CN205390109U - 基于或囊括电动泵转速调节的精确变量喷雾试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于或囊括电动泵转速调节的精确变量喷雾试验装置，能够有效降低变量喷雾装置的成本，提高变量喷雾作业质量，推动精准变量喷雾在实际生产中的应用。其包括喷雾参数采集装置、作业速度模拟装置、喷雾结构、显示装置和控制器；作业速度模拟装置包括速度传感器；喷雾结构包括依次连接的药液箱、电动泵、压力罐和输药管，输药管上设有一个以上喷头；喷雾参数采集装置包括设置在压力罐入口处的流量传感器和安装在压力罐上的压力传感器；控制器连接显示装置、流量传感器、压力传感器和速度传感器。

Description

基于或囊括电动泵转速调节的精确变量喷雾试验装置

技术领域

本实用新型涉及精准农业机械技术领域，尤其涉及一种基于或囊括电动泵转速调节的精确变量喷雾试验装置。

背景技术

目前，精准变量喷施技术成为农田施药技术的重点发展方向，是国内外精确农业领域的研究热点，精准变量喷施技术主要的控制方式有：压力调节式、直注浓度调节式和流量调节式三种。其中，压力调节的控制方式采用往复式隔膜泵作为供液装置，通过控制电磁阀的开启程度，调节出口管路压力，达到间接调节流量的目的，此种控制方式的成本较低，但由于电磁阀开关的响应时间较长，不能较好满足田间作业状态下，喷雾量根据作业速度实时变化的要求；直注浓度调节式是将药剂与溶剂分离放置，通过各自液泵泵出在管路混合后到达喷头，通过改变药剂的泵出量改变混合后药液的浓度实现变量喷雾，此方式能够有效避免药液对药液箱的腐蚀，但存在药液与容积混合不均、变量喷雾响应时间长的问题；流量调节式变量喷雾系统是通过改变喷头电磁阀的信号频率和占空比来调节喷头的实际喷雾流量，其流量调节范围大、雾化特性一致性好，但存在一定脉动，影响雾化效果和喷量稳定性，且需要在每个喷头安装高频电磁阀，使得变量喷雾系统的成本大大提高，限制此种变量喷雾系统的实际应用。

综上所述，现有的变量喷雾技术存在响应时间长、药液混合不均、雾化效果一致性差、成本高等问题，影响变量喷雾技术在实际生产中的推广应用。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种基于或囊括电动泵转速调节的精准变量喷雾试验装置，能够有效降低变量喷雾装置的成本，提高变量喷雾作业质量，推动精准变量喷雾在实际生产中的应用。

本实用新型的目的是采用以下技术方案实现的：

一种基于或囊括电动泵转速调节的精确变量喷雾试验装置，包括喷雾参数采集装置、作业速度模拟装置、喷雾结构、显示装置和控制器；作业速度模拟装置用于模拟喷药机组作业速度并采集作业速度信号，包括速度传感器；喷雾结构包括依次连接的药液箱、电动泵、压力罐和输药管，输药管上设有一个以上喷头；喷雾参数采集装置包括设置在压力罐入口处的流量传感器和安装在压力罐上的压力传感器；显示装置用于输入控制电动泵转速的PWM值的频率和占空比，并显示作业速度、亩喷量、流量和压力；控制器连接显示装置、流量传感器、压力传感器和速度传感器，采集记录流量传感器、压力传感器、速度传感器的信号，并计算确定PWM值的占空比及频率与流量关系、根据PWM值的频率及占空比确定流量调节范围、计算确定PWM值与雾滴直径、雾锥角及喷雾量的关系和计算确定实时喷量与理论喷量之间关系。

进一步地，作业速度模拟装置包括电机、与电机连接的齿轮和与齿轮连接的速度传感器。

进一步地，控制器为单片机，单片机输入端连接A/D转换电路及电源电路，单片机输出端连接用于控制电动泵的PWM驱动电路和与显示装置连接的通讯电路，A/D转换电路连接到压力传感器、速度传感器及流量传感器。

