CN107272759A - 一种管道液体压力控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道液体压力控制器及控制方法，所述控制器包括单片机、双路输出开关电源、电源开关、ADC模数转换模块、RS485通信接口、工作模式选择开关、压力设置选择开关、压力调节开关、启停开关、运行指示灯和显示模块；单片机通过RS485通信接口与变频器连接，变频器与变频电机连接，变频电机控制药泵转速，药泵的出水口分别与压力传感器、药液管道连接，压力传感器用于检测药液管道中药液的压力；双路输出开关电源的输入端与单相电源连接，输出端与电源开关连接；电源开关分别与压力传感器、单片机连接，压力传感器通过ADC模数转换模块与单片机连接。本发明采用RS485通信接口控制变频器的工作，通信距离更远，抗干扰能力更强，使控制器工作更可靠。

Description

一种管道液体压力控制器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种管道恒压控制器，尤其是一种管道液体压力控制器及其控制方法，属于植保药械控制器设计领域。

背景技术

在果树种植及生产管理中，农药喷施和水肥灌溉作业量占果园管理作业较大的比重。在当前的果园管理中，一般使用不同的农机设备进行农药喷施和水肥灌溉，增加了设备成本。

现有的大部分喷药系统是非变频喷药系统，一般处于满功率运行状态，由于作业人员转移工作点会出现喷枪开启数目不同的情况，因此容易造成喷雾压力不稳定，甚至出现药液管道爆裂的情况。使用变频器的管道恒压喷雾系统解决了喷雾不稳定和管道易爆管的难题。授权公告号为CN 101690923 B的中国发明专利公开了一种基于单片机的管道恒压喷雾控制装置，该装置通过调理电路将压力变送器检测到的压力信号转成数字量，此数字量与预先设定的压力值比较后，获得压力误差及压力误差的变化率，根据控制算法获得控制量，该控制量经另一调理电路转换成模拟电压，送到变频器的模拟控制端，控制变频器输出交流电的频率以改变变频电动机的转速，该发明专利使用模拟信号控制变频器，容易受电机电磁干扰和雷电天气的影响，造成系统寿命较短，同时只有恒压喷药一种工作模式，系统复用率低。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种管道液体压力控制器，该控制器具有结构简单、操作方便、工作稳定、工作模式多样的特点。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述控制器的控制方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种管道液体压力控制器，包括单片机、双路输出开关电源、电源开关、ADC模数转换模块和RS485通信接口；

所述单片机通过RS485通信接口与变频器连接，所述变频器与变频电机连接，变频电机用于控制药泵转速，药泵的出水口分别与压力传感器、药液管道连接，压力传感器用于检测药液管道中药液的压力；

所述双路输出开关电源的输入端与单相电源连接，输出端与电源开关连接；

所述电源开关分别与压力传感器、单片机连接，所述压力传感器通过ADC模数转换模块与单片机连接。

优选的，还包括工作模式选择开关、压力设置选择开关、压力调节开关、启停开关和显示模块，所述工作模式选择开关、压力设置选择开关、压力调节开关、启停开关和显示模块分别与单片机连接，所述显示模块还与电源开关连接；

所述工作模式选择开关为两档选择开关，用于选择控制器的工作模式；

所述压力设置选择开关为两档选择开关，用于选择药液管道的极限压力设置或设定压力设置；

所述压力调节开关，用于调节极限压力或设定压力；

所述启停开关，用于启动控制器工作或停止控制器工作；

所述显示模块，用于显示极限压力、设定压力和工作压力。

优选的，所述工作模式选择开关可选择的两个工作模式分别为灌溉工作模式和喷药工作模式；

当选择灌溉工作模式时，极限压力最高可调节至1MPa，设定压力调节范围为0.3MPa～1MPa；

当选择喷药工作模式时，极限压力最高可调节至3.0MPa，设定压力调节范围为0.6MPa～2.8MPa。

优选的，所述压力调节开关为数字编码式波段开关。

优选的，还包括运行指示灯，所述运行指示灯与单片机连接；

所述运行指示灯，用于指示控制器的工作状态，当启停开关启动控制器工作时，运行指示灯亮起，当启停开关停止控制器工作时，运行指示灯熄灭。

优选的，还包括电控箱，所述电控箱内部设有电路板，前部设有面板，底部设有引线接口；

所述单片机、双路输出开关电源、ADC模数转换模块和RS485通信接口设置在电路板上，所述电路板的引线与引线接口连接，所述电源开关、工作模式选择开关、压力设置选择开关、压力调节开关、启停开关、运行指示灯和显示模块设置在面板上。

