一種智能化低成本在線混藥裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能化低成本在線混藥裝置，由水箱、水泵、水比例溢流閥、水流量傳感器、噴霧壓力傳感器、噴施流量傳感器、高速開關(guān)電磁閥、噴頭、過濾器、單向閥、機(jī)組前進(jìn)速度霍爾傳感器、水泵輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器、差壓傳感器、藥液流量調(diào)節(jié)閥、藥液比例溢流閥、藥液注入泵、藥箱和控制器組成。在控制器作用下，利用藥液流量控制閥對藥流量進(jìn)行測控，結(jié)合各功能模塊，實現(xiàn)對藥流量、水流量、噴桿壓力的穩(wěn)定控制，可根據(jù)設(shè)定噴霧量和機(jī)組前進(jìn)速度在線調(diào)整混藥比，并可根據(jù)水流量變化來動態(tài)調(diào)節(jié)藥流量，從而使噴霧藥液濃度保持均勻穩(wěn)定。本發(fā)明混藥裝置智能化程度高、成本低、結(jié)構(gòu)簡單，可對農(nóng)藥和液體肥料在線實時混藥，可適用于恒定和變量噴霧的場合。
【專利說明】一種智能化低成本在線混藥裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能化低成本在線混藥裝置，屬于智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)的預(yù)混藥方式相比，在線混藥的特點是藥箱和水箱分離，工作時通過混藥裝置在線混藥。在線混藥裝置可以實現(xiàn)農(nóng)藥濃度根據(jù)病蟲害的嚴(yán)重程度按需變化，在病蟲害嚴(yán)重區(qū)域提高藥液濃度，在病蟲害較輕區(qū)域降低藥液濃度，達(dá)到根據(jù)病蟲害程度按需混藥。
[0003]在線混藥是當(dāng)前提高農(nóng)藥利用率、減小環(huán)境污染的最有效手段之一，也是提高農(nóng)藥使用安全性的最有效手段之一。藥水混合比的動態(tài)檢測和穩(wěn)定控制是在線混藥裝置保證噴霧濃度均勻穩(wěn)定的關(guān)鍵，考慮到噴霧機(jī)組作業(yè)過程中藥水混合比一般在1:300?1:500之間，因此，對農(nóng)藥的小流量高精度檢測是在線混藥裝置應(yīng)用到實際作業(yè)過程中必須解決的一個核心問題，尤其是目前市場上尚未見到能對農(nóng)藥小流量檢測的體積流量計，一些科里奧利質(zhì)量流量計雖能對農(nóng)藥流量進(jìn)行檢測，但高精度的傳感器價格很高，因此目前必須尋求農(nóng)藥的低成本、高精度計量手段。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中， 申請人:未發(fā)現(xiàn)綜合考慮能夠根據(jù)混藥比(藥和水的體積比或質(zhì)量比)和噴霧機(jī)組的前進(jìn)速度對藥和水流量在線精確控制的混藥裝置。對相近技術(shù)現(xiàn)有專利進(jìn)行檢索時發(fā)現(xiàn)，申請?zhí)枮?00510041334.4的中國專利I《一種噴霧機(jī)構(gòu)藥與水分離的方法》公開了噴霧機(jī)中農(nóng)藥和水分離的方法，在該方法中預(yù)先將農(nóng)藥和水分別存放在帶有刻度的容器中，對農(nóng)藥和水進(jìn)行精確計量，但該裝置無法實現(xiàn)自動化。專利2(申請?zhí)枮?00810027898)公開了一種《變量噴霧自動混藥裝置》，該裝置考慮一種或多種農(nóng)藥單獨(dú)或同時噴施、噴霧濃度實時變化的情況；專利3(申請?zhí)枮?01010132393.3)公開了《一種自動混藥裝置》，該裝置包括射流部分和螺旋部分，其特點是:農(nóng)藥和水分離單獨(dú)存放，并利用負(fù)壓和湍流混合原理實現(xiàn)農(nóng)藥和水的自動快速均勻混合，但該裝置無法實現(xiàn)對藥和水精確計量，無法實現(xiàn)對藥水混合比的精確控制，而藥水混合比在實際噴霧過程中直接關(guān)系到對病蟲害防治效果的一下重要指標(biāo)，直接關(guān)系到噴霧效果的實現(xiàn)，當(dāng)實際藥水混合比小于所要求混合比時，藥液濃度太小，達(dá)不到防治病蟲害目的，反之，藥液濃度過大，不僅對作物造成損傷，還會造成環(huán)境污染。專利4(申請?zhí)枮?01210585002.2)公開了《一種車載式混藥裝置》，主要考慮藥液和水分開存儲并實現(xiàn)在線均勻快速混合，但仍不能夠控制藥水混合比；專利5(申請?zhí)枮?9228118.0)公開了一種利用正壓和負(fù)壓原理進(jìn)行藥水混合的《混藥裝置》，該裝置主要包括盛水瓶、藥液袋和混藥液組成，在混藥器上設(shè)置了注水孔和吸液孔，工作時盛放在藥液袋中的農(nóng)藥經(jīng)過混藥器上縮頸部分時產(chǎn)生負(fù)壓，注水孔產(chǎn)生正壓，在正負(fù)壓共同作用下使得農(nóng)藥從藥液袋進(jìn)入混藥裝置實現(xiàn)藥、水混合。