CN210746867U - 一种基于pid控制器的农药喷洒装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于PID控制器的农药喷洒装置，通过农药流量采集模块的流量传感器采集农药喷洒泵喷洒的农药流量；喷洒农药量控制模块将农药流量的实际测量值与流量设定值相比较得到的偏差信号，输入至PID控制器；农药泵驱动模块根据PID控制器输出的控制信号，驱动农药喷洒泵输送期望的农药流量。本实用新型可定时定量精确控制农药的喷洒，从而节省农药，提高生产效率。

Description

一种基于PID控制器的农药喷洒装置

技术领域

本实用新型属于自动化工业控制领域，涉及一种基于PID控制器的农药喷洒装置。

背景技术

在植物大棚中，为了消灭农作物上的害虫，保障植物大棚中农作物的高产量生长，需要对农作物进行农药的喷洒。由于我国是农业大国，我国的植物大棚数量已居世界前列，但是由于我国落后的施药技术，使得农作物农药的喷洒效率较低，农药喷洒装置依然有许多需要改进的地方。

多数的农药喷洒装置是以人工控制模式为主要手段的，这种喷洒控制方式主要是依靠喷洒人员多年的喷洒经验来操作，要是一个没有经验的人员来实施，操作效率则会大幅度降低，而且这样的喷洒控制方式也会造成农药的不合理利用，农作物的喷洒不均匀等。除此之外，人工喷洒对人员的要求较为严格，工作强度大；由于喷洒人员和农药是直接接触的，这样农药会对人员的身体造成严重伤害；而且这种操作方式是由操作人员缓慢前进来实行的，故其效率较低。

目前多数农药喷洒装置也都很粗糙简陋，在对农药的喷洒过程中不会因农作物的生长情况喷洒相应的农药，导致对农作物农药的喷洒不均匀，也达不到定时定量喷洒农药的目的，不仅造成了农药的不合理利用，还会影响到农作物的产量，甚至还会对大棚中的土地造成化学污染。

实用新型内容

为克服现有农药喷洒装置存在的问题，本实用新型提供一种基于PID控制器的农药喷洒装置，该装置可定时定量精确控制农药的喷洒，从而节省农药，提高生产效率。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种基于PID控制器的农药喷洒装置，包含：

农药泵驱动模块，对农药喷洒泵进行驱动；

农药流量采集模块，其通过流量传感器对农药喷洒泵喷洒的农药流量进行采集，得到农药流量的实际测量值；

喷洒农药量控制模块，其与所述农药流量采集模块连接以接收农药流量的实际测量值；所述喷洒农药量控制模块设有比较器和PID控制器；所述比较器将实际测量值与流量设定值相比较得到的偏差信号，输入至PID控制器；PID控制器输出的控制信号，传递至与所述喷洒农药量控制模块连接的所述农药泵驱动模块，驱动农药喷洒泵输送期望的农药流量。

可选地，所述农药泵驱动模块的输入是所述喷洒农药量控制模块输出的控制信号；所述农药泵驱动模块的输出为直流电压信号。

可选地，所述农药流量采集模块，设有A/D转换模块与所述流量传感器相连接，将所述流量传感器输出的农药流量的实际测量值进行模数转换得到相应的数字量信号，并传输至所述喷洒农药量控制模块。

可选地，所述喷洒农药量控制模块使用微处理器，来构建比较器及PID控制器。

可选地，所述微处理器的型号为ATMEGA2560。

可选地，所述微处理器的PWM输出模块对与其连接的继电器的通断进行控制，进而对与所述继电器连接的所述农药喷洒泵的运行与停止进行控制。

可选地，所述农药泵驱动模块设有电流控制单元及直流电源，与所述农药喷洒泵相连接；所述电流控制单元对所述农药喷洒泵的输入电压进行调整，使农药喷洒泵的转速变化，实现输出流量的变化。

可选地，所述农药经隔膜泵输出的农药，经电磁阀、流量传感器输送到喷头。

可选地，所述农药喷洒泵是隔膜泵。

可选地，所述农药喷洒装置设置在植物大棚内自动运行的农药喷洒车上。

与现有技术相比，本实用新型实现一种低功耗、低成本的农药喷洒装置，采用PID算法后，提高了农药喷洒量的精度，减少了农药的浪费以及农药喷洒不均匀的现象，满足了农药喷洒质量的要求。

附图说明

图1是农药喷洒装置的系统结构图；

图2是PID控制器的系统设计图。

具体实施方式

本实用新型提供一种农药喷洒装置，包括：农药泵驱动模块、农药流量采集模块、喷洒农药量控制模块。

农药泵驱动模块，用以驱动喷洒农药用的隔膜泵。所述农药泵驱动模块以所述喷洒农药量控制模块的输出作为输入，输出为直流电压信号。隔膜泵的额定电压为24V直流电，通过改变电压的大小实现泵转速的变化，从而实现泵输出流量的变化。