进一步地，电动泵为一个以上并联的电动隔膜泵。

进一步地，显示装置为触控输入显示装置。

进一步地，其还包括有工作平台，药液箱、电动泵、压力罐及显示装置均通过螺栓固定在工作平台上部，电机、速度传感器和控制器均通过螺栓固定在工作平台下部。

进一步地，工作平台由型钢焊接而成。

本实用新型工作原理：

通过将设定的喷量与采集的速度信号拟合，调节PWM信号的频率和占空比控制电动泵的转速变化，实现精准变量喷雾。通过触控显示终端设置不同的PWM信号的频率和占空比，喷雾参数采集装置监测系统的流量和压力，得到PWM信号与喷雾流量的规律特性，得到在额定工作范围内，PWM值的极限调节范围；记录PWM值改变时间与流量改变的时间差，得到喷雾系统的瞬态响应时间；记录PWM值的变化对喷雾量分布、喷雾角、雾滴直径的影响；喷雾参数采集装置设置电机的转速，使用速度传感器采集速度信号，并将信号值传送至控制器，实现基于速度的精准变量喷雾；本试验装置可与其他试验装置配合，测量雾锥角、雾滴直径、喷雾量分布等参数。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型结构紧凑，通用性好，能够进行精准变量喷雾的基础实验，为精准变量喷雾的大田推广打下基础。

2.作业速度模拟装置能够模拟机组作业速度，速度传感器实时准确采集速度信号，并能够检验速度采集的准确性。

3.显示装置为触控输入显示装置，能够可以实现人机交互，可以实时显示速度、喷雾流量和压力，并能够通过人机交互界面快速设置亩喷量、速度电机转速、PWM值的频率和占空比等参数，具有操作简单，工作参数更改方便的优点。

4.本实用新型可与其他试验装置配合测量喷雾分布、雾滴直径、雾锥角等参数。

5.本实用新型的变量喷雾试验装置具有流量传感器，能够实时采集喷雾流量，实现变量喷雾的闭环控制。

6.本实用新型的变量喷雾控制器能够按照相同时间间隔采集喷雾的流量和压力，并能够将流量值和压力值自动保存和导出，能够记录PWM值改变后系统的流量和压力，得出喷雾流量与PWM值的数学关系式和变量喷雾的动态响应时间，为基于电动泵的车载变量喷雾的大田应用和推广提供理论基础。

7.通过本实用新型的变量喷雾试验装置能够进行正交试验，得出影响喷雾质量的影响因素，并得出各影响因素的最优化组合。

8.本实用新型的变量喷雾试验装置具有压力传感器，能够实时采集喷雾压力，能够得到在额定工作压力范围内，PWM值的极限调节范围。

9.通过本实用新型的变量喷雾试验装置探索的规律和得出的结论，能够应用于以电动泵为主要压力部件的大田变量喷雾作业机械，且能够对本系统机型简化，降低变量喷雾系统的成本，提高变量喷雾系统的实用性，加快变量喷雾在实际生产中的推广应用，降低农药投入量和环境污染，取得良好的经济、社会、环境效益。

附图说明

图1为本实用新型的精确变量喷雾试验装置结构示意图；

图2为本实用新型控制器的原理框图；

图中，1药液箱；2电动泵；3流量传感器；4压力传感器；5压力罐；6输药管；7喷头；8工作平台；9显示装置；10控制器；11齿轮；12速度传感器；13电机。

具体实施方式

为了便于本领域人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本实用新型的保护范围。

一种基于或囊括电动泵转速调节的精确变量喷雾试验装置，包括喷雾参数采集装置、作业速度模拟装置、喷雾结构、显示装置9和控制器10；作业速度模拟装置用于模拟喷药机组作业速度并采集作业速度信号，包括电机13、与电机13连接的齿轮11和与齿轮11连接的速度传感器12；喷雾结构包括依次连接的药液箱1、电动泵2、压力罐5和输药管6，输药管6上设有一个以上喷头7；喷雾参数采集装置包括设置在压力罐5入口处的流量传感器3和安装在压力罐5上的压力传感器4；显示装置9为触控输入显示装置，用于输入控制电动泵转速的PWM值的频率和占空比，并显示作业速度、亩喷量、流量和压力；控制器10连接显示装置9、流量传感器3、压力传感器4和速度传感器12，采集记录流量传感器3、压力传感器4、速度传感器12的信号，并计算确定PWM值的占空比及频率与流量关系、根据PWM值的频率及占空比确定流量调节范围、计算确定PWM值与雾滴直径、雾锥角及喷雾量的关系和计算确定实时喷量与理论喷量之间关系。

本实施例，参考附图2，控制器为单片机，单片机输入端连接A/D转换电路及电源电路，单片机输出端连接用于控制电动泵的PWM驱动电路和与显示装置9连接的通讯电路，A/D转换电路连接到压力传感器、速度传感器及流量传感器。