專利6(申請?zhí)枮?01310670806.7)公開了一種《植保機(jī)械噴藥系統(tǒng)動態(tài)比例混藥裝置》，考慮采用藥水二次混合的混藥方式，即將藥和水在初混箱進(jìn)行初次混合，然后通過比例混藥泵將初混液和水吸入噴施管道進(jìn)行二次混合(難于準(zhǔn)確控制藥水混合比)。專利7(申請?zhí)枮?00920202638.8)公開了一種《噴霧機(jī)用機(jī)械蠕動式混藥裝置》，該裝置將柱塞泵曲軸與安裝在凸輪上的滾柱形狀的壓輥采用同一動力軸帶動，使柱塞泵和蠕動管的流量同步變化，試圖實現(xiàn)定比動態(tài)混藥，但該裝置只能適用于固定藥水混合比的情況，不能對藥水混合比比進(jìn)行改變。
[0005]為了彌補(bǔ)上述不足，本發(fā)明采用流量調(diào)節(jié)閥對農(nóng)藥流量進(jìn)行測控，采用渦輪流量計對水流量進(jìn)行計量，提出了一種低成本智能化在線混藥裝置。該裝置可根據(jù)混藥比和噴霧機(jī)組的前進(jìn)速度自動在線精確控制藥和水流量，可在線調(diào)整藥水混合比，從而在線調(diào)整噴霧濃度，具有智能化，低成本，適用范圍廣，安裝方便的特點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種智能化低成本在線混藥裝置，以實現(xiàn)根據(jù)混藥比和噴霧機(jī)組的前進(jìn)速度自動在線精確控制藥和水流量，在線修改藥水混合比，在線改變噴霧濃度，并降低成本。
[0007]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的的具體技術(shù)方案如下:
[0008]一種智能化低成本在線混藥裝置，包括:水箱⑴、水泵⑵、水比例溢流閥⑶、水流量傳感器(4)、噴霧壓力傳感器(5)、噴施流量傳感器(6)、高速開關(guān)電磁閥(7)、連接于高速開關(guān)電磁閥(7)上的噴頭(8)、過濾器(9)、單向閥(10)、機(jī)組前進(jìn)速度霍爾傳感器(19)、車載計算機(jī)(20)、拖拉機(jī)動力輸出軸(17)、水泵輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器(18)、差壓傳感器(11)、藥液流量調(diào)節(jié)閥(12)、藥液比例溢流閥(13)、藥液注入泵(14)和藥箱(15)；
[0009]所述的水箱(I)材料為不透光的塑料；水箱底部和水箱側(cè)壁上距離水箱底部15cm的位置分別設(shè)置有出水口和水箱回流口，水箱頂部正中央設(shè)置有加水口 ；水箱(I)通過底部出水口與水泵⑵相連，同時通過側(cè)面的水箱回流口與水比例溢流閥(3)連接；所述的水泵(2)為隔膜泵，水泵進(jìn)液口通過管道與水箱底部的出水口相連；水泵出液口通過管道與水比例溢流閥(3) —端相連，同時與水流量傳感器(4)相連；水泵(2)的水泵軸與噴霧機(jī)組的拖拉機(jī)動力輸出軸(17)連接；
[0010]所述的藥箱(15)采用不透光的塑料制造，藥箱(15)底部和藥箱(15)側(cè)壁上距離藥箱(15)底部15cm的位置分別設(shè)置有出藥口和藥箱回流口，頂部正中央設(shè)置有加藥口 ；藥箱通過底部出藥口與藥液注入泵(14)相連，同時通過側(cè)面的藥箱回流口與藥比例溢流閥
(13)連接；
[0011]所述的水比例溢流閥(3) —端通過管道與藥箱回流口連接，另一端與水泵(2)和水流量傳感器(4)相連；水流量傳感器(4)的一端與水比例溢流閥(3)和水泵(2)連接，另一端與單向閥(10)和過濾器(9)連接；
[0012]其特征在于:還包括藥液流量調(diào)節(jié)閥(12)和控制器(16);藥箱(15)通過底部出藥口與藥液注入泵(14)相連，通過側(cè)面的藥箱回流口與藥比例溢流閥(13)連接；所述的藥液注入泵(14)的一端與藥箱底部的出液口相連，另一端同時與藥比例溢流閥(13)、差壓傳感器(11)和藥液流量調(diào)節(jié)閥(12)相連；所述的藥比例溢流閥(13) —端通過管道與藥箱回流口連接，另一端與藥液注入泵(14)、差壓傳感器(11)和藥液流量調(diào)節(jié)閥(12)同時相連；
[0013]所述的藥液流量調(diào)節(jié)閥(12)為一針閥，一端與藥液注入泵(14)、藥比例溢流閥
(13)及差壓傳感器(11)的一端相連，另一端同時與壓力調(diào)節(jié)閥(21)、單向閥(10)和差壓傳感器(11)的另一端連接；所述的差壓傳感器(11)兩端分別與藥液流量調(diào)節(jié)閥(12)的兩端連接；所述的單向閥(10)的一端與差壓傳感器(11)和藥液流量調(diào)節(jié)閥(12)連接，另一端通過管路同時與水流量傳感器(4)和過濾器(9)連接；所述的電磁閥(7) —端串聯(lián)著噴頭，另一端接對應(yīng)噴桿區(qū)的噴施流量傳感器；
