CN104170811A - 一种智能化低成本在线混药装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化低成本在线混药装置，由水箱、水泵、水比例溢流阀、水流量传感器、喷雾压力传感器、喷施流量传感器、高速开关电磁阀、喷头、过滤器、单向阀、机组前进速度霍尔传感器、水泵输入轴转速传感器、差压传感器、药液流量调节阀、药液比例溢流阀、药液注入泵、药箱和控制器组成。在控制器作用下，利用药液流量控制阀对药流量进行测控，结合各功能模块，实现对药流量、水流量、喷杆压力的稳定控制，可根据设定喷雾量和机组前进速度在线调整混药比，并可根据水流量变化来动态调节药流量，从而使喷雾药液浓度保持均匀稳定。本发明混药装置智能化程度高、成本低、结构简单，可对农药和液体肥料在线实时混药，可适用于恒定和变量喷雾的场合。

Description

一种智能化低成本在线混药装置

技术领域

本发明涉及一种智能化低成本在线混药装置，属于智能化农业机械领域。

背景技术

与传统的预混药方式相比，在线混药的特点是药箱和水箱分离，工作时通过混药装置在线混药。在线混药装置可以实现农药浓度根据病虫害的严重程度按需变化，在病虫害严重区域提高药液浓度，在病虫害较轻区域降低药液浓度，达到根据病虫害程度按需混药。

在线混药是当前提高农药利用率、减小环境污染的最有效手段之一，也是提高农药使用安全性的最有效手段之一。药水混合比的动态检测和稳定控制是在线混药装置保证喷雾浓度均匀稳定的关键，考虑到喷雾机组作业过程中药水混合比一般在1:300～1:500之间，因此，对农药的小流量高精度检测是在线混药装置应用到实际作业过程中必须解决的一个核心问题，尤其是目前市场上尚未见到能对农药小流量检测的体积流量计，一些科里奥利质量流量计虽能对农药流量进行检测，但高精度的传感器价格很高，因此目前必须寻求农药的低成本、高精度计量手段。

在现有技术中，申请人未发现综合考虑能够根据混药比(药和水的体积比或质量比)和喷雾机组的前进速度对药和水流量在线精确控制的混药装置。对相近技术现有专利进行检索时发现，申请号为200510041334.4的中国专利1《一种喷雾机构药与水分离的方法》公开了喷雾机中农药和水分离的方法，在该方法中预先将农药和水分别存放在带有刻度的容器中，对农药和水进行精确计量，但该装置无法实现自动化。专利2(申请号为200810027898)公开了一种《变量喷雾自动混药装置》，该装置考虑一种或多种农药单独或同时喷施、喷雾浓度实时变化的情况；专利3(申请号为201010132393.3)公开了《一种自动混药装置》，该装置包括射流部分和螺旋部分，其特点是：农药和水分离单独存放，并利用负压和湍流混合原理实现农药和水的自动快速均匀混合，但该装置无法实现对药和水精确计量，无法实现对药水混合比的精确控制，而药水混合比在实际喷雾过程中直接关系到对病虫害防治效果的一下重要指标，直接关系到喷雾效果的实现，当实际药水混合比小于所要求混合比时，药液浓度太小，达不到防治病虫害目的，反之，药液浓度过大，不仅对作物造成损伤，还会造成环境污染。专利4(申请号为201210585002.2)公开了《一种车载式混药装置》，主要考虑药液和水分开存储并实现在线均匀快速混合，但仍不能够控制药水混合比；专利5(申请号为99228118.0)公开了一种利用正压和负压原理进行药水混合的《混药装置》，该装置主要包括盛水瓶、药液袋和混药液组成，在混药器上设置了注水孔和吸液孔，工作时盛放在药液袋中的农药经过混药器上缩颈部分时产生负压，注水孔产生正压，在正负压共同作用下使得农药从药液袋进入混药装置实现药、水混合。专利6(申请号为201310670806.7)公开了一种《植保机械喷药系统动态比例混药装置》，考虑采用药水二次混合的混药方式，即将药和水在初混箱进行初次混合，然后通过比例混药泵将初混液和水吸入喷施管道进行二次混合(难于准确控制药水混合比)。专利7(申请号为200920202638.8)公开了一种《喷雾机用机械蠕动式混药装置》，该装置将柱塞泵曲轴与安装在凸轮上的滚柱形状的压辊采用同一动力轴带动，使柱塞泵和蠕动管的流量同步变化，试图实现定比动态混药，但该装置只能适用于固定药水混合比的情况，不能对药水混合比比进行改变。

