部，军用防腐导气电缆与液位计显示仪表相连，液位计显示仪表还连接有蓄电池。

2.根据权利要求1所述的喷雾机电子液位显示系统，其特征在于：所述的投入式液位计由抗压接头(6)、陶瓷电容压力敏感传感器(7)、传感膜片(8)和不锈钢筒芯(9)组成，传感膜片、陶瓷电容压力敏感传感器通过抗压接头封装在不锈钢筒芯内部，传感器膜片安装在不锈钢筒芯的顶端，陶瓷电容压力敏感传感器通过军用防腐导气电缆与液位计显示仪表连接。

3.根据权利要求1所述的喷雾机电子液位显示系统，所述的液位计显示仪表由电子器件组成，其特征在于：

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576第一引脚分别连接12V电源正极和第一电容(C1)，第一电容的另一端接地；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第三引脚和第五引脚接地；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第二引脚分别连接肖特基二极管(D1)正极和第一电感，肖特基二极管的负极接地；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第四引脚分别连接第一电感的另一端、第二电容的一端和单片机STC12C5412AD的第二十引脚；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第七、八、九、十二引脚分别连接LED数码显示器DPY-4-LED输出显示数据；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第一引脚分别连接第六电容和第九电阻(R1)的一端，第六电容的另一端连接5V电源正极，第九电阻的另一端接地；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第四引脚分别连接晶振的一端和第三电容(C3)的一端，第三电容的另一端接地；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第五引脚分别连接晶振的另一端和第四电容(C4)，第四电容的另一端接地；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第十引脚接地；

低功耗收发器MAX485的第二、第三引脚分别连接3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第六引脚；

低功耗收发器MAX485的第四引脚连接3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第三引脚；

低功耗收发器MAX485的第一引脚连接3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第二引脚；

低功耗收发器MAX485的第五引脚接地，第八引脚接5V电压正极；

3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第十六引脚连接第五电容(C5)和第十电阻(R2)的一端，第五电容的另一端接地，第十电阻的另一端分别连接第十一电阻的一端和液位陶瓷电容压力敏感传感器的信号输入端，第十一电阻的另一端接地；

移位寄存器74HC595的第十三和第八引脚接地；移位寄存器74HC595的第十六和第十引脚连接5V电源正极；

移位寄存器74HC595的第十一引脚连接3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第十五引脚；

移位寄存器74HC595的第十二引脚连接3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第十四引脚；

移位寄存器74HC595的第十四引脚连接3A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576的第十三引脚；

移位寄存器74HC595的第一至第七引脚和第十五引脚分别连接第一至第八电阻的一端，第一至第八电阻的另一端分别连接发光二极管，发光二极管连接5V电源正极；

陶瓷电容压力敏感传感器连接12V电源正极。

4.根据权利要求3所述的喷雾机电子液位显示系统，其特征在于：所述的第一电容为100μF，第二电容为1000μF，第三电容和第四电容为22pF，第五电容为0.1μF，肖特基二极管型号为IN5819，晶振为12Hz，第一至第八电阻为82Ω，第九电阻为10kΩ，第十电阻为10kΩ，第十一电阻为250Ω。

5.根据权利要求2所述的喷雾机电子液位显示系统，其特征在于：所述的投入式液位计测试的压力为：P＝ρ.g.h，式中P为变送器迎液面所受压力，ρ为被测液体密度，g为当地重力加速度；h为变送器投入液体的深度。

6.根据权利要求2所述的喷雾机电子液位显示系统，其特征在于：所述的传感膜片的面积与水密度之间的关系为：

S＝-0.0783ρ²-1.2391ρ

S为传感膜片面积，单位cm²，S＝πR²，R传感膜片半径，为0.5≤ρ≤14。