[0014]所述的控制器(16)由控制器主機(jī)板(34)、PWM組件A (26)、PWM組件B (27)、通訊接口(33)、人機(jī)對話接口(31)、人機(jī)對話裝置(32)、電磁閥驅(qū)動電路(24)、模擬信號輸出通道(25)、車速檢測裝置(28)、壓力流量檢測裝置(30)和電源(29)組成；
[0015]所述的車速檢測裝置(28)由霍爾傳感器(47)、光電隔離(48)、脈沖整形器(49)組成；霍爾傳感器采集拖拉機(jī)車輪轉(zhuǎn)速信息和隔膜泵輸入軸轉(zhuǎn)速信息，輸出兩路脈沖信號，四元定時器組件(51)位于控制器主機(jī)板(34)內(nèi)；
[0016]PWM組件A(26)、PWM組件B(27)、通訊接口(33)、人機(jī)對話接口(31)分別設(shè)置在控制器主機(jī)板內(nèi)；模擬信號輸出通道(25)、車速檢測裝置(28)、壓力流量檢測裝置(30)和電源(29)分別與控制器主機(jī)板(34)連接；人機(jī)對話接口(31)連接人機(jī)對話裝置(32) ；PWM組件A (26)、PWM組件B (27)分別與電磁閥驅(qū)動電路(24)連接；壓力流量檢測裝置(30)由I/V變換電路(54)、壓力傳感器(55)和流量傳感器(56)組成。
[0017]所述的模擬信號輸出通道(25)共分為三路:第一路由水比例溢流閥(3)與藥液比例溢流閥(13)、集成電子單元A(39)、D/A轉(zhuǎn)換器A(40)和電平轉(zhuǎn)換器B(41)組成；第二路由藥液流量調(diào)節(jié)閥(12)、集成電子單元B(43)、D/A轉(zhuǎn)換器B(44)、電平轉(zhuǎn)換器C(45)組成；第三路由藥液注入泵(14)、電平轉(zhuǎn)換A(61)、D/A轉(zhuǎn)換器C(62)和驅(qū)動電路(63)組成。
[0018]所述的噴霧壓力傳感器(5)安裝在水流量傳感器(4)和單向閥(10)公共端處噴霧機(jī)藥水混合液的主管道上；所述的噴施流量傳感器(6) —端過濾器(9)和噴霧壓力傳感器(5)連接，另一端與各自噴桿區(qū)的3個電磁閥的公共端連接。
[0019]本發(fā)明通過使用水流量計對水流量進(jìn)行檢測，通過流量調(diào)節(jié)閥對藥流量進(jìn)行測控，根據(jù)作業(yè)過程中水流量的變化動態(tài)調(diào)節(jié)藥流量的大小，從而實現(xiàn)不同噴霧濃度和同一噴霧濃度下藥水混合比的穩(wěn)定和實時在線調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閥的節(jié)流特性分析可知，流過調(diào)節(jié)閥的流量Q的大小與流體密度P、調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)&，調(diào)節(jié)閥開度0，調(diào)節(jié)閥上游壓力？1和下游壓力P2的壓力差Λ P有關(guān)，SP，
[0020]Q= /o/VJPr Pl:人'…V(I)
V PV P
[0021]其中，N為常數(shù)。流量系數(shù)Kv隨閥門開度O的變化而變化?？紤]到噴霧作業(yè)時藥水體積比約為1:300?1:500,農(nóng)藥在藥水混合液中所占的份額較小，因此,可將藥水混合液的密度近似為水的密度，即在混藥過程中藥水混合液密度為一常數(shù)。結(jié)合式(I)可知，流過調(diào)節(jié)閥的農(nóng)藥流量只與流量調(diào)節(jié)閥上下游壓差和閥開度有關(guān)。因此，只要通過標(biāo)定建立流量與流量調(diào)節(jié)閥上下游壓差和閥開度間的關(guān)系模型，即可通過調(diào)節(jié)閥門開度來在線檢測和控制藥液的實際流量。對于水流量檢測采用市售渦輪流量計，通過精密控制水流量和藥流量即可實現(xiàn)對藥水混合比的精密控制，從而實現(xiàn)對混藥濃度的精確、穩(wěn)定控制。。
[0022]實際作業(yè)過程中，噴霧量需根據(jù)噴霧機(jī)組前進(jìn)速度進(jìn)行變化，在線混藥裝置的混藥量也必須隨噴霧量變化而變化。考慮到相鄰噴頭的霧量分布區(qū)域相互重疊，假定每個噴頭的霧量分布寬度都是噴霧機(jī)組噴幅除以噴頭數(shù)量，則實際變量噴施作業(yè)時，各噴頭在當(dāng)前噴施區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)噴霧量為
600 Wv
[0023]Q{)~- ~^——(2)
"10 000C/;
[0024]式中Qtl—噴頭目標(biāo)噴霧量，L/min ;QS—噴頭在當(dāng)前噴施區(qū)域的農(nóng)藥原液設(shè)定施用量，mL/hm2 ;C—藥水體積比，mL/L ;W—噴霧機(jī)組噴幅寬度，m ;V—噴霧機(jī)組前進(jìn)速度，m/s ；η一噴頭個數(shù)。
[0025]結(jié)合(2)式得，通過混藥裝置的流量調(diào)節(jié)閥提供的農(nóng)藥原液的目標(biāo)提供量為:
