具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。
下面参考附图来描述本实用新型实施例提出的喷洒控制装置、喷洒系统和植保无人机。
图1是根据本实用新型实施例的喷洒控制装置的方框示意图。如图1所示,该喷洒控制装置包括水泵电机驱动模块10、流量检测器20、转速检测器40和微控制器30。
其中,水泵电机驱动模块10与水泵电机相连以对水泵电机例如水泵电机的转速进行控制。需要说明的是,水泵电机可设置在水泵内,水泵电机为水泵提供动力,使得水泵能够泵送液体。这样通过控制水泵电机的转速来控制水泵的泵送液体量,以蠕动泵为例,水泵电机可与水泵的泵管相连,水泵电机转动会挤压泵管,以使液体通过泵管向外泵出,由此蠕动泵可以泵送液体,并且水泵电机的转速越快,挤压泵管的速度越快,水泵泵送的液体流量越大。
流量检测器20通过检测流过水泵的液体流量以生成流量检测信号;转速检测器40通过检测水泵电机的转速以生成转速检测信号;微控制器30分别与流量检测器20、转速检测器40和水泵电机驱动模块10相连,微控制器30根据流量检测信号和转速检测信号获取水泵输送液体的实时流量值,并根据实时流量值对水泵电机驱动模块10进行控制,以调节水泵电机的转速。
也就是说,微控制器30的第一输入端通过信号线与流量检测器20的信号输出端相连以接收生成的流量检测信号,微控制器30的第二输入端通过信号线与转速检测器40的信号输出端相连以接收生成的转速检测信号,微控制器30的输出端通过信号线与水泵电机驱动模块10的输入端相连以利用水泵电机驱动模块10对水泵电机进行控制。
根据本实用新型的一个实施例,微控制器30可为STM32F103RCT6控制器。
具体来说,微控制器30是喷洒控制装置的核心控制部分,水泵电机驱动模块10是喷洒控制装置的执行单元,水泵电机则是喷洒控制装置的控制对象。流量检测器20可检测流过水泵的液体流量并输出流量检测信号给微控制器30,转速检测器40可检测水泵电机的转速并输出转速检测信号给微控制器30。微控制器30对接收到的流量检测信号和转速检测信号进行处理以计算出流过水泵的液体的实时流量值,并根据该实时流量值对水泵电机驱动模块10进行控制以调节水泵电机的转速,从而对水泵泵送的液体流量进行控制。
更具体地,当实时流量值小于预设的基准流量值时,微控制器30对当前电机控制信号进行转速提升调节,并输出调节后的电机控制信号给水泵电机驱动模块10,以使得水泵电机驱动模块10控制水泵电机的转速提升,从而增大通过水泵的液体流量;当实时流量值等于预设的基准流量值时,微控制器30保持当前电机控制信号不变,可以输出当前电机控制信号给水泵电机驱动模块10,以使得水泵电机驱动模块10控制水泵电机的转速保持当前转速,从而使通过水泵的液体流量保持不变;当实时流量值大于预设的基准流量值时,微控制器30对当前电机控制信号进行转速降低调节,并输出调节后的电机控制信号给水泵电机驱动模块10,以使得水泵电机驱动模块10控制水泵电机的转速降低,从而减小通过水泵的液体流量。
需要说明的是,微控制器30不限于仅根据实时流量值对水泵电机驱动模块10进行控制,还可根据其他与实时流量值相关的参数例如流速值对水泵电机驱动模块10进行控制。
由此,本实用新型实施例的喷洒控制装置,可准确控制流过水泵的液体流量,达到准确控制喷洒过程中液体喷洒量的目的,满足农业精细化要求。
在本实用新型的一个实施例中,微控制器30根据流量检测信号对应的第一流量值和转速检测信号对应的第二流量值获取水泵输送液体的实时流量值。
具体地,微控制器30可将第一流量值减去第二流量值以获取第一流量值与第二流量值之间的流量差值,并对所述流量差值进行判断,其中,
如果流量差值的绝对值小于或等于预设阈值,微控制器30则根据预设关系获取实时流量值,例如,可以直接选取第一流量值作为实时流量值,或者也可以直接选取第二流量值作为实时流量值;
