專利名稱：一種智能化pwm間歇噴霧式變量噴施控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種智能化變量噴施控制器，具體說為一種智能化脈寬調(diào)制PWM間歇噴霧式變量噴施控制器，屬于智能化農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
變量噴施是指農(nóng)藥設(shè)備根據(jù)農(nóng)田內(nèi)各個小區(qū)域中的作物病蟲草害的具體情況，向受災(zāi)區(qū)準備的噴施所需用量的農(nóng)藥，根據(jù)每塊區(qū)域的具體情況進行按需施藥。變量噴施控制主要有變壓式、農(nóng)藥原液變量注入式和PWM(脈寬調(diào)制)式三種實現(xiàn)方式。變壓式通過調(diào)節(jié)噴霧壓力來實現(xiàn)噴霧流量的改變；農(nóng)藥原液變量注入式通過向固定流量的載體液(一般是水)中注入不同量的農(nóng)藥原液來實現(xiàn)實際農(nóng)藥施用量的調(diào)節(jié)；而PWM式則通過改變噴頭電磁閥的通斷頻率和占空比來調(diào)節(jié)噴頭的實際噴霧量。變壓式和農(nóng)藥原液變量注入式變量噴施技術(shù)在噴藥量動態(tài)響應(yīng)特性、流量調(diào)節(jié)性能和流量控制精度等方面存在技術(shù)缺陷；而PWM式變量噴施技術(shù)在這些方面具有更好的技術(shù)特性，且使用普通噴頭即可在不改變霧滴粒徑及噴霧模式的情況下實現(xiàn)大范圍的流量調(diào)節(jié)，所以成為當前變量噴施技術(shù)的發(fā)展方向。專利號為201120417294.X公開了一種變量噴霧控制器，主控制器模塊采用AT89C52單片機。主控制模塊根據(jù)計算單位面積的實際施藥量與設(shè)定的單位面積施藥量相比較的結(jié)果自動調(diào)節(jié)位于管道上的電動調(diào)解執(zhí)行模塊，從而引起回水管流量的變化，改變實際施藥量。專利號為201120227494.9公開了一種液態(tài)肥變量施用控制器，采用單片機控制電動閥內(nèi)部電機，將所需肥料和單位面積施用量事先編程存于計算機中，獲取田間當前位置信息和當前機具行進速度，控制撒播施肥量。這兩種均為變壓式噴霧控制器。這兩種噴霧控制器雖然能完成變量噴施的功能，但控制器在流量控制精度和流量調(diào)節(jié)性能方面還存在不足。不能達到噴霧精度預(yù)期的效果。專利號為201010225458.9公開了一種農(nóng)用多功能變量控制器，該控制器的中央處理器采用ARM7系列的S3C44B0X微處理器，該控制器為變壓式變量控制器，主要為了克服在不同農(nóng)作物耕作環(huán)節(jié)中頻繁更換變量控制器的不足。雖為多功能變量控制器，但每種功能所實現(xiàn)的噴霧效果并沒有改善現(xiàn)有噴霧特性的不足。魏新華等發(fā)表在《農(nóng)業(yè)機械學報》上的《PWM間歇噴霧式變量噴施控制器設(shè)計與測試》中，以DSP56F805數(shù)字信號控制器為核心，設(shè)計了一種PWM間歇噴霧式變量噴施控制器。該控制器中的PWM信號只能同相輸出，沉積分布均勻性比較差，容易出現(xiàn)漏噴。

實用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中沉積分布均勻性比較差，容易出現(xiàn)漏噴的缺陷，本實用新型提供一種智能化PWM間歇噴霧式變量噴施控制器。與上述變量噴施控制器相比較，本實用新型利用帶有PWM信號輸出功能的微控制器作為主芯片，內(nèi)部集成PWM信號發(fā)生器，外接反相器，使相鄰PWM信號分別以正、反相輸出，具體技術(shù)方案如下:[0007]一種智能化PWM間歇噴霧式變量噴施控制器，由控制器主機板(25)、PWM組件A