[0026]Q= /70,,= 60C⑶
丨丨10 000
[0027]式中Q—農(nóng)藥原液的目標(biāo)提供量，mL/min。
[0028]由(3)式可知，通過混藥裝置的流量調(diào)節(jié)閥提供的農(nóng)藥原液的目標(biāo)提供量與QS、W、η和V成正比。由調(diào)節(jié)閥流量關(guān)系表達(dá)式即可確定噴霧機(jī)組作業(yè)時的調(diào)節(jié)閥開度?；焖幈瓤筛鶕?jù)機(jī)組前進(jìn)速度在線修改，保證作業(yè)過程中噴霧濃度的連續(xù)穩(wěn)定。
[0029]本發(fā)明具有有益效果
[0030](I)本發(fā)明在對農(nóng)藥流量的檢測中，利用流量調(diào)節(jié)閥對流量進(jìn)行檢測和控制，而沒有使用高精度的流量計，降低了成本。(2)本發(fā)明通過控制器對機(jī)組前進(jìn)速度和水流量的動態(tài)檢測，對藥液流量進(jìn)行在線實時調(diào)節(jié)，使得混藥裝置不僅能根據(jù)作物病蟲害嚴(yán)重程度在線設(shè)置混藥比，還可根據(jù)機(jī)組前進(jìn)速度在線改變噴藥量和藥液濃度，大大提高了智能化程度。(3)本發(fā)明中各噴頭噴霧量可通過由PWM信號控制與噴頭相串聯(lián)的電磁閥的通斷時間來改變，PWM信號的占空比不同，噴霧量就不同，因此能在線改變噴霧量和混藥濃度，適用于任何大中小型噴霧機(jī)組，適用范圍廣。(4)在對藥液流量調(diào)節(jié)閥的標(biāo)定時，本發(fā)明只需在下游管路安裝一個壓力調(diào)節(jié)閥即可，壓力調(diào)節(jié)閥兩端通過螺紋與噴霧主管路連接，在標(biāo)定結(jié)束后，將壓力調(diào)節(jié)閥取下，換成兩端帶外螺紋的管道連接即可，因此，標(biāo)定方便，不需要專門的標(biāo)定裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為噴霧機(jī)混藥裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為混藥裝置的標(biāo)定示意圖；
[0033]圖3為該混藥裝置的控制器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4為該混藥裝置的控制器原理框圖；
[0035]其中:1_水箱；2-水泵；3_水比例溢流閥；4_水流量傳感器；5_噴霧壓力傳感器；6-噴施流量傳感器；7_高速開關(guān)電磁閥；8-噴頭；9_過濾器；10_單向閥；11_差壓傳感器；12-藥液流量調(diào)節(jié)閥；13_藥液比例溢流閥；14_藥液注入泵；15_藥箱；16_控制器；17_拖拉機(jī)動力輸出軸；18_水泵輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器；19_機(jī)組前進(jìn)速度霍爾傳感器；20_車載計算機(jī)；21_壓力調(diào)節(jié)閥；22_量筒；23_電子天平；24_電磁閥驅(qū)動電路；25_模擬信號輸出通道；26-PWM組件A ；27-PWM組件B ;28_車速檢測裝置；29_電源；30_壓力流量檢測裝置；31-人機(jī)對話接口 ；32_人機(jī)對話裝置；33_通訊接口 ；34_控制器主機(jī)板；35_固態(tài)繼電器；36-線驅(qū)動器A ；37-電平轉(zhuǎn)換器A ；38-通用I/O接口 A ;39_集成電子單元A ;40_D/A轉(zhuǎn)換器A ；41-電平轉(zhuǎn)換器B ；42-SPI串行接口 A ;43_集成電子單元B ;44_D/A轉(zhuǎn)換器B ;45_電平轉(zhuǎn)換器C ;46-SPI串行接口 B ;47_霍爾傳感器；48_光電隔離；49_脈沖整形器；50_電平轉(zhuǎn)換器D ;51_四元定時器組件；52-A/D轉(zhuǎn)換器A ;53_A/D轉(zhuǎn)換器B ;54_I/V變換電路；55_壓力傳感器；56_流量傳感器；57-CAN組件；58-CAN總線收發(fā)器；59_CAN接口 ；60_SPI串行接口 C ;61_電平轉(zhuǎn)換A ；62-D/A轉(zhuǎn)換器C ;63_驅(qū)動電路；64_通用I/O接口 B ;65_電平轉(zhuǎn)換B ；66-線驅(qū)動器B ；67-鍵盤及多位開關(guān)；68_外部擴(kuò)展總線；69_電平轉(zhuǎn)換C ;70_IXD接口。

【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一不詳細(xì)說明。