为了弥补上述不足，本发明采用流量调节阀对农药流量进行测控，采用涡轮流量计对水流量进行计量，提出了一种低成本智能化在线混药装置。该装置可根据混药比和喷雾机组的前进速度自动在线精确控制药和水流量，可在线调整药水混合比，从而在线调整喷雾浓度，具有智能化，低成本，适用范围广，安装方便的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能化低成本在线混药装置，以实现根据混药比和喷雾机组的前进速度自动在线精确控制药和水流量，在线修改药水混合比，在线改变喷雾浓度，并降低成本。

为了解决以上技术问题，本发明采用的的具体技术方案如下：

一种智能化低成本在线混药装置，包括：水箱(1)、水泵(2)、水比例溢流阀(3)、水流量传感器(4)、喷雾压力传感器(5)、喷施流量传感器(6)、高速开关电磁阀(7)、连接于高速开关电磁阀(7)上的喷头(8)、过滤器(9)、单向阀(10)、机组前进速度霍尔传感器(19)、车载计算机(20)、拖拉机动力输出轴(17)、水泵输入轴转速传感器(18)、差压传感器(11)、药液流量调节阀(12)、药液比例溢流阀(13)、药液注入泵(14)和药箱(15)；

所述的水箱(1)材料为不透光的塑料；水箱底部和水箱侧壁上距离水箱底部15cm的位置分别设置有出水口和水箱回流口，水箱顶部正中央设置有加水口；水箱(1)通过底部出水口与水泵(2)相连，同时通过侧面的水箱回流口与水比例溢流阀(3)连接；所述的水泵(2)为隔膜泵，水泵进液口通过管道与水箱底部的出水口相连；水泵出液口通过管道与水比例溢流阀(3)一端相连，同时与水流量传感器(4)相连；水泵(2)的水泵轴与喷雾机组的拖拉机动力输出轴(17)连接；

所述的药箱(15)采用不透光的塑料制造，药箱(15)底部和药箱(15)侧壁上距离药箱(15)底部15cm的位置分别设置有出药口和药箱回流口，顶部正中央设置有加药口；药箱通过底部出药口与药液注入泵(14)相连，同时通过侧面的药箱回流口与药比例溢流阀(13)连接；

所述的水比例溢流阀(3)一端通过管道与药箱回流口连接，另一端与水泵(2)和水流量传感器(4)相连；水流量传感器(4)的一端与水比例溢流阀(3)和水泵(2)连接，另一端与单向阀(10)和过滤器(9)连接；

其特征在于：还包括药液流量调节阀(12)和控制器(16)；药箱(15)通过底部出药口与药液注入泵(14)相连，通过侧面的药箱回流口与药比例溢流阀(13)连接；所述的药液注入泵(14)的一端与药箱底部的出液口相连，另一端同时与药比例溢流阀(13)、差压传感器(11)和药液流量调节阀(12)相连；所述的药比例溢流阀(13)一端通过管道与药箱回流口连接，另一端与药液注入泵(14)、差压传感器(11)和药液流量调节阀(12)同时相连；

所述的药液流量调节阀(12)为一针阀，一端与药液注入泵(14)、药比例溢流阀(13)及差压传感器(11)的一端相连，另一端同时与压力调节阀(21)、单向阀(10)和差压传感器(11)的另一端连接；所述的差压传感器(11)两端分别与药液流量调节阀(12)的两端连接；所述的单向阀(10)的一端与差压传感器(11)和药液流量调节阀(12)连接，另一端通过管路同时与水流量传感器(4)和过滤器(9)连接；所述的电磁阀(7)一端串联着喷头，另一端接对应喷杆区的喷施流量传感器；

所述的控制器(16)由控制器主机板(34)、PWM组件A(26)、PWM组件B(27)、通讯接口(33)、人机对话接口(31)、人机对话装置(32)、电磁阀驱动电路(24)、模拟信号输出通道(25)、车速检测装置(28)、压力流量检测装置(30)和电源(29)组成；