(14),PWM組件B(15)、通訊接口(39)、人機對話接口(40 )、人機對話裝置(41)、電磁閥驅(qū)動電路(35)、模擬信號輸出通道(36)、壓力流量檢測裝置(38)車速檢測裝置(37)、電源(34)和反相器(13)組成；通訊接口(39)、人機對話接口(40)、PWM組件A (14)和PWM組件B
(15)設(shè)置在控制器主機板內(nèi)；模擬信號輸出通道(36)、車速檢測裝置(37)、壓力流量檢測裝置(38)、電源(34)分別與控制器主機板(25)相連接；人機對話接口(40)連接人機對話裝置(41);PWM組件A (14)和PWM組件B (15)連接電磁閥驅(qū)動電路(35) ;PWM信號由控制器自動輸出，各路PWM信號相互獨立，可以具有不同的頻率和占空比；控制器有單機和聯(lián)機兩種工作方式，單機模式下，工作參數(shù)通過人機對話接口(40)人工輸入或設(shè)置，聯(lián)機模式下工作參數(shù)通過通訊接口(39)由上位機設(shè)置；車速信號通過車速檢測裝置(37)實時檢測獲得，或通過通訊接口(39)由上位機輸入；在每個噴桿分區(qū)支管路中裝有流量傳感器，進行噴頭實時噴霧流量的分組監(jiān)測，對實際噴霧流量進行分組閉環(huán)調(diào)控；其特征在于:在PWM組件A
(14)和電磁閥驅(qū)動電路(35)之間設(shè)有反相器(13)，經(jīng)反相器(13)輸出的反相PWM信號與PWM組件B (15 )輸出的正相PWM信號間隔排列，并依次連接電磁閥驅(qū)動電路(35 )，使相鄰PWM信號分別以正、反相輸出。所述控制器主機板選用帶有多路PWM信號輸出功能的微控制器作為主控芯片，微控制器中針對各路PWM信號分別設(shè)有不同的控制寄存器，可以單獨設(shè)置各路PWM信號的頻率和占空比。所述單機和聯(lián)機工作模式通過一個二位轉(zhuǎn)換開關(guān)進行切換，轉(zhuǎn)換開關(guān)的公共端接地，兩個觸點端分別連接主控芯片的兩個DI通道，并分別通過一個上拉電阻接高電平，主控芯片通過讀取兩個DI通道的狀態(tài)確定當前工作模式設(shè)置。所述車速檢測裝置由霍爾式接近開關(guān)、光電隔離器件、脈沖整形器組成?；魻杺鞲衅鞑杉侠瓩C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，利用帶有PWM信號輸出功能的微控制器自帶的正交解碼器接收脈沖信號并測量脈沖頻率。由于霍爾傳感器輸出的脈沖信號在傳輸過程中發(fā)生波形畸形，可通過施密特觸發(fā)器SN74LVC14對脈沖進行整形，使DSP讀取到比較理想的方波信號。比例溢流閥控制電路:比例溢流閥是通過電磁鐵直接產(chǎn)生推力作用在閥芯上，隨著比例溢流閥的控制電壓發(fā)生變化，電磁鐵產(chǎn)生的推力就會隨之變化。控制器信號范圍對應(yīng)閥芯位置從關(guān)閉到完全開通，從而可以得到連續(xù)變化的液壓壓力?？刂破髦?，利用中央處理器的SPI接口功能，外接數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，給比例溢流閥提供控制電壓信號。CAN總線收發(fā)電路:CAN總線采用多主結(jié)構(gòu)，其各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強，傳輸距離長，速度快，數(shù)據(jù)量大。CTM8251是CAN總線收發(fā)器的模塊，該模塊的主要功能是將CAN控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為CAN總線的差分電平。本實用新型具有有益效果。本實用新型通過利用反相器的反相關(guān)系，相鄰噴頭反相互補，電磁閥啟停時刻錯開，抵消一部分液壓沖擊，并且總流量的變化幅度減小，有利于壓力的穩(wěn)定。噴頭同時開，霧量較多，同時關(guān)，霧量較少，導(dǎo)致沉積分布均勻性比較差，設(shè)置反相器后，相鄰噴頭的霧滴沉積區(qū)域正好互補，使沉積分布更趨于均勻性，從而可以提高霧滴覆蓋范圍。
