CN220512020U - 一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置 - Google Patents

Abstract

一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置，涉及农药喷洒技术领域，包括移动机器人平台，移动机器人平台上设有喷洒装置，喷洒装置用于喷洒农药，高压静电发生装置设置在移动机器人平台上，高压静电发生装置包括有高频逆变电路和充电电极，充电电极设置在喷洒农药上，本方案通过在移动机器人平台上设置有高压静电发生装置，使得在喷洒农药时，可通过单片机上控制倍压整流电路向充电电极输出高精度的高压直流电，这样可以让充电电极在压力式喷嘴处产生一个强电场区域，当压力式喷嘴进行喷淋时，其雾化药液就可以穿过这个强电场区域，这样可以让药液带上电荷，从而让农药的利用效率能够得到提升。

Description

一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置

技术领域

本实用新型涉及农药喷洒技术领域，更具体地说，涉及一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置。

背景技术

当今，我国在农业领域仍存在着过度使用农药、农药利用效率低下等问题，由此导致的农产品农药残留问题、环境污染问题越来越多地受到人们的关注。对药液进行雾化、使药液带电是提高农药利用效率、降低农药残留的有效途径之一，高压静电技术的应用已经渗透到了农药静电喷施领域。目前常见的雾滴充电方式有三种，即感应式充电、接触式充电和电晕式充电，本装置使用的感应充电是静电喷雾技术中的主要方法，充电电压一般在10kV以下,其原理为：将高压静电发生器与喷嘴上的充电电极直接相连，使电极内部产生高压静电场，电极表面设有绝缘层。在药液被抽到喷嘴处时，尚未完全破裂的液膜通过电极表面，由于静电感应原理，与电极极性相反的电荷就会被吸引到液膜表面，液膜破裂后雾滴便带上与电极相反极性的电荷，从而实现药液雾化、带电。

带电的药液雾滴在靶标上环抱吸附效果良好，而目前的技术应用鲜少将农药靶向喷施机与高压静电发生装置进行结合，所以，鉴于现有技术缺陷，特提出一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置。

实用新型内容

本实用新型旨在于提出一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置，使得可以将农药靶向喷施机与高压静电发生装置进行结合，让雾化的药液在靶向喷施中能够带电，从而起到提高农药利用效率、降低农药残留的作用。

本实用新型提供了一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置，移动机器人平台，移动机器人平台上设有喷洒装置，喷洒装置用于喷洒农药；

高压静电发生装置，高压静电发生装置设置在移动机器人平台上，高压静电发生装置包括有高频逆变电路和充电电极，充电电极设置在喷洒农药上，高压静电发生装置通过高频逆变电路能够将低压直流电源转换成千伏级的高压直流电，充电电极用于让喷洒的雾化药液带电；

控制装置，控制装置设置在移动机器人平台上，喷洒装置和高压静电发生装置与控制装置相连，控制装置用于控制高压静电发生装置和喷洒装置的启停。

优选的：控制装置2包括有单片机和触摸显示屏，触摸显示屏用于让用户查看或设计高压值数据，单片机与高频逆变电路相连，高频逆变电路的输出电压能够被单片机调整和控制。

优选的：高压静电发生装置还包括有低压直流电源、倍压整流电路、电源电路以及输出反馈电路，低压直流电源分别与电源电路以及高频逆变电路相连，高频逆变电路与备压整流电路相连，倍压整流电路与高频逆变电路相连，其中电源电路用于对低压直流电源进行降压，高频逆变电路用于对低压直流电源的电压进行升压，倍压整流电路用于电压整流并增加输出电压。

优选的：倍压整流电路与输出反馈电路相连，输出反馈电路与单片机相连，反馈电路相连用于获取倍压整流电路的高压直流电，然后在传回至单片机。

优选的：移动机器人平台上设置有箱体，其中高频逆变电路、倍压整流电路、电源电路、低压直流电源、输出反馈电路安装于移动机器人平台一侧的箱体内，触摸显示屏通过连接件安装箱体的外侧上。