所述的车速检测装置(28)由霍尔传感器(47)、光电隔离(48)、脉冲整形器(49)组成；霍尔传感器采集拖拉机车轮转速信息和隔膜泵输入轴转速信息，输出两路脉冲信号，四元定时器组件(51)位于控制器主机板(34)内；

PWM组件A(26)、PWM组件B(27)、通讯接口(33)、人机对话接口(31)分别设置在控制器主机板内；模拟信号输出通道(25)、车速检测装置(28)、压力流量检测装置(30)和电源(29)分别与控制器主机板(34)连接；人机对话接口(31)连接人机对话装置(32)；PWM组件A(26)、PWM组件B(27)分别与电磁阀驱动电路(24)连接；压力流量检测装置(30)由I/V变换电路(54)、压力传感器(55)和流量传感器(56)组成。

所述的模拟信号输出通道(25)共分为三路：第一路由水比例溢流阀(3)与药液比例溢流阀(13)、集成电子单元A(39)、D/A转换器A(40)和电平转换器B(41)组成；第二路由药液流量调节阀(12)、集成电子单元B(43)、D/A转换器B(44)、电平转换器C(45)组成；第三路由药液注入泵(14)、电平转换A(61)、D/A转换器C(62)和驱动电路(63)组成。

所述的喷雾压力传感器(5)安装在水流量传感器(4)和单向阀(10)公共端处喷雾机药水混合液的主管道上；所述的喷施流量传感器(6)一端过滤器(9)和喷雾压力传感器(5)连接，另一端与各自喷杆区的3个电磁阀的公共端连接。

本发明通过使用水流量计对水流量进行检测，通过流量调节阀对药流量进行测控，根据作业过程中水流量的变化动态调节药流量的大小，从而实现不同喷雾浓度和同一喷雾浓度下药水混合比的稳定和实时在线调节。调节阀的节流特性分析可知，流过调节阀的流量Q的大小与流体密度ρ、调节阀流量系数K_V，调节阀开度O,调节阀上游压力p₁和下游压力p₂的压力差Δp有关，即，

$Q=K_{V}N\sqrt{\frac{p_1-p_2}{\mathrm{\ρ}}}=K_{V}N\sqrt{\frac{\mathrm{\Δp}}{\mathrm{\ρ}}}---\left(1\right)$

其中，N为常数。流量系数K_V随阀门开度O的变化而变化。考虑到喷雾作业时药水体积比约为1:300～1:500，农药在药水混合液中所占的份额较小，因此，可将药水混合液的密度近似为水的密度，即在混药过程中药水混合液密度为一常数。结合式(1)可知，流过调节阀的农药流量只与流量调节阀上下游压差和阀开度有关。因此，只要通过标定建立流量与流量调节阀上下游压差和阀开度间的关系模型，即可通过调节阀门开度来在线检测和控制药液的实际流量。对于水流量检测采用市售涡轮流量计，通过精密控制水流量和药流量即可实现对药水混合比的精密控制，从而实现对混药浓度的精确、稳定控制。。

实际作业过程中，喷雾量需根据喷雾机组前进速度进行变化，在线混药装置的混药量也必须随喷雾量变化而变化。考虑到相邻喷头的雾量分布区域相互重叠，假定每个喷头的雾量分布宽度都是喷雾机组喷幅除以喷头数量，则实际变量喷施作业时，各喷头在当前喷施区域内的目标喷雾量为

$Q_0=\frac{{60Q}_s\mathrm{Wv}}{10000\mathrm{Cn}}---\left(2\right)$

式中Q₀—喷头目标喷雾量，L/min；Q_s—喷头在当前喷施区域的农药原液设定施用量，mL/hm²；C—药水体积比，mL/L；W—喷雾机组喷幅宽度，m；v—喷雾机组前进速度，m/s；n—喷头个数。

结合(2)式得，通过混药装置的流量调节阀提供的农药原液的目标提供量为：

$Q={\mathrm{nQ}}_0=\frac{60Q_s\mathrm{Wv}}{10000}---\left(3\right)$

式中Q—农药原液的目标提供量，mL/min。

由(3)式可知，通过混药装置的流量调节阀提供的农药原液的目标提供量与Q_s、W、n和v成正比。由调节阀流量关系表达式即可确定喷雾机组作业时的调节阀开度。混药比可根据机组前进速度在线修改，保证作业过程中喷雾浓度的连续稳定。