圖1為智能化PWM間歇噴霧式變量噴施控制器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為智能化PWM間歇噴霧式變量噴施控制器原理框圖；圖中:1.高速開關(guān)電磁閥，2.比例溢流閥，3.霍爾傳感器，4.固態(tài)繼電器，5.集成電子單兀，6.光電隔離,7.線驅(qū)動器A, 8.D/A轉(zhuǎn)換器,9.脈沖整形，10.電平轉(zhuǎn)換器A, 11.電平轉(zhuǎn)換器B, 12.電平轉(zhuǎn)換器C，13.反相器，14.PWM組件A，15.PWM組件B, 16.SPI串行外設(shè)接口，17.四元定時器組件，18.A/D轉(zhuǎn)換器A，19.A/D轉(zhuǎn)換器B，20.CAN組件，21.通用I/O接口，22.外部擴展總線，23.1/V變換電路，24.CAN收發(fā)器，25.控制器主機板DSP56F805，26.電平轉(zhuǎn)換D，27.電平轉(zhuǎn)換F，28.壓力傳感器，29.流量傳感器，30.CAN接口，31.線驅(qū)動器B，32.鍵盤及多位開關(guān)，33.1XD接口，34.電源，35.電磁閥驅(qū)動繼電器，36.模擬信號輸出通道，37.車速檢測裝置，38.壓力流量檢測裝置，39.通訊接口，40.人機對話接口，41.人機對話裝置。
具體實施方式
結(jié)合附圖及實施方式進一步說明該變量噴施控制器。如圖1所示，智能化PWM間歇噴霧式變量噴施控制器由控制器主機板(25)、PWM組件A (14)、PWM組件B (15)、通訊接口(39)、人機對話接口(40)、人機對話裝置(41)、電磁閥驅(qū)動電路(35)、模擬信號輸出通道(36)、壓力流量檢測裝置(38)車速檢測裝置(37)、電源(34)和反相器(13)組成；通訊接口(39)、人機對話接口(40)、PWM組件A (14)和PWM組件B (15)設(shè)置在控制器主機板內(nèi)；模擬信號輸出通道(36)、車速檢測裝置(37)、壓力流量檢測裝置(38)、電源(34)分別與控制器主機板(25)相連接；人機對話接口(40)連接人機對話裝置(41);PWM組件A (14)和PWM組件B (15)連接電磁閥驅(qū)動電路(35);在PWM組件A (14)和電磁閥驅(qū)動電路(35)之間設(shè)有反相器(13)，經(jīng)反相器(13)輸出的反相PWM信號與PWM組件B (15)輸出的正相PWM信號間隔排列，并依次連接電磁閥驅(qū)動電路(35)，使相鄰PWM信號分別以正、反相輸出。根據(jù)圖2所示，車速檢測裝置(37)由霍爾傳感器(3)，光電隔離(6)，脈沖整形(9)，電平轉(zhuǎn)換器C (12)組成。壓力流量檢測裝置(38)由I/V變換電路(23 )，壓力傳感器(28 )和流量傳感器(29 )組成。模擬信號輸出通道(36 )包括集成電子單元(5)、D/A轉(zhuǎn)換器(8)、電平轉(zhuǎn)換器B (11)。通訊接口(39)連接CAN總線收發(fā)器(24)，人機對話裝置包括鍵盤及多位開關(guān)(32)、線驅(qū)動器(31)、IXD接口( 33)。如圖2所示，數(shù)字信號控制器DSP56F805 (25)芯片集成PWM信號組件A (14)、PWM信號組件B (15)、SPI串行外設(shè)接口(16)、四元定時器(17)、A/D轉(zhuǎn)換器(18，19)、CAN組件(20)、通用I/O接口(21)、外部擴展總線(22)。PWM組件A (14)連接反相器(13)，和PWM組件B (15)—起連接電平轉(zhuǎn)換器A (10)，通過線驅(qū)動器A (7)和固態(tài)繼電器(4)連接到高速開關(guān)電磁閥(I)。