CN114431211A - 变量施药系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及喷雾机技术领域，且公开了变量施药系统及装置，包括主控单元、流量采集模块、压力采集模块、速度采集模块、阀执行电路、比例电动调节阀和喷头，所述流量采集模块、所述压力采集模块和所述速度采集模块通过CAN总线与主控单元连接；对当前系统速度信息、流量信息、压力信息进行采集并处理，随后将处理结果反馈给电子控制系统，后者根据处理结果实时调整供药系统中对应电控比例阀的开度，从而改变对应喷杆的输出流量，对应喷嘴喷出流量随之改变，以实现按需施药，该系统及装置将液压技术、电子控制技术以及智能检测技术有机结合，实现当作物种类或状态发生变化时，施药量能够随之动态改变，达到变喷量精确施药的目的。

Description

变量施药系统及装置

技术领域

本发明涉及喷雾机技术领域，具体为变量施药系统及装置。

背景技术

喷雾机是将液体分散成为雾状的一种机器，是机械的一种，分农用、医用和其它用途(如工业用)，农用分类为农业机械的植保机械。一般称人力驱动的为喷雾器，动力(发动机、电动机)驱动的为喷雾机。喷雾机按工作原理分液力、气力和离心式喷雾机。按携带方式分手持式、背负式、肩挎式、踏板式、担架式、推车式、自走式、车载式、悬挂式等，还有航空喷雾机。

喷雾机喷雾系统在田间进行喷雾作业时，实地环境复杂，作物种类不同，高矮疏密不一，且同一作物不同部位也千差万别，精准施药技术要求喷雾系统能够根据具体情况实时的启闭或改变喷头流量，实现按需施药。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了变量施药系统及装置，具备精准按需施药的优点，解决了不能精准按需施药的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：变量施药系统及装置，包括主控单元、流量采集模块、压力采集模块、速度采集模块、阀执行电路、比例电动调节阀和喷头，所述流量采集模块、所述压力采集模块和所述速度采集模块通过CAN总线与主控单元连接，所述主控单元通过CAN总线与所述阀执行电路连接，所述阀执行电路与比例电动调节阀连接，所述比例电动调节阀与喷头连接。

优选的，所述主控单元采用宏晶科技研发的STC12C5A60S2加强型51单片机作为变量施药控制系统的计算处理核心。

优选的，该系统采用12V蓄电池供电。

优选的，所述压力采集模块采用电流型，量程0-2.5MPa，对应4-20mA。

优选的，所述流量采集模块采用涡轮流量计，所述涡轮流量计采用脉冲型，每升380个脉冲，供电9-12V，三线输出。

优选的，所述比例电动调节阀采用微型直流电动机控制，微型直流电动机采用简单可靠的全桥式电机驱动器A4950。

变量施药装置，包括施药测控模块，所述施药测控模块与喷杆高度调整机构和喷头调整机构连接，所述喷杆高度调整机构和所述喷头调整机构均与喷杆连接，所述喷杆上设有所述喷头；

所述施药测控模块与速度测量模块连接，所述速度测量模块与机具连接；

所述施药测控模块与压力调节阀连接，所述压力调节阀与压力传感器连接，所述压力传感器与所述施药测控模块连接，所述压力调节阀与泵连接，所述泵与药液箱连接，所述药液箱与在线混药装置连接。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了变量施药系统及装置，具备以下有益效果：

该变量施药系统及装置，主要由电子控制系统承担，用户在开启电子控制系统后按实际需要设置并初始化系统参数，继而由电子控制系统调用用户需求，并对当前系统速度信息、流量信息、压力信息进行采集并处理，随后将处理结果反馈给电子控制系统，后者根据处理结果实时调整供药系统中对应电控比例阀的开度，从而改变对应喷杆的输出流量，对应喷嘴喷出流量随之改变，以实现按需施药，该系统及装置将液压技术、电子控制技术以及智能检测技术有机结合，实现当作物种类或状态发生变化时，施药量能够随之动态改变，达到变喷量精确施药的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的变量施药系统图；

图3为本发明中主控系统电路图；

图4为本发明中5V电源电路图；

图5为本发明中10V电源电路图；

图6为本发明中电压/电流采样滤波电路图；

图7为本发明中流量计脉冲检测接口电路；

图8为本发明中比例调节阀控制电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

变量施药系统及装置，包括主控单元、流量采集模块、压力采集模块、速度采集模块、阀执行电路、比例电动调节阀和喷头，流量采集模块、压力采集模块和速度采集模块通过CAN总线与主控单元连接，主控单元通过CAN总线与阀执行电路连接，阀执行电路与比例电动调节阀连接，比例电动调节阀与喷头连接。

本实施例中，主控单元采用宏晶科技研发的STC12C5A60S2加强型51单片机作为变量施药控制系统的计算处理核心。

参阅图3，MCU是变量施药控制系统任务执行、判断、处理的核心器件，其接受外围电路的信号输入，由内部软件程序对输入的数字信号量计算处理，继而通过预设的输出电路将处理结果输出，完成既定任务，其1T的指令处理周期大大提高了MCU的运行速度，自带8路10位AD转换功能，无需外接AD转换器件而直接处理外部电路导入的模拟信号，很大程度上节约了电路设计成本，提高了引脚的利用率。