本实施例，电动泵2为一个以上并联的电动隔膜泵。

本实施例，精确变量喷雾试验装置还包括有工作平台8，工作平台8由型钢焊接而成，药液箱1、电动泵2、压力罐5及显示装置9均通过螺栓固定在工作平台8上部，电机13、速度传感器12和控制器10均通过螺栓固定在工作平台8下部。

本实用新型试验装置具体应用如下：

1.计算确定PWM值的占空比及频率与流量关系：

接通电源电路，系统初始化后进入工作状态，显示装置9进入人机交互界面，首先，在显示装置9选择PWM调节流量的试验模式，在此模式下需要输入的信号有PWM值的占空比和频率，流量传感器和压力传感器采集流量和压力信号。操作过程：首先保持占空比为固定值不变，改变频率，记录30s时间内的流量，多次测量取平均值，绘制出频率值与流量的曲线，并得到关系式；保持频率值保持不变，改变占空比，记录30s时间内的流量，多次测量取平均值，绘制出占空比与流量的曲线，并得到关系式。并可以对比占空比和频率对流量和压力的影响明显程度。

2.根据PWM值的频率及占空比确定流量调节范围

通过显示装置9按从小到大的顺序依次输入PWM信号的占空比和频率值，在各个输入值下测量雾滴直径，并做记录，取雾滴直径符合喷雾作业要求时PWM信号的频率和占空比作为流量调节的初始值，将信号值依次增加至最大，得到流量的最大值，初始值与最大值即为流量的调节范围。

3.计算确定PWM值与雾滴直径、雾锥角及喷雾量的关系

以试验2测得的PWM信号初始值为起始值，依次增大PWM信号至100%，在各个值下测量雾滴直径、雾锥角、雾量分布，得出PWM信号对雾滴直径、雾锥角、雾量分布的影响关系。

4.计算确定实时喷量与理论喷量之间关系

接通电源电路，系统初始化后进入工作状态，显示装置9进入人机交互界面，选择模拟作业模式，显示装置9显示的参数有作业速度输入值、实测作业速度、亩喷量、流量、压力。首先通过显示装置9输入作业速度，控制器10驱动电机13，电机13带动齿轮11转动，速度传感器12通过感应齿轮11轮齿的接近和离开产生高低电平信号，并将信号传输至控制器10，速度传感器12检测的速度认定为作业组度，通过显示装置9输入亩喷量，控制器根据PWM信号与流量的关系产生控制电动泵2的信号，流量与压力传感器4实时测量喷雾流量与压力，控制器10根据反馈的流量值实时调节PWM信号，使得实时流量与理论流量匹配。

以上仅描述了本实用新型的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述作出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于或囊括电动泵转速调节的精确变量喷雾试验装置，其特征在于：包括喷雾参数采集装置、作业速度模拟装置、喷雾结构、显示装置和控制器（10）；作业速度模拟装置包括速度传感器；喷雾结构包括依次连接的药液箱（1）、电动泵（2）、压力罐（5）和输药管（6），输药管（6）上设有一个以上喷头（7）；喷雾参数采集装置包括设置在压力罐（5）入口处的流量传感器（3）和安装在压力罐（5）上的压力传感器（4）；控制器（10）连接显示装置、流量传感器（3）、压力传感器（4）和速度传感器（12）。

2.根据权利要求1所述的精确变量喷雾试验装置，其特征在于：作业速度模拟装置包括电机（13）、与电机（13）连接的齿轮（11）和与齿轮(11)连接的速度传感器(12)。

3.据权利要求1述的精确变量喷雾试验装置，其特征在于：控制器为单片机，单片机输入端连接A/D转换电路及电源电路，单片机输出端连接用于控制电动泵的PWM驱动电路和与显示装置连接的通讯电路，A/D转换电路连接到压力传感器、速度传感器及流量传感器。

4.根据权利要求1所述的精确变量喷雾试验装置，其特征在于：电动泵（2）为一个以上并联的电动隔膜泵。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的精确变量喷雾试验装置，其特征在于：显示装置为触控输入显示装置。

6.根据权利要求2或3或4所述的精确变量喷雾试验装置，其特征在于：其还包括有工作台，药液箱（1）、电动泵（2）、压力罐（5）及显示装置均通过螺栓固定在工作台上部，电机（13）、速度传感器(12)和控制器（10）均通过螺栓固定在工作台下部。

7.根据权利要求6所述的精确变量喷雾试验装置，其特征在于：工作平台由型钢焊接而成。