SPI串行外設(shè)接口(16)與電平轉(zhuǎn)換器B (11)相連，通過D/A轉(zhuǎn)換器(8)和集成電子單元(5)連接到比例溢流閥(2)?；魻杺鞲衅?3)通過光電隔離(6)和脈沖整形(9)，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換器C (12)連接到四元定時器(17)。壓力傳感器(28)和流量傳感器(29)經(jīng)過I/V變換電路(23)分別連接到A/D轉(zhuǎn)換器A (18)，A/D轉(zhuǎn)換器B (19)。CAN收發(fā)器(24)分別于CAN組件(20)和CAN接口(30)相連。通用I/O接口(21)通過電平轉(zhuǎn)換D (26)和線驅(qū)動器B (31)與鍵盤及多位開關(guān)(32)相連。外部擴展總線(22)通過電平轉(zhuǎn)換F (27)與LCD接口(33)相連。該智能型PWM變量噴施控制器的PWM信號由控制器自動輸出，各路PWM信號相互獨立，具有不同的頻率和占空比。而且在PWM信號輸出通道上加反相器，將奇數(shù)或偶數(shù)編號的PWM輸出信號反相，從而使相鄰噴頭的PWM控制信號反相互補，使電磁閥啟停時刻和噴頭停噴時刻錯開。該智能化PWM變量噴施控制器有單機和聯(lián)機兩種工作方式。在單機模式下，工作參數(shù)通過人機對話接口由人工輸入或設(shè)置，在聯(lián)機模式下，工作參數(shù)通過通訊接口由上位機設(shè)置。PWM變量噴施控制器可與噴霧機車載電腦組成分布式控制系統(tǒng)。車載電腦作為上位機，通過GPS (全球定位系統(tǒng))和GIS (地理信息系統(tǒng))獲取各作業(yè)區(qū)域的目標噴藥量。PWM變量噴施控制器作為下位機，負責藥液變量噴施過程的具體實現(xiàn)，上、下位機之間通過CAN總線或其他串行總線進行通訊。該智能化PWM變量噴施控制器的車速信號通過車速檢測裝置實時檢測獲得，或通過通訊接口由上位機輸入?；魻杺鞲衅?3)采集拖拉機車輪轉(zhuǎn)速信息和隔膜泵輸入軸轉(zhuǎn)速信息，輸出兩路脈沖信號，利用DSP56F805 (25)自帶的正交解碼器接收脈沖信號并測量脈沖頻率。對霍爾傳感器(3)輸出的脈沖信號進行整形，使DSP讀取到比較理想的方波信號。根據(jù)設(shè)定的農(nóng)藥量和機組車速對噴霧流量進行實時調(diào)節(jié)，保持施藥量的穩(wěn)定。該智能化PWM變量噴施控制器的施藥量控制方法由分組監(jiān)測功能和車速檢測裝置(37)組合完成。每個噴桿分區(qū)支管路上裝有流量傳感器，實行實時噴霧流量的分組監(jiān)測。根據(jù)設(shè)定的農(nóng)藥量和機組車速對噴霧流量進行實時調(diào)節(jié)，對實際噴霧流量進行分組閉環(huán)調(diào)控，保持施藥量穩(wěn)定。該智能化PWM間歇噴霧式變量噴施控制器工作過程:通過人機對話接口(40)或通訊接口(39)接收各噴頭設(shè)定的施藥量，通過霍爾傳感器(3)采集拖拉機車輪轉(zhuǎn)速的脈沖信號，得到機組的前進速度，根據(jù)機組前進速度、各噴頭當前噴施區(qū)域內(nèi)的設(shè)定施藥量計算各噴頭的實時噴霧流量，進一步確定各噴頭電磁閥的PWM控制信號頻率和占空比，從而實現(xiàn)設(shè)定施藥量的定量噴施；同時，每個噴桿分區(qū)支管路中的流量傳感器對各噴桿分區(qū)的噴施總流量進行實時檢測，并對各噴頭電磁閥的PWM控制信號的占空比進行微調(diào)；同時對噴桿壓力進行實時檢測。根據(jù)設(shè)定的噴桿壓力，通過比例溢流閥對噴桿進行實時調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)噴桿壓力的穩(wěn)定控制。