本实施例中，具体的，该系统采用12V蓄电池供电。

参阅图4-5，由于系统采用12V蓄电池供电，为了提高系统的稳定，本系统采用以下稳压电路，5V电源主要供给mcu，驱动器等，10V电源主要供给液位、传感器外供电等保证系统的可靠运行。

本实施例中，具体的，压力采集模块采用电流型，量程0-2.5MPa，对应4-20mA。

参阅图6，压力计采用电流型，量程0-2.5MPa，对应4-20mA，采用电流型的好处是可以长距离传送，提高精度，提高了抗干扰能力。本系统采用0-5V，12位的AD采集器，采样电阻选用250Ω精密电阻。

本实施例中，具体的，流量采集模块采用涡轮流量计，涡轮流量计采用脉冲型，每升380个脉冲，供电9-12V，三线输出。

参阅图7，本电路简单有效，利用微处理器的计数功能来计脉冲的个数，为了提高系统的相应时间，保证采集精度，我们采用计数+定时模式，采集50个脉冲，通过计50个脉冲的时间来计算每分钟的脉冲个数n。

本实施例中，具体的，比例电动调节阀采用微型直流电动机控制，微型直流电动机采用简单可靠的全桥式电机驱动器A4950。

参阅图8，调节控制阀为供药系统的核心元器件，负责实时调整供药系统实际所需的施药量，前文已述，其由电子控制执行器通过内部集成传动机构线性调整阀门开度，实现流量改变。该电子控制执行器接受1-5V电压作为控制信号，1V对应最小开度(即阀门闭合)，药液通过溢流阀全部回流药箱，5V时阀门全开，药液最大化输出。由于MCU仅能通过I/O端口输入输出数字信号量，为了能够利用单片机控制电控比例阀的开度，需利用相关芯片设计一套D/A转换电路，以使控制系统能够输出电控比例阀开度调节所需的模拟电压控制量，调节控制阀采用微型直流电动机控制，本系统采用简单可靠的全桥式电机驱动器A4950来实现。通过脉宽调制(PWM)控制直流电动机，A4950能够提供±3.5A的峰值输出电流，最高工作电压为40V。通过外部施加的PWM控制信号控制直流电动机的速度与方向，采用内部同步整流控制电路降低脉宽调制(PWM)操作时的功率消耗。内部电路保护包括过流保护、电动机引脚接地短路或电源短路电路、带延时的过热关机、VBB欠压监视以及交叉电流保护。

变量施药装置，包括施药测控模块，施药测控模块与喷杆高度调整机构和喷头调整机构连接，喷杆高度调整机构和喷头调整机构均与喷杆连接，喷杆上设有喷头；

施药测控模块与速度测量模块连接，速度测量模块与机具连接；

施药测控模块与压力调节阀连接，压力调节阀与压力传感器连接，压力传感器与施药测控模块连接，压力调节阀与泵连接，泵与药液箱连接，药液箱与在线混药装置连接。

实验

变量喷药操作以不同的速度进行测试

结果与分析

可以看出，当车速为5-7km/h时，实际喷药量略大于理论喷药量。当车速为8-11km/h时，实际喷药量略小于理论喷药量。重复测试和观察，得出以下分析：当速度超过8km/h时，管道压力相对较大。回流阀起到稳定压力和限制最大压力的作用，将产生回流，导致喷嘴压力降低，使实际喷雾量略低于理论值。当速度慢时，喷射量很小，而回流阀不起作用。泵提供的压力集中在喷嘴中，使实际喷雾略高于理论值。但是，在不同的速度下，系统不会超过喷药过程中喷药误差百分比的5％。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.变量施药系统，其特征在于：包括主控单元、流量采集模块、压力采集模块、速度采集模块、阀执行电路、比例电动调节阀和喷头，所述流量采集模块、所述压力采集模块和所述速度采集模块通过CAN总线与主控单元连接，所述主控单元通过CAN总线与所述阀执行电路连接，所述阀执行电路与比例电动调节阀连接，所述比例电动调节阀与喷头连接。

2.根据权利要求1所述的变量施药系统，其特征在于：所述主控单元采用宏晶科技研发的STC12C5A60S2加强型51单片机作为变量施药控制系统的计算处理核心。

3.根据权利要求1所述的变量施药系统，其特征在于：该系统采用12V蓄电池供电。

4.根据权利要求1所述的变量施药系统，其特征在于：所述压力采集模块采用电流型，量程0-2.5MPa，对应4-20mA。

5.根据权利要求1所述的变量施药系统，其特征在于：所述流量采集模块采用涡轮流量计，所述涡轮流量计采用脉冲型，每升380个脉冲，供电9-12V，三线输出。

6.根据权利要求1所述的变量施药系统，其特征在于：所述比例电动调节阀采用微型直流电动机控制，微型直流电动机采用简单可靠的全桥式电机驱动器A4950。

7.变量施药装置，根据权利要求1-6任意一项所述的变量施药系统，其特征在于：包括施药测控模块，所述施药测控模块与喷杆高度调整机构和喷头调整机构连接，所述喷杆高度调整机构和所述喷头调整机构均与喷杆连接，所述喷杆上设有所述喷头；

所述施药测控模块与速度测量模块连接，所述速度测量模块与机具连接；

所述施药测控模块与压力调节阀连接，所述压力调节阀与压力传感器连接，所述压力传感器与所述施药测控模块连接，所述压力调节阀与泵连接，所述泵与药液箱连接，所述药液箱与在线混药装置连接。

Images