如果流量差值的绝对值大于预设阈值,则说明第一流速值和第二流速值相差较大,在这种情况下,进一步判断流量差值是否为正数,如果流速差值是正数,则说明转速检测器存在异常,微控制器30选取第一流量值作为为实时流量值,如果流量差值是负数,则说明流量检测器存在异常,微控制器30选取第二流量值作为实时流量值。
需要说明的是,微控制器30可预存流量检测信号与第一流量值之间的对应关系,这样,微控制器30在接收到的流量检测信号后可根据流量检测信号与第一流量值之间的对应关系计算获得第一流量值;并且,微控制器30可预存转速检测信号与第二流量值之间的对应关系,这样,微控制器30在接收到的转速检测信号后可根据转速检测信号与第二流量值之间的对应关系计算获得第二流量值。
进一步地,根据本实用新型的一个实施例,如图2所示,喷洒控制装置还包括:输入模块50。其中,输入模块50与微控制器30相连,输入模块50用于接收用户输入的基准流量值,其中,微控制器30对基准流量值与实时流量值进行比较以生成电机控制信号,并输出该电机控制信号至水泵电机驱动模块10进行控制,使得水泵电机驱动模块10对水泵电机的转速进行控制。
也就是说,基准流量值可由用户根据实际需求自行设定。在用户向输入模块50输出基准流量值之后,输入模块50可将基准流量值发送给微控制器30,微控制器30可将基准流量值与实时流量值进行比较,并根据比较结果对当前电机控制信号进行调节以生成调节后的电机控制信号,以及输出该电机控制信号至水泵电机驱动模块10进行控制,使得水泵电机驱动模块10对水泵电机的转速进行控制。
其中,根据本实用新型的一个具体示例,电机控制信号可为PWM(Pulse WidthModulation,脉冲宽度调制)信号。需要说明的是,微控制器30可根据基准流量值与实时流量值对PWM信号的占空比进行调节,以对水泵电机进行控制。
根据本实用新型的一个实施例,流量检测器20包括流量传感器。其中,流量传感器可为转子流量传感器、涡轮流量传感器或差压式流量传感器以及其他接触式或非接触式流量传感器。
例如,以转子流量传感器中的霍尔流量传感器为例,液体从霍尔流量传感器的进水口流入并从霍尔流量传感器的出水口流出,当液体流入霍尔流量传感器进水口时,水流会推动霍尔流量传感器内部的涡轮上面的磁性转子转动,产生不同磁极的旋转磁场,切割磁感应线,产生具有高低电平的脉冲信号。由于霍尔流量传感器输出的脉冲信号的频率与磁性转子的转速成正比,且转子的转速又与液体流量成正比,所以微控制器30可根据该脉冲信号中的脉冲个数与液体流量之间的关系式计算第一流量值,具体地,微控制器30可根据以下公式计算第一流量值:Q1=kS,其中,Q1为第一流量值,Q1的单位是mL/s(每秒的流量值),K是比例系数,K的单位是mL/个(毫升/个),S为流量检测器每秒钟输出的脉冲个数,S的单位是s/个(每秒的脉冲个数)。
又如,以差压式流量传感器为例,差压式流量传感器的信号输出端与微控制器30的一个AD口(即模拟数字转换接口)相连,差压式流量传感器输出模拟差压信号(例如模拟差压值)至微控制器30,微控制器将接收到的模拟差压信号(例如模拟差压值)转换为数字信号(例如数字差压值),并根据数字信号和预设的比例关系计算第一流量值。
根据本实用新型的一个实施例,转速检测器40包括转速传感器,其中,转速传感器可为红外转速传感器、霍尔转速传感器或磁电编码转速传感器等。
以霍尔转速传感器为例,霍尔转速传感器输出的信号是脉冲信号,当脉冲信号输出到微控制器30时,微控制器30先计算出单位时间内脉冲信号的脉冲个数,在根据转速V与单位时间内脉冲信号的脉冲个数M之间的关系计算出水泵电机驱动模块10的转速,具体地,微控制器30可根据以下公式计算水泵电机驱动模块10的转速:V=M/k,其中,V是水泵电机驱动模块10的转速,V的单位是r/s(每秒的转速),M是每秒脉冲信号中的脉冲个数,k是比例系数,k的单位是个/转。