优选的，所述显示模块为显示数码管组件，该显示数码管组件由九个数码管组成，九个数码管从左到右依次排列；

左边的三个数码管构成第一显示组件，用于显示极限压力；

中间的三个数码管构成第二显示组件，用于显示设定压力；

右边的三个数码管构成第三显示组件，用于显示工作压力。

优选的，所述数码管为共阴极数码管。

优选的，所述显示模块还用于显示控制器的故障代码。

本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

基于上述控制器的控制方法，所述方法包括：当控制器工作时，ADC模数转换模块将压力传感器检测到的压力信号转换成数字量，此数字量与设定压力比较后，获得压力误差及压力误差的变化量，根据控制器的工作模式、压力误差及压力误差的变化量运行PID控制算法，获得新的控制命令，通过RS485通信接口将该控制指令送到变频器，控制变频器改变变频电机的转速，从而调整药泵转速，使药液管道中的药液压力稳定在设定压力。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明的单片机通过RS485通信接口与变频器连接，即采用RS485通信接口控制变频器的工作，通信距离更远，抗干扰能力更强，使控制器工作更可靠；同时，采用变频器与变频电机连接，使变频电机不必一直工作于最高频率状态，更加节能。

2、本发明设置了工作模式选择开关，该工作模式选择开关为两档选择开关，其可选择的两个工作模式分别为灌溉工作模式和喷药工作模式，不同的模式设置不同的极限压力和设定压力，能够实现一机多用，节省农机采购成本。

3、本发明设置了压力调节开关，该压力调节开关采用数字式编码波段开关，该开关可360°双向循环旋转，相比采用升压和降压独立按钮的方式，压力调节更方便。

4、本发明设置了显示模块，该显示模块采用由九个数码管组成的显示数码管组件，九个数码管从左到右依次排列，左边的三个数码管用于显示极限压力，中间的三个数码管用于显示设定压力，右边的三个数码管用于显示工作压力，使操作者对当前控制器各部分的压力情况一目了然。

附图说明

图1为本发明实施例1的管道液体压力控制器的结构框图。

图2为本发明实施例1的管道液体压力控制器的电控箱前部结构示意图。

图3为本发明实施例1的管道液体压力控制器的基本工作流程图。

图4为本发明实施例2的管道液体压力控制器的结构框图。

其中，1-单片机，2-双路输出开关电源，3-电源开关，4-ADC模数转换模块，5-RS485通信接口，6-工作模式选择开关，7-压力设置选择开关，8-压力调节开关，9-启停开关，10-运行指示灯，11-显示模块，12-压力传感器，13-电控箱，14-面板，15-引线接口。

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，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种管道液体压力控制器，该控制器包括单片机1、双路输出开关电源2、电源开关3、ADC模数转换模块4、RS485通信接口5、工作模式选择开关6、压力设置选择开关7、压力调节开关8、启停开关9、运行指示灯10和显示模块11。

所述单片机1为整个控制器的核心，其采用内核为cortex-M3系列单片机，内置有PID算法，单片机1通过RS485通信接口5与变频器连接，所述变频器与变频电机连接，变频电机用于控制药泵转速，药泵的出水口分别与压力传感器12、药液管道连接，压力传感器12用于检测药液管道中药液的压力。

所述双路输出开关电源2选用DC24V和DC5V双路输出，其输入端与单相电源连接，输出端与电源开关3连接。

所述电源开关3分别与压力传感器12、单片机1和显示模块11连接，当按下电源开关3后，即接通电路板的工作电源。

所述压力传感器12通过ADC模数转换模块4与单片机1连接，压力传感器12检测到的压力信号通过ADC模数转换模块4转换成数字量，由单片机1进行处理，ADC模数转换模块4的精度不低于10位。

所述压力设置选择开关7与单片机1连接，采用两档选择开关，用于选择药液管道的极限压力设置或设定压力设置。

所述压力调节开关8与单片机1连接，采用数字编码式波段开关，用于调节极限压力或设定压力，该压力调节开关8可360°双向循环旋转，相比采用升压和降压独立按钮的方式，压力调节更方便。

所述工作模式选择开关6与单片机1连接，采用两档选择开关，用于选择控制器的工作模式，一档选择的工作模式为灌溉工作模式，另一档选择的模式为喷药工作模式，两种模式的切换可以实现一机多用，节省农机采购成本；