优选的：充电电极由环状电极和针状电极组合而成，针状电极和环状电极分别与倍压整流电路的正负输出端相连。

优选的：喷洒装置包括有水泵、药箱、三根水管、三个电磁阀、三个压力式喷嘴，三个压力式喷嘴与三根水管的出水端相连，三个电磁阀分别与三根水管的进水端相连，电磁阀与水泵相连，水泵与药箱相连，充电电极设置在压力式喷嘴上。

优选的：水管上分别安装有舵机，舵机与控制装置上的单片机相连，控制装置用于控制舵机带动水管旋转动作，在旋转时就可以改变喷嘴的喷射方向。

优选的：电磁阀与单片机之间设置有继电器，继电器用于让单片机控制电磁阀的启闭。

本实用新型的有益效果为：

1.相比较现有技术，本方案通过在移动机器人平台上设置有高压静电发生装置，使得在喷洒农药时，可通过单片机上控制倍压整流电路向充电电极输出高精度的高压直流电，这样可以让充电电极在压力式喷嘴处产生一个强电场区域，当压力式喷嘴进行喷淋时，其雾化药液就可以穿过这个强电场区域，电场的作用会导致药液中的分子离解和电离，从而使药液带上电荷，从而让农药的利用效率能够得到提升。

2.本方案通过在移动机器人平台上设置有舵机，其中舵机可以对喷嘴的喷射高度以及角度进行控制和调整，这使得移动机器人的喷射能够更全面地覆盖目标区域，从而实现更精细的施药和喷洒。

附图说明：

图1为本实用新型的一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置结构示意图。

图2为本实用新型的一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置系统示意图。

图1-图2中：1-移动机器人平台；2-控制装置；3-喷洒装置；4-高压静电发生装置；5-舵机；6-水管；7-低压直流电源；8-高频逆变电路；9-倍压整流电路；10-充电电极；11-电源电路；12-输出反馈电路；13-继电器；14-电磁阀；15-水泵；16-压力式喷嘴；17-药箱。18-单片机；19-触摸显示屏。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如附图1至附图2所示：一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置4，包括一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置4，包括移动机器人平台1，移动机器人平台1上设置有控制装置2和喷洒装置3和高压静电发生装置4，控制装置2分别与移动机器人平台1、喷洒装置3和高压静电发生装置4连接，移动机器人平台1具体采用松灵机器人SCOUT2.0全能型线控底盘，通过小车的寻迹系统实现小车在果园中按照固定路线运动；控制装置22包括有STM32单片机18和触摸显示屏19，其中控制装置2可采用意法半导体基于ARM先进架构Cortex-M3内核的32位微控制器STM32F103作为主控制器，该款单片机18芯片内部集成了3个ADC和2个DAC资源，外部丰富的外设极大简化了系统硬件结构开发，并且，高达72M的工作频率可以满足本装置所需的高精度PWM输出，其优异的实时性能可以保障输出电压的及时反馈和PWM占空比调节，对功耗控制保障了本装置的高效设计。

此外，触摸显示屏19采用RS-485总线，利用MODBUS协议，完成与STM32单片机18的数据通信，这样可以让用户在触摸显示屏19上设定或查看高压值数据、显示装置的工作状态以及控制高压静电发生装置4和喷洒装置3的启停。可以理解，为方便操控触摸显示屏19，其中触摸显示屏19可以被设置在移动机器人平台1的外侧。

进一步地，喷洒装置3包括有水泵15、药箱17、三根水管6、三个电磁阀14、三个压力式喷嘴16和三个舵机5，三个压力式喷嘴16与三根水管6的出水端相连，三个电磁阀14分别与三根水管6的进水端相连，电磁阀14与水泵15相连，水泵15与药箱17相连，这样可以让药箱17中的药液通过水泵15输送至水管6中，然后在由电磁阀14控制药液是否进行喷洒。同时，考虑到农药的精准喷洒需求，需要及时调整水管6上压力式喷嘴16高度和角度，因此，在三根水管6上分别安装有三个舵机5，舵机5与控制装置2上的单片机18相连，控制装置2用于控制舵机5带动水管6旋转动作，在旋转时就可以改变喷嘴的喷射方向，从而也能满足农药的精准喷洒需求。此外，当移动机器人平台1没有到达喷洒位置时，需要让喷嘴处于关闭状态，因此在电磁阀14与控制装置2之间设置有继电器13，继电器13用于让控制装置2上的单片机18控制电磁阀14的启闭，当需要喷洒农药时，控制装置2通过继电器13让电磁阀14开启，此时水泵15将药箱17中的药液输送至压力式喷嘴16处喷洒，同理，当不需要进行喷洒时，可以控制电磁阀14关闭。