进一步地,微控制器30可根据转速V与液体流量之间的关系式计算第二流量值Q2,具体地,可根据以下公式计算第二流量值Q2:Q2=nV,n是比例系数,n的根据水泵电机驱动模块10转一圈的流量值确定,n的单位是mL/r(每转一圈的液体流量值),Q2是第二流量值,Q2的单位是mL/s(每秒的液体流量),V是水泵电机驱动模块10的转速,V的单位是r/s(每秒的转速)。
由此,微控制器30根据霍尔流量传感器输出的脉冲信号和霍尔转速传感器输出的脉冲信号判断实时流量值,可以很精确的获得流过水泵的实时流量值,然后微控制器30即可根据实时流速值利用水泵电机驱动模块10控制水泵电机的转速。
根据本实用新型的一些实施例,流量检测器20可设置在水泵的入液管道、入液口、出液管道或者出液口位置。在本实用新型的一个优选示例中,流量检测器20可设置在水泵的入液口或者出液口。
如上所述,在本实用新型的一个具体实施例中,流量传感器采用转子流量传感器中的霍尔流量传感器,转速传感器采用霍尔转速传感器。霍尔流量传感器生成的流量检测信号为第一脉冲信号,霍尔转速传感器生成的转速检测信号为第二脉冲信号;其中,微控制器对第一脉冲信号和第二脉冲信号分别进行计数,并根据第一脉冲信号的脉冲个数和第二脉冲信号的脉冲个数计算水泵输送液体的实时流量值。
具体来说,霍尔流量传感器的信号输出端与微控制器30的一个IO口(即输入输出接口)相连,霍尔转速传感器的信号输出端与微控制器30的另一个IO口相连,水泵电机驱动模块10与微控制器30的又一个IO口相连。微控制器30在接收到霍尔流量传感器输出的第一脉冲信号和霍尔转速传感器输出的第二脉冲信号之后,根据第一脉冲信号和第二脉冲信号计算水泵输送液体的实时流量值,并根据该实时流量值输出电机控制信号给水泵电机驱动模块10,由水泵电机驱动模块10控制水泵电机的转速。
具体来说,微控制器30可统计接收到的第一脉冲信号中的脉冲个数,并将第一脉冲信号中的脉冲个数乘以每个第一脉冲对应的流量值以获得第一流量值。并且,微控制器30可统计接收到的第二脉冲信号中的脉冲个数,并将第二脉冲信号中的脉冲个数乘以每个第二脉冲对应的转速值以获得水泵电机的转速,然后根据水泵电机的转速与第二流量值的对应关系计算第二流量值。
微控制器30将第一流量值减去第二流量值以获取第一流量值与第二流量值之间的流量差值,如果流量差值的绝对值小于或等于预设阈值,微控制器30可以直接选取第一流量值或第二流量值作为实时流量值,或者也可以将第一流量值与第二流量值的平均值作为实时流量值;如果流量差值的绝对值大于预设阈值,则进一步判断流量差值是否为正数,如果流速差值是正数,则微控制器30选取第一流量值作为为实时流量值,如果流量差值是负数,则微控制器30选取第二流量值作为实时流量值。
当实时流量值小于预设的基准流量值时,微控制器30输出比当前时刻占空比更高的PWM波给水泵电机驱动模块10,以便水泵电机驱动模块10控制有刷直流电机的转速提升;当实时流量值等于预设的基准流量值时,微控制器30输出与当前时刻占空比相同的PWM波给水泵电机驱动模块10,以便水泵电机驱动模块10控制有刷直流电机的转速保持不变;当实时流流值大于预设的基准流量值时,微控制器30输出比当前时刻占空比更小的PWM波给水泵电机驱动模块10,以便使水泵电机驱动模块10控制有刷直流电机的转速降低。
综上,根据本实用新型实施例提出的喷洒控制装置,通过流量检测器检测流过水泵的液体流量以生成流量检测信号,并通过转速检测器检测水泵电机的转速以生成转速检测信号,然后微控制器根据流量检测信号获取水泵输送液体的实时流量值,并根据实时流量值对水泵电机驱动模块10进行控制以调节水泵电机的转速,从而准确控制流过水泵的液体流量,达到准确控制喷洒过程中液体喷洒量的目的,满足农业精细化要求。
相似地,在本实用新型的另一些具体实施例中,流量传感器采用差压式流量传感器,转速传感器采用霍尔转速传感器。所述差压式流量传感器生成的所述流量检测信号为模拟差压信号,霍尔转速传感器生成的转速检测信号为第二脉冲信号;其中,微控制器对第二脉冲信号进行计数,并根据所述第二脉冲信号的脉冲个数和所述模拟差压信号计算所述水泵输送液体的实时流量值。