[0037]如圖1所示，本發(fā)明采用的智能化低成本在線混藥裝置主要包括:水箱1、水泵2、水比例溢流閥3、水流量傳感器4、噴霧壓力傳感器5、噴施流量傳感器6、高速開關(guān)電磁閥7、噴頭8、過濾器9、單向閥10、差壓傳感器11、藥液流量調(diào)節(jié)閥12、藥液比例溢流閥13、藥液注入泵14、藥箱15、控制器16、拖拉機(jī)動力輸出軸17、水泵輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器18、機(jī)組前進(jìn)速度霍爾傳感器19和車載計算機(jī)20。
[0038]所述的水箱采用不透光的塑料制造，水箱底部和水箱側(cè)壁上距離水箱底部15cm的位置分別設(shè)置有出水口和水箱回流口，頂部正中央設(shè)置有加水口 ；水箱一方面通過底部出水口與水泵2相連，另一方面同時通過側(cè)壁的水箱回流口與水比例溢流閥3連接。所述的水泵2為隔膜泵，水泵進(jìn)液口通過管道與水箱底部的出水口相連，水泵出液口通過管道與水比例溢流閥3的一端相連，同時與水流量傳感器4相連；水泵軸與噴霧機(jī)組的拖拉機(jī)動力輸出軸連接，在拖拉機(jī)動力輸出軸的驅(qū)動下，水經(jīng)水泵進(jìn)入管道中與來自于藥箱的藥液進(jìn)行充分均勻混合；水泵2在拖拉機(jī)動力輸出軸的驅(qū)動下，將水泵入管道中與來自于藥箱15的藥液進(jìn)行充分均勻混合。
[0039]所述的水比例溢流閥3選用德國博世力士樂股份公司生產(chǎn)的DBEE6-1X/50型先導(dǎo)式比例溢流閥，其一端通過管道與藥箱回流口連接，另一端同時與水泵2和水流量傳感器4相連，用于對噴桿壓力的穩(wěn)定控制；
[0040]所述的水流量傳感器4選用北京天宇恒創(chuàng)有限公司生產(chǎn)的LWGY-15型液體渦輪流量傳感器，用于對經(jīng)過噴桿內(nèi)水流量進(jìn)行計量，流量傳感器一端與水比例溢流閥3和水泵4連接，另一端與單向閥10和過濾器9連接；
[0041]所述的藥箱15采用不透光的塑料制造，藥箱底部和藥箱側(cè)壁上距離藥箱底部15cm的位置分別設(shè)置有出藥口和回流口，頂部正中央設(shè)置有加藥口 ；藥箱通過底部出藥口與藥液注入泵14相連，同時通過側(cè)面的回流口與藥比例溢流閥13連接；
[0042]所述的藥液注入泵14采用RS-360SH型齒輪泵，藥液注入泵14 一端與藥箱底部的出液口相連，另一端同時與藥比例溢流閥13和藥流量調(diào)節(jié)閥12相連，用于對藥在管路中的流動提供動力；
[0043]所述的藥比例溢流閥13選用德國博世力士樂股份公司生產(chǎn)的DBEE6-1X/50型先導(dǎo)式比例溢流閥，其通過管道一端與藥箱回流口連接，另一端與藥液注入泵14和藥流量調(diào)節(jié)閥12同時相連，用于對藥管路壓力的穩(wěn)定控制；
[0044]所述的藥液流量調(diào)節(jié)閥12為一針閥，用于對藥液流量進(jìn)行實時測控，其一端與藥液注入泵14、藥比例溢流閥13及差壓傳感器11的一端相連，藥液流量調(diào)節(jié)閥12另一端同時與單向閥10和差壓傳感器11的另一端連接；
[0045]所述的差壓傳感器11選用德國HELM公司的HM31HM31-3-A1-F0-W1差壓變送器，差壓變送器的兩端分別與藥液流量調(diào)節(jié)閥12兩端連接，用于對藥液流量調(diào)節(jié)閥12兩端的差壓進(jìn)行檢測；
[0046]所述的單向閥10 —端與差壓傳感器11和藥液流量調(diào)節(jié)閥12連接，另一端通過管路同時與水流量傳感器4和過濾器9連接，用于防止藥水混合液倒流入藥箱；
[0047]所述的過濾器9安裝在噴霧機(jī)藥水混合液的主管道上，用于對藥水混合液進(jìn)行過濾；
[0048]所述的噴霧壓力傳感器5選用北京天宇恒創(chuàng)有限公司生產(chǎn)的CYTlOl型壓力變送器，安裝在噴霧機(jī)藥水混合液的主管道上，用于對噴桿壓力進(jìn)行檢測；
[0049]所述的噴施流量傳感器6選用北京天宇恒創(chuàng)有限公司生產(chǎn)的4個LWGY-6型液體渦輪流量傳感器，用于對各噴桿區(qū)噴霧流量進(jìn)行檢測，各個流量傳感器一端與過濾器9和噴霧壓力傳感器5連接，另一端與各自噴桿區(qū)的3個電磁閥的公共端連接；
[0050]所述的電磁閥7選用6013型直動式電磁閥高速開關(guān)電磁閥，一端與其串聯(lián)的噴頭8連接，另一端接對應(yīng)噴桿區(qū)的噴施流量傳感器6，在控制器16作用下，高速開關(guān)電磁閥開啟和關(guān)閉，從而控制與其串聯(lián)的噴頭的工作狀態(tài)。當(dāng)電磁閥開啟時，藥水混合液經(jīng)電磁閥由相應(yīng)噴頭噴出；當(dāng)電磁閥關(guān)閉時，對應(yīng)噴頭停止工作；
[0051]所述的噴頭8選用德國Lechler公司生產(chǎn)的TR80-05型圓錐霧噴頭，分別連接到與其相串聯(lián)的高速開關(guān)電磁閥7上。