进一步地，高压静电发生装置4包括低压直流电源7、高频逆变电路8、倍压整流电路9、充电电极10、电源电路11、以及输出反馈电路12，低压直流电源7具体为32V的低压直流电源7，电源电路11可采用LM2596多路输出电源模块将32V左右的低压直流电分别降压至3.3V、5V、12V，其中3.3V为STM32F103供电，5V及12V作为辅助电源，而32V的低压直流电源7直接为高频逆变电路8提供能量。低压直流电源7分别与电源电路11以及高频逆变电路8相连，高频逆变电路8与备压整流电路和单片机18相连，其中低压直流电源7VDD的电能通过由PWM控制的推挽逆变电路转化为交流电VAC1，并送入高频逆变电路8升压，然后再通过倍压整流电路9得到预先设定好的千伏级高压直流电；

此外，倍压整流电路9还与输出反馈电路12相连，输出反馈电路12与STM32单片机18相连，充电电极10设置在压力式喷嘴16上，充电电极10还与倍压整流电路9还相连，这样可以将获取的高压直流电经过输出反馈电路12传回至单片机18的ADC引脚，然后在由单片机18上控制高频逆变电路8和备压整流电路，可以向向充电电极10输出高精度的高压直流电，(其中需要注意的是，单片机18可以由植被的虫害情况或者单片机18上预设的程序、来调整和控制高压直流电的输出大小，例如现有的常规技术手段：脉冲宽度调制(PWM)控制，通过调整PWM信号的占空比，可以控制输出电路中的平均电压或电流，或者采用传感器数据采集和处理：通过连接传感器到单片机的输入引脚，可以采集环境参数(如温度、湿度、光照强度等)或其他设备状态。单片机可以读取这些传感器数据，并根据设定的逻辑进行处理和判断)，然后充电电极10就可以在压力式喷嘴16处产生一个强电场区域，当压力式喷嘴16进行喷淋时，其雾化药液就可以穿过这个强电场区域，电场的作用会导致药液中的分子离解和电离，从而使药液带上电荷，这样也就可以农药的利用效率能够得到提升。

进一步地，为便于对以上电路设备进行保护，其中在移动机器人平台1上设置有箱体，其中高频逆变电路8、倍压整流电路9、电源电路11、低压直流电源7、输出反馈电路12安装于移动机器人平台1一侧的箱体内，触摸显示屏19通过连接件安装箱体的外侧上。更进一步地，为方便对目标区域内的树木进行识别，其中在移动机器人平台1上还设置有至少1个摄像头，其中摄像头与单片机18相连，这样可以让摄像头采集到的图像信息可以上传至单片机18中分析，然后在由单片机18控制压力式喷嘴16进行带电喷洒。

进一步地，充电电极10由环状电极和针状电极组合而成，具体地，环状电极的内部嵌入一个细长的针状电极，并与环状电极相连，针状电极可以从环状电极的中央突出设置，这样可以形成一个局部的电场集中区域。同时，针状电极和环状电极分别与倍压整流电路9的正负输出端相连，这样可以让备压整流电路提供高电压，使其充电电极10处能够形成电场区域。

进一步地，上述的低压直流电源7、高频逆变电路8、倍压整流电路9、电源电路11、低压直流电源7以及输出反馈电路12均为现有的常规设备，例如低压直流电源7可以使用现有的直流电源模块或直流电源供应器，高频逆变电路8可以使用开关电源模块或逆变器设备来实现，倍压整流电路9可以使用倍压整流电路9或电力变压器装置来完成，电源电路11可以包括滤波电路、电源保护装置等，输出反馈电路12可以使用传感器、检测电路和控制电路等组件来实现。