具体来说,差压式流量传感器的信号输出端与微控制器30的一个AD口(即模拟信号数字信号转换口)相连,霍尔转速传感器的信号输出端与微控制器30的一个IO口相连,水泵电机驱动模块10与微控制器30的又一个IO口相连。微控制器30在接收到差压式流量传感器输出的模拟差压信号和霍尔转速传感器输出的第二脉冲信号之后,根据模拟差压信号和第二脉冲信号计算水泵输送液体的实时流量值,并根据该实时流量值输出电机控制信号给水泵电机驱动模块10,由水泵电机驱动模块10控制水泵电机的转速。
本实用新型实施例还提出了一种喷洒系统。
图3是根据本实用新型实施例的喷洒系统的方框示意图。如图3所示,喷洒系统包括:水泵100、喷洒装置200和储液装置300以及上述的喷洒控制装置400。水泵100包括水泵电机,水泵电机为有刷直流电机或无刷直流电机;当所述水泵电机为无刷直流电机时,所述水泵电机驱动模块为电子调速器。
其中,水泵100分别通过管路与储液装置300和喷洒装置200相连,根据本实用新型的一个示例,水泵100的入液口可通过软管与储液装置300相连,水泵100的出液口可通过软管与喷洒装置200相连。水泵100用于泵送储液装置300中储存的液体,并通过喷洒装置200进行喷洒,需要说明的是,在农业应用领域,储液装置300可为储存液体农药剂的药箱,水泵100可输送液体农药剂,例如,在植保无人机中,水泵100可将液体农药剂从储液装置300即药箱中抽出并输送到植保无人机的喷洒装置200中,最后利用喷洒装置200将液体农药剂喷向作物。水泵100包括水泵电机,水泵电机用于为水泵提供动力,使得水泵100能够泵送液体。所述水泵电机可以为有刷直流电机或无刷直流电机。
喷洒控制装置400通过控制水泵100的转速以控制水泵100的泵送液体量。喷洒控制装置400可包括水泵电机驱动模块、流量检测器、转速检测器和微控制器等,水泵电机驱动模块与水泵100中的水泵电机相连以对水泵100进行控制,流量检测器可检测流过水泵100的液体流量以生成流量检测信号,转速检测器通过检测水泵电机的转速以生成转速检测信号,微控制器根据流量检测信号和转速检测信号获取水泵输送液体的实时流量值,并根据实时流量值输出电机控制信号给水泵电机驱动模块,有水泵电机驱动模块对水泵电机进行控制以调节水泵电机的转速。其中,水泵电机驱动模块与水泵100可集成设置。
在图4的示例中,储液装置300、喷洒控制装置400中的流量检测器20、水泵100和喷洒装置200通过软管依次连接,即流量检测器20设置在水泵100的入液口处,转速检测器40可检测水泵电机的转速。当水泵100的水泵电机转动起来时,存储在储液装置300内的液体农药剂会通过软管从流量检测器20的入液口流入,然后再从流量检测器20的出液口流出,接着,液体农药剂会流向水泵100的进水口,然后通过泵头从水泵100的出水口流出,最后通过喷洒装置200例如喷头喷出。
并且,在喷洒过程中,喷洒控制装置400根据流量检测器20输出的流量检测信号和转速检测器输出的转速检测信号控制水泵电机的转速,以控制水泵100的泵送液体量。
综上,根据本实用新型实施例提出的喷洒系统,通过喷洒控制装置控制水泵电机的转速以控制水泵的泵送液体量,从而准确控制流过水泵的液体流量,达到准确控制喷洒装置在喷洒过程中的喷洒量的目的,满足农业精细化要求。
本实用新型实施例又提出了一种植保无人机,该植保无人机包括上述的喷洒系统。
根据本实用新型实施例提出的植保无人机,通过上述喷洒系统可准确控制喷洒过程中的液体喷洒量,满足农业精细化要求。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本实用新型的限制,本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。