最后應(yīng)當說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種智能化PWM間歇噴霧式變量噴施控制器，由控制器主機板(25)、PWM組件A(14),PWM組件B(15)、通訊接口(39)、人機對話接口(40 )、人機對話裝置(41)、電磁閥驅(qū)動電路(35)、模擬信號輸出通道(36)、壓力流量檢測裝置(38)車速檢測裝置(37)、電源(34)和反相器(13)組成；通訊接口(39)、人機對話接口(40)、PWM組件A (14)和PWM組件B(15)設(shè)置在控制器主機板內(nèi)；模擬信號輸出通道(36)、車速檢測裝置(37)、壓力流量檢測裝置(38)、電源(34)分別與控制器主機板(25)相連接；人機對話接口(40)連接人機對話裝置(41);PWM組件A (14)和PWM組件B (15)連接電磁閥驅(qū)動電路(35) ;PWM信號由控制器自動輸出，各路PWM信號相互獨立，可以具有不同的頻率和占空比；控制器有單機和聯(lián)機兩種工作方式，單機模式下，工作參數(shù)通過人機對話接口(40)人工輸入或設(shè)置，聯(lián)機模式下工作參數(shù)通過通訊接口(39)由上位機設(shè)置；車速信號通過車速檢測裝置(37)實時檢測獲得，或通過通訊接口(39)由上位機輸入；在每個噴桿分區(qū)支管路中裝有流量傳感器，進行噴頭實時噴霧流量的分組監(jiān)測，對實際噴霧流量進行分組閉環(huán)調(diào)控；其特征在于:在PWM組件A(14)和電磁閥驅(qū)動電路(35)之間設(shè)有反相器(13)，經(jīng)反相器(13)輸出的反相PWM信號與PWM組件B (15 )輸出的正相PWM信號間隔排列，并依次連接電磁閥驅(qū)動電路(35 )，使相鄰PWM信號分別以正、反相輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的智能化PWM間歇噴霧式變量噴施控制器，其特征在于:所述控制器主機板選用帶有多路PWM信號輸出功能的微控制器作為主控芯片，微控制器中針對各路PWM信號分別設(shè)有不同的控制寄存器，可以單獨設(shè)置各路PWM信號的頻率和占空比。
3.如權(quán)利要求1所述的智能化PWM間歇噴霧式變量噴施控制器，其特征在于:所述單機和聯(lián)機工作模式通過一個二位轉(zhuǎn)換開關(guān)進行切換，轉(zhuǎn)換開關(guān)的公共端接地，兩個觸點端分別連接主控芯片的兩個DI通道，并分別通過一個上拉電阻接高電平，主控芯片通過讀取兩個DI通道的狀態(tài)確定當前工作模式設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1所述的智能化PWM間歇噴霧式變量噴施控制器，其特征在于:所述車速檢測裝置由霍爾式接近開關(guān)、光電隔離器件、脈沖整形器組成。
專利摘要本實用新型公開了一種智能化PWM間歇噴霧式變量噴施控制器，該變量噴施控制器由控制器主機板，電源，反相器，電磁閥驅(qū)動電路，模擬信號輸出通道，車速檢測裝置，壓力流量檢測裝置，人機對話裝置組成。利用帶有PWM信號輸出功能的微控制器作為主控芯片，結(jié)合各個功能模塊，實現(xiàn)傳感器信號采集，噴桿壓力快速穩(wěn)定控制，多路PWM信號輸出?？刂破骶哂袉螜C和聯(lián)機兩種工作模式，單機模式下，工作參數(shù)由人工通過人機對話接口輸入；聯(lián)機模式下，由上位機通訊設(shè)置。該噴施系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，適用性強，能夠?qū)崿F(xiàn)多個噴頭的獨立變量噴施，可以應(yīng)用于農(nóng)藥和液體肥料的精確變量噴施。
文檔編號G05B19/418GK203164717SQ20132012443
公開日2013年8月28日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者魏新華, 吳姝 申請人:江蘇大學