当选择灌溉工作模式时，液体管道流量较大，实际工作压力的变化幅度较小，所需压力较小，因此，极限压力最高可调节至1MPa，设定压力调节范围为0.3MPa～1MPa，单片机1的模糊PID控制输出较低的调整量，且调整频率也响应降低；

当选择喷药工作模式时，所需的工作压力较大，且喷枪开启数目不同时实际工作压力的瞬间变化幅度较大，因此，极限压力最高可调节至3.0MPa，设定压力调节范围为0.6MPa～2.8MPa，由于需要快速地对工作压力的变化做出响应，因此，单片机的模糊PID控制输出较高的调整量，且调整频率也响应提高。

所述启停开关9与单片机1连接，用于启动控制器工作或停止控制器工作。

所述运行指示灯10与单片机1连接，用于指示控制器的工作状态，当启停开关9启动控制器工作时，运行指示灯10亮起，当启停开关9停止控制器工作时，运行指示灯10熄灭。

所述显示模块11与单片机1连接，采用显示数码管组件，该显示数码管组件由九个数码管组成，数码管采用共阴极数码管，九个数码管从左到右依次排列，左边的三个数码管构成第一显示组件，用于显示极限压力；中间的三个数码管构成第二显示组件，用于显示设定压力；右边的三个数码管构成第三显示组件，用于显示工作压力；显示模块11还用于显示控制器的故障代码。

如图2所示，本实施例的管道液体压力控制器还包括电控箱13，所述电控箱13内部设有电路板，前部设有面板14，底部设有引线接口15；

所述单片机1、双路输出开关电源2、ADC模数转换模块3和RS485通信接口5设置在电路板上，所述电路板的引线与引线接口15连接。

从图3中可以看到，电源开关3、工作模式选择开关6、压力设置选择开关7、压力调节开关8、启停开关9、运行指示灯10和显示模块11设置在电控箱13前部的面板14上；其中，电源开关3为自锁按钮，启停开关9为“启动·停止”的自锁按钮，工作模式选择开关6为“灌溉·喷药”模式选择的两档选择旋钮，压力设置选择开关7为“极限·设定”压力设置的两档选择旋钮，压力调节开关8为“降压·升压”压力调节的数字编码式旋钮。

如图1～图3所示，本实施例管道液体压力控制器的工作原理如下：

S1、按下电控箱13前部面板14上的电源开关3，接通电路板工作电源，此时显示模块11显示系统保存的极限压力和设定压力，若按下电源开关3前，压力设置选择开关7指向“极限”，则显示极限压力的三个数码管(第一显示组件)会处于闪烁状态，若按下电源开关3前，压力设置选择开关7指向“设定”，显示设定压力的三个数码管(第二显示组件)会处于闪烁状态；

S3、根据实际工作情况，通过工作模式选择开关6选择灌溉工作模式或者喷药工作模式；

S4、根据选择的工作模式，并结合实际需要，利用压力调节开关8调节极限压力和设定压力；

S5、确定工作参数后，按下启停开关9，启动控制器工作；

S6、当控制器工作时，ADC模数转换模块4将压力传感器12检测到的压力信号转换成数字量，此数字量与设定压力比较后，获得压力误差及压力误差的变化量，根据控制器的工作模式、压力误差及压力误差的变化量运行PID控制算法，获得新的控制命令，通过RS485通信接口5将该控制指令送到变频器，控制变频器改变变频电机的转速，从而调整药泵转速，使药液管道中的药液压力稳定在设定压力。

实施例2：

如图4所示，本实施例的管道液体压力控制器包括单片机1、双路输出开关电源2、电源开关3、ADC模数转换模块4、RS485通信接口5。

单片机1通过RS485通信接口5与变频器连接，所述变频器与变频电机连接，变频电机用于控制药泵转速，药泵的出水口分别与压力传感器12、药液管道连接，压力传感器12用于检测药液管道中药液的压力。

所述双路输出开关电源2的输入端与单相电源连接，输出端与电源开关3连接，所述电源开关3分别与压力传感器12、单片机1连接，当按下电源开关3后，即接通整个控制器的工作电源。

所述压力传感器12通过ADC模数转换模块4与单片机1连接，压力传感器12检测到的压力信号通过ADC模数转换模块4转换成数字量，由单片机1进行处理，ADC模数转换模块4的精度不低于10位。