本发明具有有益效果

(1)本发明在对农药流量的检测中，利用流量调节阀对流量进行检测和控制，而没有使用高精度的流量计，降低了成本。(2)本发明通过控制器对机组前进速度和水流量的动态检测，对药液流量进行在线实时调节，使得混药装置不仅能根据作物病虫害严重程度在线设置混药比，还可根据机组前进速度在线改变喷药量和药液浓度，大大提高了智能化程度。(3)本发明中各喷头喷雾量可通过由PWM信号控制与喷头相串联的电磁阀的通断时间来改变，PWM信号的占空比不同，喷雾量就不同，因此能在线改变喷雾量和混药浓度，适用于任何大中小型喷雾机组，适用范围广。(4)在对药液流量调节阀的标定时，本发明只需在下游管路安装一个压力调节阀即可，压力调节阀两端通过螺纹与喷雾主管路连接，在标定结束后，将压力调节阀取下，换成两端带外螺纹的管道连接即可，因此，标定方便，不需要专门的标定装置。

附图说明

图1为喷雾机混药装置结构示意图；

图2为混药装置的标定示意图；

图3为该混药装置的控制器结构示意图；

图4为该混药装置的控制器原理框图；

其中：1-水箱；2-水泵；3-水比例溢流阀；4-水流量传感器；5-喷雾压力传感器；6-喷施流量传感器；7-高速开关电磁阀；8-喷头；9-过滤器；10-单向阀；11-差压传感器；12-药液流量调节阀；13-药液比例溢流阀；14-药液注入泵；15-药箱；16-控制器；17-拖拉机动力输出轴；18-水泵输入轴转速传感器；19-机组前进速度霍尔传感器；20-车载计算机；21-压力调节阀；22-量筒；23-电子天平；24-电磁阀驱动电路；25-模拟信号输出通道；26-PWM组件A；27-PWM组件B；28-车速检测装置；29-电源；30-压力流量检测装置；31-人机对话接口；32-人机对话装置；33-通讯接口；34-控制器主机板；35-固态继电器；36-线驱动器A；37-电平转换器A；38-通用I/O接口A；39-集成电子单元A；40-D/A转换器A；41-电平转换器B；42-SPI串行接口A；43-集成电子单元B；44-D/A转换器B；45-电平转换器C；46-SPI串行接口B；47-霍尔传感器；48-光电隔离；49-脉冲整形器；50-电平转换器D；51-四元定时器组件；52-A/D转换器A；53-A/D转换器B；54-I/V变换电路；55-压力传感器；56-流量传感器；57-CAN组件；58-CAN总线收发器；59-CAN接口；60-SPI串行接口C；61-电平转换A；62-D/A转换器C；63-驱动电路；64-通用I/O接口B；65-电平转换B；66-线驱动器B；67-键盘及多位开关；68-外部扩展总线；69-电平转换C；70-LCD接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一不详细说明。

如图1所示，本发明采用的智能化低成本在线混药装置主要包括：水箱1、水泵2、水比例溢流阀3、水流量传感器4、喷雾压力传感器5、喷施流量传感器6、高速开关电磁阀7、喷头8、过滤器9、单向阀10、差压传感器11、药液流量调节阀12、药液比例溢流阀13、药液注入泵14、药箱15、控制器16、拖拉机动力输出轴17、水泵输入轴转速传感器18、机组前进速度霍尔传感器19和车载计算机20。

所述的水箱采用不透光的塑料制造，水箱底部和水箱侧壁上距离水箱底部15cm的位置分别设置有出水口和水箱回流口，顶部正中央设置有加水口；水箱一方面通过底部出水口与水泵2相连，另一方面同时通过侧壁的水箱回流口与水比例溢流阀3连接。所述的水泵2为隔膜泵，水泵进液口通过管道与水箱底部的出水口相连，水泵出液口通过管道与水比例溢流阀3的一端相连，同时与水流量传感器4相连；水泵轴与喷雾机组的拖拉机动力输出轴连接，在拖拉机动力输出轴的驱动下，水经水泵进入管道中与来自于药箱的药液进行充分均匀混合；水泵2在拖拉机动力输出轴的驱动下，将水泵入管道中与来自于药箱15的药液进行充分均匀混合。

所述的水比例溢流阀3选用德国博世力士乐股份公司生产的DBEE6-1X/50型先导式比例溢流阀，其一端通过管道与药箱回流口连接，另一端同时与水泵2和水流量传感器4相连，用于对喷杆压力的稳定控制；