[0052]根據(jù)圖2所示，該發(fā)明一種智能化低成本在線混藥裝置中的藥液流量標(biāo)定系統(tǒng)由差壓傳感器11、藥液流量調(diào)節(jié)閥12、藥液比例溢流閥13、藥液注入泵14、藥箱15、控制器16、壓力調(diào)節(jié)閥21、量筒22和電子天平23組成。其中差壓傳感器11、藥液流量調(diào)節(jié)閥12、藥液比例溢流閥13、藥液注入泵14、藥箱15、控制器16之間的連接關(guān)系在上文已說明，在此不再重復(fù)。所述的壓力調(diào)節(jié)閥21連接到流量調(diào)節(jié)閥12的出口管路上，用于調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥12兩端的壓力差；所述的量筒放在藥液出口管路的正下方同時放置于電子天平上用以收集通過流量調(diào)節(jié)閥12流出的藥量，電子電平用于對量筒內(nèi)收集的藥量進(jìn)行稱重。采用該混藥裝置實現(xiàn)智能化在線混藥包含如下步驟:
[0053](I)藥液流量調(diào)節(jié)閥的標(biāo)定
[0054]I)用水代替農(nóng)藥，將藥液比例溢流閥13設(shè)定為0.5MPa，水從藥箱經(jīng)藥液流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)入主管道，手動調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥21以改變流量調(diào)節(jié)閥兩端的壓差，使流量調(diào)節(jié)閥兩端壓力差設(shè)定為不同數(shù)值。
[0055]2)在每種壓差條件下，通過控制器控制流量調(diào)節(jié)閥開度從100%以5%的步長逐漸減小到10%，待噴霧壓力穩(wěn)定后，在每種開度下連續(xù)噴霧60s，同時分別用2000mL的量筒和精度為±0.1g的電子天平記錄水的體積和質(zhì)量，通過計算即可獲得不同壓差下和各對應(yīng)開度下藥液的體積流量和質(zhì)量流量。
[0056]3)通過上述過程，可獲得不同壓差條件和不同開度條件下的有效樣本數(shù)據(jù)，將樣本數(shù)據(jù)存儲在控制器中，并利用非線性建模方法得到流量調(diào)節(jié)閥開度、流量調(diào)節(jié)閥兩端壓差與流過流量調(diào)節(jié)閥的流量的關(guān)系表達(dá)式，最后將該表達(dá)式系數(shù)存儲在控制器中。
[0057](2)混藥裝置的應(yīng)用
[0058]在應(yīng)用時，通過所需的藥液量和在線獲得的流量調(diào)節(jié)閥兩端的壓差，即可獲得控制量-閥門的開度，實現(xiàn)對藥液流量的控制，同時通過流量調(diào)節(jié)閥兩端壓差和閥門開度可在線計算出流過流量調(diào)節(jié)閥的農(nóng)藥流量。
[0059]如圖3所示，控制器16由控制器主機(jī)板34、PWM組件A26、PWM組件B27、通訊接口33、人機(jī)對話接口 31、人機(jī)對話裝置32、電磁閥驅(qū)動電路24、模擬信號輸出通道25、車速檢測裝置28、壓力流量檢測裝置30和電源29組成。PWM組件A26、PWM組件B27、通訊接口 33、人機(jī)對話接口 31設(shè)置在控制器主機(jī)板內(nèi)；模擬信號輸出通道25、車速檢測裝置28、壓力流量檢測裝置30和電源29分別與控制器主機(jī)板34連接；人機(jī)對話接口 31連接人機(jī)對話裝置32 ;PWM組件A26、PWM組件B27連接電磁閥驅(qū)動電路24。根據(jù)圖3和圖4所示，車速檢測裝置28由霍爾傳感器47、光電隔離48、脈沖整形器49和電平轉(zhuǎn)換器D 50組成，霍爾傳感器47采集拖拉機(jī)驅(qū)動輪或水泵速度信息，通過控制器主板34內(nèi)自帶的四元定時器組件51接收脈沖信號并進(jìn)行脈沖頻率測量，由于霍爾傳感器47輸出的脈沖信號在傳輸過程中發(fā)生畸變，為了使控制器主板內(nèi)的四元定時器組件51獲得比較理想的方波信號，預(yù)先通過施密特觸發(fā)器SN74LS14對脈沖進(jìn)行了整形；壓力流量檢測裝置30由I/V變換電路54、壓力傳感器55和流量傳感器56組成，用于對噴桿壓力、噴桿總壓力和各個噴桿分區(qū)管道壓力進(jìn)行檢測。模擬信號輸出通道25共分為3路，分別用于控制藥比例溢流閥、水比例溢流閥、流量調(diào)節(jié)閥和藥液注入泵，第一路由比例溢流閥3，13、集成電子單元A39、D/A轉(zhuǎn)換器A40、電平轉(zhuǎn)換器B41組成；第二路由藥液流量調(diào)節(jié)閥12、集成電子單元B43、D/A轉(zhuǎn)換器B 44、電平轉(zhuǎn)換器C 45組成；第三路由藥液注入泵14、電平轉(zhuǎn)換A 61、D/A轉(zhuǎn)換器C 62、驅(qū)動電路63組成。通訊接口 33連接CAN總線收發(fā)器58 ;人機(jī)對話裝置32包括鍵盤及多位開關(guān)67和LCD 接口 70。