农药流量采集模块，通过流量传感器的信号，对其进行A/D转换，变成数字量信号后传递至所述喷洒农药量控制模块，作为该喷洒农药量控制模块的输入。

喷洒农药量控制模块，以所述农药流量采集模块的输出为输入，将其与期望的农药喷洒量相比较，得出偏差信号，输入至PID控制器进行运算，运算后的输出信号传递至所述农药泵驱动模块，驱动隔膜泵输送期望的农药流量。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型作进一步地详细说明。

如图1所示，喷洒农药量控制模块的核心处理单元是ATMEGA2560微处理器，其采用RISC架构，指令实现更容易，指令并行执行程度更好，编译器的效率更高，可编程I/O口数量多达86个，充分满足用户需求，另外还具备JTAG接口、6个定时器/计数器、1个实时计数器、16个PWM通道、16个10位ADC通道、4个可编程串行USART口等，性能强、功耗低，是开发本装置的合适选择。

流量传感器采集流量信号，经过A/D转换模块处理后在ATMEGA2560微处理器内与预设的流量值进行比较，得出偏差信号，再经过PID算法的运算，最后输出控制信号至电流控制单元，进而控制隔膜泵的转速大小，输出期望的流量。

隔膜泵的运行与停止也通过ATMEGA2560微处理器来控制，由ATMEGA2560微处理器的PWM输出模块控制继电器的通断来实现。农药经隔膜泵输出后，再经电磁阀、流量传感器，最后到达喷头喷洒出来。

本实施例以ATMEGA2560微处理器构建PID控制器，对农药喷洒量的控制采用PID控制算法实现。PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

图2所示在PID控制器的系统设计中，r(t)指流量设定值，e(t)是输入控制器的偏差信号，c(t)是通过流量传感器测得的流量实测值，u(t)是控制器输出的控制量，被控对象具体指的是隔膜泵。当流量实测值c(t)与流量设定值r(t)存在偏差时，即产生偏差信号e(t)，e(t)经PID运算(比例环节、积分环节、微分环节)后输出控制量u(t)，对隔膜泵的流量进行控制，使隔膜泵产生的流量接近于流量设定值，从而达到精确控制的目的。

综上所述，基于实用、高效、经济、环保的产品理念，本实用新型提供一种农药喷洒装置，其适用于植物大棚且轻便高效，可以整体装设在可自动运行的农药喷洒车上。本实用新型的装置基于PID控制算法，可实现对农药喷洒量的定时定量精确控制。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种基于PID控制器的农药喷洒装置，其特征在于，包含：

农药泵驱动模块，对农药喷洒泵进行驱动；

农药流量采集模块，其通过流量传感器对农药喷洒泵喷洒的农药流量进行采集，得到农药流量的实际测量值；

喷洒农药量控制模块，其与所述农药流量采集模块连接以接收农药流量的实际测量值；所述喷洒农药量控制模块设有比较器和PID控制器；所述比较器将实际测量值与流量设定值相比较得到的偏差信号，输入至PID控制器；PID控制器输出的控制信号，传递至与所述喷洒农药量控制模块连接的所述农药泵驱动模块，驱动农药喷洒泵输送期望的农药流量。

2.如权利要求1所述基于PID控制器的农药喷洒装置，其特征在于，所述农药泵驱动模块的输入是所述喷洒农药量控制模块输出的控制信号；所述农药泵驱动模块的输出为直流电压信号。

3.如权利要求1所述基于PID控制器的农药喷洒装置，其特征在于，所述农药流量采集模块，设有A/D转换模块与所述流量传感器相连接，将所述流量传感器输出的农药流量的实际测量值进行模数转换得到相应的数字量信号，并传输至所述喷洒农药量控制模块。

4.如权利要求1所述基于PID控制器的农药喷洒装置，其特征在于，所述喷洒农药量控制模块使用微处理器，来构建比较器及PID控制器。

5.如权利要求4所述基于PID控制器的农药喷洒装置，其特征在于，所述微处理器的型号为ATMEGA2560。

6.如权利要求4所述基于PID控制器的农药喷洒装置，其特征在于，所述微处理器的PWM输出模块对与其连接的继电器的通断进行控制，进而对与所述继电器连接的所述农药喷洒泵的运行与停止进行控制。

7.如权利要求1所述基于PID控制器的农药喷洒装置，其特征在于，所述农药泵驱动模块设有电流控制单元及直流电源，与所述农药喷洒泵相连接；所述电流控制单元对所述农药喷洒泵的输入电压进行调整，使农药喷洒泵的转速变化，实现输出流量的变化。

8.如权利要求1所述基于PID控制器的农药喷洒装置，其特征在于，所述农药经隔膜泵输出的农药，经电磁阀、流量传感器输送到喷头。

9.如权利要求1、6、7、8中任意一项所述基于PID控制器的农药喷洒装置，其特征在于，所述农药喷洒泵是隔膜泵。

10.如权利要求1所述基于PID控制器的农药喷洒装置，其特征在于，所述农药喷洒装置设置在植物大棚内自动运行的农药喷洒车上。

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