所述的水流量传感器4选用北京天宇恒创有限公司生产的LWGY-15型液体涡轮流量传感器，用于对经过喷杆内水流量进行计量，流量传感器一端与水比例溢流阀3和水泵4连接，另一端与单向阀10和过滤器9连接；

所述的药箱15采用不透光的塑料制造，药箱底部和药箱侧壁上距离药箱底部15cm的位置分别设置有出药口和回流口，顶部正中央设置有加药口；药箱通过底部出药口与药液注入泵14相连，同时通过侧面的回流口与药比例溢流阀13连接；

所述的药液注入泵14采用RS-360SH型齿轮泵，药液注入泵14一端与药箱底部的出液口相连，另一端同时与药比例溢流阀13和药流量调节阀12相连，用于对药在管路中的流动提供动力；

所述的药比例溢流阀13选用德国博世力士乐股份公司生产的DBEE6-1X/50型先导式比例溢流阀，其通过管道一端与药箱回流口连接，另一端与药液注入泵14和药流量调节阀12同时相连，用于对药管路压力的稳定控制；

所述的药液流量调节阀12为一针阀，用于对药液流量进行实时测控，其一端与药液注入泵14、药比例溢流阀13及差压传感器11的一端相连，药液流量调节阀12另一端同时与单向阀10和差压传感器11的另一端连接；

所述的差压传感器11选用德国HELM公司的HM31HM31-3-A1-F0-W1差压变送器，差压变送器的两端分别与药液流量调节阀12两端连接，用于对药液流量调节阀12两端的差压进行检测；

所述的单向阀10一端与差压传感器11和药液流量调节阀12连接，另一端通过管路同时与水流量传感器4和过滤器9连接，用于防止药水混合液倒流入药箱；

所述的过滤器9安装在喷雾机药水混合液的主管道上，用于对药水混合液进行过滤；

所述的喷雾压力传感器5选用北京天宇恒创有限公司生产的CYT101型压力变送器，安装在喷雾机药水混合液的主管道上，用于对喷杆压力进行检测；

所述的喷施流量传感器6选用北京天宇恒创有限公司生产的4个LWGY-6型液体涡轮流量传感器，用于对各喷杆区喷雾流量进行检测，各个流量传感器一端与过滤器9和喷雾压力传感器5连接，另一端与各自喷杆区的3个电磁阀的公共端连接；

所述的电磁阀7选用6013型直动式电磁阀高速开关电磁阀，一端与其串联的喷头8连接，另一端接对应喷杆区的喷施流量传感器6，在控制器16作用下，高速开关电磁阀开启和关闭，从而控制与其串联的喷头的工作状态。当电磁阀开启时，药水混合液经电磁阀由相应喷头喷出；当电磁阀关闭时，对应喷头停止工作；

所述的喷头8选用德国Lechler公司生产的TR80-05型圆锥雾喷头，分别连接到与其相串联的高速开关电磁阀7上。

根据图2所示，该发明一种智能化低成本在线混药装置中的药液流量标定系统由差压传感器11、药液流量调节阀12、药液比例溢流阀13、药液注入泵14、药箱15、控制器16、压力调节阀21、量筒22和电子天平23组成。其中差压传感器11、药液流量调节阀12、药液比例溢流阀13、药液注入泵14、药箱15、控制器16之间的连接关系在上文已说明，在此不再重复。所述的压力调节阀21连接到流量调节阀12的出口管路上，用于调节流量调节阀12两端的压力差；所述的量筒放在药液出口管路的正下方同时放置于电子天平上用以收集通过流量调节阀12流出的药量，电子电平用于对量筒内收集的药量进行称重。采用该混药装置实现智能化在线混药包含如下步骤：

(1)药液流量调节阀的标定

1)用水代替农药，将药液比例溢流阀13设定为0.5MPa，水从药箱经药液流量调节阀进入主管道，手动调节压力调节阀21以改变流量调节阀两端的压差，使流量调节阀两端压力差设定为不同数值。

2)在每种压差条件下，通过控制器控制流量调节阀开度从100％以5％的步长逐渐减小到10％，待喷雾压力稳定后，在每种开度下连续喷雾60s，同时分别用2000mL的量筒和精度为±0.1g的电子天平记录水的体积和质量，通过计算即可获得不同压差下和各对应开度下药液的体积流量和质量流量。