[0060]如圖4所示，數(shù)字信號控制器DSP56F80534芯片集成PWM組件A26、PWM組件B 27、通訊接口 33、人機(jī)對話接口 31、人機(jī)對話裝置32、SPI接口 42，46，60、通用I/O接口 38，64、CAN組件57、四元定時器組件51、A/D轉(zhuǎn)換器52，53、外部擴(kuò)展總線68。通用I/O接口 38依次通過電平轉(zhuǎn)換器A 37、線驅(qū)動器36和固態(tài)繼電器35連接到高速開關(guān)電磁閥7。壓力傳感器55和流量傳感器56 —起經(jīng)過I/V電平轉(zhuǎn)換電路54后分別連接到A/D轉(zhuǎn)換器A 52和A/D轉(zhuǎn)換器B53。CAN接口 59通過CAN總線收發(fā)器58連接到CAN組件57。IXD接口 70經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換C 69連接到外部擴(kuò)展總線68。鍵盤及多位開關(guān)67依次通過線驅(qū)動器B 68、電平轉(zhuǎn)換B 65連接到通用I/O接口 B 64。霍爾傳感器47依次通過光電隔離48、脈沖整形器49、電平轉(zhuǎn)換器D 50連接到四元定時器組件51。藥液流量調(diào)節(jié)閥12依次通過集成電子單元B 43、D/A轉(zhuǎn)換器B 44、電平轉(zhuǎn)換器C 45與SPI串行接口 B 46連接。比例溢流閥3，13依次經(jīng)過集成電子單元A 39、D/A轉(zhuǎn)換器A 40、電平轉(zhuǎn)換器B 41連接到SPI串行接口 A 42。
[0061]所述的機(jī)組前進(jìn)速度霍爾傳感器采用由JK8002C型霍爾接近開關(guān)和安裝在在驅(qū)動輪輪轂上圓周均布8個磁鋼組成，以檢測拖拉機(jī)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速，從而間接實現(xiàn)噴霧機(jī)組前進(jìn)速度的測量。
[0062]本發(fā)明的工作過程如下:通過通訊接口 34或控制器16的人機(jī)對話接口 31接收設(shè)定的目標(biāo)噴霧量和混藥比，通過機(jī)組前進(jìn)速度霍爾傳感器19采集噴霧機(jī)組拖拉機(jī)車輪的轉(zhuǎn)速信號，轉(zhuǎn)化成機(jī)組的前進(jìn)速度，根據(jù)區(qū)域目標(biāo)噴霧量、機(jī)組前進(jìn)速度和混藥比計算出相應(yīng)的水流量和藥流量，通過差壓傳感器11采集藥液流量調(diào)節(jié)閥12兩端的壓差，結(jié)合藥液流量調(diào)節(jié)閥12的關(guān)系表達(dá)式，可進(jìn)一步計算出藥液流量調(diào)節(jié)閥12對應(yīng)的閥門開度，從而對藥流量進(jìn)行在線實時調(diào)節(jié)；另外在噴霧量保持恒定的場合，可根據(jù)水流量傳感器4在線獲取的水流量大小對藥流量進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，使混藥比保持穩(wěn)定，從而實現(xiàn)恒定噴霧濃度。同時，每個噴桿分區(qū)支路中的噴施流量傳感器6對各噴桿區(qū)的噴施總流量進(jìn)行實時檢測，并對與各噴頭電磁閥的PWM控制信號的占空比進(jìn)行微調(diào)；同時對噴桿壓力進(jìn)行實時檢測。根據(jù)設(shè)定的噴桿壓力，通過比例溢流閥對噴桿壓力進(jìn)行實時調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)對噴桿壓力的穩(wěn)定控制?？刂破?6有單機(jī)和聯(lián)機(jī)兩種工作方式，單機(jī)模式下，工作參數(shù)通過人機(jī)對話裝置32人工輸入或設(shè)置，聯(lián)機(jī)模式下通過通訊接口 33由車載計算機(jī)20設(shè)置；車速信號通過車速檢測裝置28實時獲得。
[0063]最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改和等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種智能化低成本在線混藥裝置，包括:水箱(I)、水泵(2)、水比例溢流閥(3)、水流量傳感器(4)、噴霧壓力傳感器(5)、噴施流量傳感器(6)、高速開關(guān)電磁閥(7)、連接于高速開關(guān)電磁閥(7)上的噴頭(8)、過濾器(9)、單向閥(10)、機(jī)組前進(jìn)速度霍爾傳感器(19)、車載計算機(jī)(20)、拖拉機(jī)動力輸出軸(17)、水泵輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器(18)、差壓傳感器(11)、藥液流量調(diào)節(jié)閥(12)、藥液比例溢流閥(13)、藥液注入泵(14)和藥箱(15)； 