本实施例的管道液体压力控制器工作原理为：

通过单片机1设定一个药液压力值(阈值)，按下电源开关3后，接通电路板工作电源，此时控制器开始工作，ADC模数转换模块4将压力传感器12检测到的压力信号转换成数字量，此数字量与设定压力比较后，获得压力误差及压力误差的变化量，根据控制器的工作模式、压力误差及压力误差的变化量运行PID控制算法，获得新的控制命令，通过RS485通信接口5将该控制指令送到变频器，控制变频器改变变频电机的转速，从而调整药泵转速，使药液管道中的药液压力稳定在设定压力。

综上所述，本发明的单片机通过RS485通信接口与变频器连接，即采用RS485通信接口控制变频器的工作，通信距离更远，抗干扰能力更强，使控制器工作更可靠；同时，采用变频器与变频电机连接，使变频电机不必一直工作于最高频率状态，更加节能。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种管道液体压力控制器，其特征在于：包括单片机、双路输出开关电源、电源开关、ADC模数转换模块和RS485通信接口；

所述单片机通过RS485通信接口与变频器连接，所述变频器与变频电机连接，变频电机用于控制药泵转速，药泵的出水口分别与压力传感器、药液管道连接，压力传感器用于检测药液管道中药液的压力；

所述双路输出开关电源的输入端与单相电源连接，输出端与电源开关连接；

所述电源开关分别与压力传感器、单片机连接，所述压力传感器通过ADC模数转换模块与单片机连接。

2.根据权利要求1所述的一种管道液体压力控制器，其特征在于：还包括工作模式选择开关、压力设置选择开关、压力调节开关、启停开关和显示模块，所述工作模式选择开关、压力设置选择开关、压力调节开关、启停开关和显示模块分别与单片机连接，所述显示模块还与电源开关连接；

所述工作模式选择开关为两档选择开关，用于选择控制器的工作模式；

所述压力设置选择开关为两档选择开关，用于选择药液管道的极限压力设置或设定压力设置；

所述压力调节开关，用于调节极限压力或设定压力；

所述启停开关，用于启动控制器工作或停止控制器工作；

所述显示模块，用于显示极限压力、设定压力和工作压力。

3.根据权利要求2所述的一种管道液体压力控制器，其特征在于：所述工作模式选择开关可选择的两个工作模式分别为灌溉工作模式和喷药工作模式；

当选择灌溉工作模式时，极限压力最高可调至1.0MPa，设定压力调节范围为0.3MPa～1MPa；

当选择喷药工作模式时，极限压力最高可调至3.0MPa，设定压力调节范围为0.6MPa～2.8MPa。

4.根据权利要求2所述的一种管道液体压力控制器，其特征在于：所述压力调节开关为数字编码式波段开关。

5.根据权利要求2所述的一种管道液体压力控制器，其特征在于：还包括运行指示灯，所述运行指示灯与单片机连接；

所述运行指示灯，用于指示控制器的工作状态，当启停开关启动控制器工作时，运行指示灯亮起，当启停开关停止控制器工作时，运行指示灯熄灭。

6.根据权利要求5所述的一种管道液体压力控制器，其特征在于：还包括电控箱，所述电控箱内部设有电路板，前部设有面板，底部设有引线接口；

所述单片机、双路输出开关电源、ADC模数转换模块和RS485通信接口设置在电路板上，所述电路板的引线与引线接口连接，所述电源开关、工作模式选择开关、压力设置选择开关、压力调节开关、启停开关、运行指示灯和显示模块设置在面板上。

7.根据权利要求2所述的一种管道液体压力控制器，其特征在于：所述显示模块为显示数码管组件，该显示数码管组件由九个数码管组成，九个数码管从左到右依次排列；

左边的三个数码管构成第一显示组件，用于显示极限压力；

中间的三个数码管构成第二显示组件，用于显示设定压力；

右边的三个数码管构成第三显示组件，用于显示工作压力。

8.根据权利要求7所述的一种管道液体压力控制器，其特征在于：所述数码管为共阴极数码管。

9.根据权利要求2-8任一项所述的一种管道液体压力控制器，其特征在于：所述显示模块还用于显示控制器的故障代码。

10.一种权利要求1-9任一项所述控制器的控制方法，其特征在于：所述方法包括：当控制器工作时，ADC模数转换模块将压力传感器检测到的压力信号转换成数字量，此数字量与设定压力比较后，获得压力误差及压力误差的变化量，根据控制器的工作模式、压力误差及压力误差的变化量运行PID控制算法，获得新的控制命令，通过RS485通信接口将该控制指令送到变频器，控制变频器改变变频电机的转速，从而调整药泵转速，使药液管道中的药液压力稳定在设定压力。