3)通过上述过程，可获得不同压差条件和不同开度条件下的有效样本数据，将样本数据存储在控制器中，并利用非线性建模方法得到流量调节阀开度、流量调节阀两端压差与流过流量调节阀的流量的关系表达式，最后将该表达式系数存储在控制器中。

(2)混药装置的应用

在应用时，通过所需的药液量和在线获得的流量调节阀两端的压差，即可获得控制量-阀门的开度，实现对药液流量的控制，同时通过流量调节阀两端压差和阀门开度可在线计算出流过流量调节阀的农药流量。

如图3所示，控制器16由控制器主机板34、PWM组件A26、PWM组件B27、通讯接口33、人机对话接口31、人机对话装置32、电磁阀驱动电路24、模拟信号输出通道25、车速检测装置28、压力流量检测装置30和电源29组成。PWM组件A26、PWM组件B27、通讯接口33、人机对话接口31设置在控制器主机板内；模拟信号输出通道25、车速检测装置28、压力流量检测装置30和电源29分别与控制器主机板34连接；人机对话接口31连接人机对话装置32；PWM组件A26、PWM组件B27连接电磁阀驱动电路24。根据图3和图4所示，车速检测装置28由霍尔传感器47、光电隔离48、脉冲整形器49和电平转换器D 50组成，霍尔传感器47采集拖拉机驱动轮或水泵速度信息，通过控制器主板34内自带的四元定时器组件51接收脉冲信号并进行脉冲频率测量，由于霍尔传感器47输出的脉冲信号在传输过程中发生畸变，为了使控制器主板内的四元定时器组件51获得比较理想的方波信号，预先通过施密特触发器SN74LS14对脉冲进行了整形；压力流量检测装置30由I/V变换电路54、压力传感器55和流量传感器56组成，用于对喷杆压力、喷杆总压力和各个喷杆分区管道压力进行检测。模拟信号输出通道25共分为3路，分别用于控制药比例溢流阀、水比例溢流阀、流量调节阀和药液注入泵，第一路由比例溢流阀3，13、集成电子单元A39、D/A转换器A40、电平转换器B41组成；第二路由药液流量调节阀12、集成电子单元B43、D/A转换器B 44、电平转换器C 45组成；第三路由药液注入泵14、电平转换A 61、D/A转换器C 62、驱动电路63组成。通讯接口33连接CAN总线收发器58；人机对话装置32包括键盘及多位开关67和LCD接口70。

如图4所示，数字信号控制器DSP56F80534芯片集成PWM组件A26、PWM组件B 27、通讯接口33、人机对话接口31、人机对话装置32、SPI接口42，46，60、通用I/O接口38，64、CAN组件57、四元定时器组件51、A/D转换器52，53、外部扩展总线68。通用I/O接口38依次通过电平转换器A 37、线驱动器36和固态继电器35连接到高速开关电磁阀7。压力传感器55和流量传感器56一起经过I/V电平转换电路54后分别连接到A/D转换器A 52和A/D转换器B53。CAN接口59通过CAN总线收发器58连接到CAN组件57。LCD接口70经过电平转换C 69连接到外部扩展总线68。键盘及多位开关67依次通过线驱动器B 68、电平转换B 65连接到通用I/O接口B 64。霍尔传感器47依次通过光电隔离48、脉冲整形器49、电平转换器D 50连接到四元定时器组件51。药液流量调节阀12依次通过集成电子单元B 43、D/A转换器B 44、电平转换器C 45与SPI串行接口B 46连接。比例溢流阀3，13依次经过集成电子单元A 39、D/A转换器A 40、电平转换器B 41连接到SPI串行接口A 42。

所述的机组前进速度霍尔传感器采用由JK8002C型霍尔接近开关和安装在在驱动轮轮毂上圆周均布8个磁钢组成，以检测拖拉机驱动轮转速，从而间接实现喷雾机组前进速度的测量。