所述的水箱(I)材料為不透光的塑料；水箱底部和水箱側(cè)壁上距離水箱底部15cm的位置分別設(shè)置有出水口和水箱回流口，水箱頂部正中央設(shè)置有加水口 ；水箱(I)通過底部出水口與水泵(2)相連，同時通過側(cè)面的水箱回流口與水比例溢流閥(3)連接；所述的水泵(2)為隔膜泵，水泵進(jìn)液口通過管道與水箱底部的出水口相連；水泵出液口通過管道與水比例溢流閥(3) —端相連，同時與水流量傳感器(4)相連；水泵(2)的水泵軸與噴霧機(jī)組的拖拉機(jī)動力輸出軸(17)連接； 所述的藥箱(15)采用不透光的塑料制造，藥箱(15)底部和藥箱(15)側(cè)壁上距離藥箱(15)底部15cm的位置分別設(shè)置有出藥口和藥箱回流口，頂部正中央設(shè)置有加藥口 ；藥箱通過底部出藥口與藥液注入泵(14)相連，同時通過側(cè)面的藥箱回流口與藥比例溢流閥(13)連接； 所述的水比例溢流閥(3) —端通過管道與藥箱回流口連接，另一端與水泵(2)和水流量傳感器(4)相連；水流量傳感器(4)的一端與水比例溢流閥(3)和水泵(2)連接，另一端與單向閥(10)和過濾器(9)連接； 其特征在于:還包括藥液流量調(diào)節(jié)閥(12)和控制器(16);藥箱(15)通過底部出藥口與藥液注入泵(14)相連，通過側(cè)面的藥箱回流口與藥比例溢流閥(13)連接；所述的藥液注入泵(14)的一端與藥箱底部的出液口相連，另一端同時與藥比例溢流閥(13)、差壓傳感器(11)和藥液流量調(diào)節(jié)閥(12)相連；所述的藥比例溢流閥(13) —端通過管道與藥箱回流口連接，另一端與藥液注入泵(14)、差壓傳感器(11)和藥液流量調(diào)節(jié)閥(12)同時相連； 所述的藥液流量調(diào)節(jié)閥(12)為一針閥，一端與藥液注入泵(14)、藥比例溢流閥(13)及差壓傳感器(11)的一端相連，另一端同時與壓力調(diào)節(jié)閥(21)、單向閥(10)和差壓傳感器(11)的另一端連接；所述的差壓傳感器(11)兩端分別與藥液流量調(diào)節(jié)閥(12)的兩端連接；所述的單向閥(10)的一端與差壓傳感器(11)和藥液流量調(diào)節(jié)閥(12)連接，另一端通過管路同時與水流量傳感器(4)和過濾器(9)連接；所述的電磁閥(7) —端串聯(lián)著噴頭，另一端接對應(yīng)噴桿區(qū)的噴施流量傳感器； 所述的控制器(16)由控制器主機(jī)板(34)、PWM組件A (26)、PWM組件B (27)、通訊接口(33)、人機(jī)對話接口(31)、人機(jī)對話裝置(32)、電磁閥驅(qū)動電路(24)、模擬信號輸出通道(25)、車速檢測裝置(28)、壓力流量檢測裝置(30)和電源(29)組成； 所述的車速檢測裝置(28)由霍爾傳感器(47)、光電隔離(48)、脈沖整形器(49)組成；霍爾傳感器采集拖拉機(jī)車輪轉(zhuǎn)速信息和隔膜泵輸入軸轉(zhuǎn)速信息，輸出兩路脈沖信號，四元定時器組件(51)位于控制器主機(jī)板(34)內(nèi)； PWM組件A(26)、PWM組件B(27)、通訊接口(33)、人機(jī)對話接口(31)分別設(shè)置在控制器主機(jī)板內(nèi)；模擬信號輸出通道(25)、車速檢測裝置(28)、壓力流量檢測裝置(30)和電源(29)分別與控制器主機(jī)板(34)連接；人機(jī)對話接口(31)連接人機(jī)對話裝置(32) ;PWM組件A (26)、PWM組件B (27)分別與電磁閥驅(qū)動電路(24)連接；壓力流量檢測裝置(30)由Ι/ν變換電路(54)、壓力傳感器(55)和流量傳感器(56)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化低成本在線混藥裝置，其特征在于:所述的模擬信號輸出通道(25)共分為三路:第一路由水比例溢流閥(3)與藥液比例溢流閥(13)、集成電子單元A(39)、D/A轉(zhuǎn)換器A(40)和電平轉(zhuǎn)換器B(41)組成；第二路由藥液流量調(diào)節(jié)閥(12)、集成電子單元B(43)、D/A轉(zhuǎn)換器B(44)、電平轉(zhuǎn)換器C(45)組成；第三路由藥液注入泵(14)、電平轉(zhuǎn)換A (61)、D/A轉(zhuǎn)換器C(62)和驅(qū)動電路(63)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化低成本在線混藥裝置，其特征在于:所述的噴霧壓力傳感器(5)安裝在水流量傳感器(4)和單向閥(10)公共端處噴霧機(jī)藥水混合液的主管道上；所述的噴施流量傳感器(6) —端過濾器(9)和噴霧壓力傳感器(5)連接，另一端與各自噴桿區(qū)的3個電磁閥的公共端連接。
【文檔編號】B05B12/02GK104170811SQ201410425455
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】李晉陽, 賈衛(wèi)東, 魏新華 申請人:江蘇大學(xué)