Claims (9)

1.一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置(4)，包括：

移动机器人平台(1)，所述移动机器人平台(1)上设有喷洒装置(3)，所述喷洒装置(3)用于喷洒农药；

高压静电发生装置(4)，所述高压静电发生装置(4)设置在移动机器人平台(1)上，所述高压静电发生装置(4)包括有高频逆变电路(8)和充电电极(10)，所述充电电极(10)设置在喷洒农药上，所述高压静电发生装置(4)通过高频逆变电路(8)能够将低压直流电源(7)转换成千伏级的高压直流电，所述充电电极(10)用于让喷洒的雾化药液带电；

控制装置(2)，所述控制装置(2)设置在移动机器人平台(1)上，所述喷洒装置(3)和高压静电发生装置(4)与控制装置(2)相连，所述控制装置(2)用于控制高压静电发生装置(4)和喷洒装置(3)的启停。

2.根据权利要求1所述的一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置(4)，其特征在于：所述控制装置(2)2包括有单片机(18)和触摸显示屏(19)，触摸显示屏(19)用于让用户查看或设计高压值数据，所述单片机(18)与高频逆变电路(8)相连，高频逆变电路(8)的输出电压能够被单片机(18)调整和控制。

3.根据权利要求1所述的一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置(4)，其特征在于：所述高压静电发生装置(4)还包括有低压直流电源(7)、倍压整流电路(9)、电源电路(11)以及输出反馈电路(12)，低压直流电源(7)分别与电源电路(11)以及高频逆变电路(8)相连，高频逆变电路(8)与备压整流电路相连，倍压整流电路(9)与高频逆变电路(8)相连，其中电源电路(11)用于对低压直流电源(7)进行降压，所述高频逆变电路(8)用于对低压直流电源(7)的电压进行升压，所述倍压整流电路(9)用于电压整流并增加输出电压。

4.根据权利要求3所述的一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置(4)，其特征在于：所述倍压整流电路(9)与输出反馈电路(12)相连，输出反馈电路(12)与单片机(18)相连，反馈电路相连用于获取倍压整流电路(9)的高压直流电，然后在传回至单片机(18)。

5.根据权利要求1所述的一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置(4)，其特征在于：所述移动机器人平台(1)上设置有箱体，其中高频逆变电路(8)、倍压整流电路(9)、电源电路(11)、低压直流电源(7)、输出反馈电路(12)安装于移动机器人平台(1)一侧的箱体内，触摸显示屏(19)通过连接件安装箱体的外侧上。

6.根据权利要求1所述的一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置(4)，其特征在于：所述充电电极(10)由环状电极和针状电极组合而成，针状电极和环状电极分别与倍压整流电路(9)的正负输出端相连。

7.根据权利要求1所述的一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置(4)，其特征在于：所述喷洒装置(3)包括有水泵(15)、药箱(17)、三根水管(6)、三个电磁阀(14)、三个压力式喷嘴(16)，所述三个压力式喷嘴(16)与三根水管(6)的出水端相连，所述三个电磁阀(14)分别与三根水管(6)的进水端相连，所述电磁阀(14)与水泵(15)相连，所述水泵(15)与药箱(17)相连，所述充电电极(10)设置在压力式喷嘴(16)上。

8.根据权利要求7所述的一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置(4)，其特征在于：所述水管(6)上分别安装有舵机(5)，舵机(5)与控制装置(2)上的单片机(18)相连，控制装置(2)用于控制舵机(5)带动水管(6)旋转动作，在旋转时就可以改变喷嘴的喷射方向。

9.根据权利要求7所述的一种用于农药靶向喷施的数控高压静电发生装置(4)，其特征在于：所述电磁阀(14)与单片机(18)之间设置有继电器(13)，继电器(13)用于让单片机(18)控制电磁阀(14)的启闭。