本发明的工作过程如下：通过通讯接口34或控制器16的人机对话接口31接收设定的目标喷雾量和混药比，通过机组前进速度霍尔传感器19采集喷雾机组拖拉机车轮的转速信号，转化成机组的前进速度，根据区域目标喷雾量、机组前进速度和混药比计算出相应的水流量和药流量，通过差压传感器11采集药液流量调节阀12两端的压差，结合药液流量调节阀12的关系表达式，可进一步计算出药液流量调节阀12对应的阀门开度，从而对药流量进行在线实时调节；另外在喷雾量保持恒定的场合，可根据水流量传感器4在线获取的水流量大小对药流量进行在线调节，使混药比保持稳定，从而实现恒定喷雾浓度。同时，每个喷杆分区支路中的喷施流量传感器6对各喷杆区的喷施总流量进行实时检测，并对与各喷头电磁阀的PWM控制信号的占空比进行微调；同时对喷杆压力进行实时检测。根据设定的喷杆压力，通过比例溢流阀对喷杆压力进行实时调节，以实现对喷杆压力的稳定控制。控制器16有单机和联机两种工作方式，单机模式下，工作参数通过人机对话装置32人工输入或设置，联机模式下通过通讯接口33由车载计算机20设置；车速信号通过车速检测装置28实时获得。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (3)

1.一种智能化低成本在线混药装置，包括：水箱(1)、水泵(2)、水比例溢流阀(3)、水流量传感器(4)、喷雾压力传感器(5)、喷施流量传感器(6)、高速开关电磁阀(7)、连接于高速开关电磁阀(7)上的喷头(8)、过滤器(9)、单向阀(10)、机组前进速度霍尔传感器(19)、车载计算机(20)、拖拉机动力输出轴(17)、水泵输入轴转速传感器(18)、差压传感器(11)、药液流量调节阀(12)、药液比例溢流阀(13)、药液注入泵(14)和药箱(15)； 

所述的水箱(1)材料为不透光的塑料；水箱底部和水箱侧壁上距离水箱底部15cm的位置分别设置有出水口和水箱回流口，水箱顶部正中央设置有加水口；水箱(1)通过底部出水口与水泵(2)相连，同时通过侧面的水箱回流口与水比例溢流阀(3)连接；所述的水泵(2)为隔膜泵，水泵进液口通过管道与水箱底部的出水口相连；水泵出液口通过管道与水比例溢流阀(3)一端相连，同时与水流量传感器(4)相连；水泵(2)的水泵轴与喷雾机组的拖拉机动力输出轴(17)连接；

所述的药箱（15）采用不透光的塑料制造，药箱（15）底部和药箱（15）侧壁上距离药箱（15）底部15cm的位置分别设置有出药口和药箱回流口，顶部正中央设置有加药口；药箱通过底部出药口与药液注入泵（14）相连，同时通过侧面的药箱回流口与药比例溢流阀（13）连接； 

所述的水比例溢流阀(3)一端通过管道与药箱回流口连接，另一端与水泵(2)和水流量传感器(4)相连；水流量传感器(4)的一端与水比例溢流阀(3)和水泵(2)连接，另一端与单向阀(10)和过滤器(9)连接；

其特征在于：还包括药液流量调节阀(12)和控制器(16)；药箱（15）通过底部出药口与药液注入泵(14)相连，通过侧面的药箱回流口与药比例溢流阀(13)连接；所述的药液注入泵(14)的一端与药箱底部的出液口相连，另一端同时与药比例溢流阀(13)、差压传感器(11)和药液流量调节阀(12)相连；所述的药比例溢流阀(13)一端通过管道与药箱回流口连接，另一端与药液注入泵(14)、差压传感器(11)和药液流量调节阀(12)同时相连；

所述的药液流量调节阀(12)为一针阀，一端与药液注入泵(14)、药比例溢流阀(13)及差压传感器(11)的一端相连，另一端同时与压力调节阀(21)、单向阀(10)和差压传感器(11)的另一端连接；所述的差压传感器(11)两端分别与药液流量调节阀(12)的两端连接；所述的单向阀(10)的一端与差压传感器(11)和药液流量调节阀(12)连接，另一端通过管路同时与水流量传感器(4)和过滤器(9)连接；所述的电磁阀(7)一端串联着喷头，另一端接对应喷杆区的喷施流量传感器；

所述的控制器（16）由控制器主机板(34)、PWM组件A(26)、PWM组件B(27)、通讯接口(33)、人机对话接口(31)、人机对话装置(32)、电磁阀驱动电路(24)、模拟信号输出通道(25)、车速检测装置(28)、压力流量检测装置(30)和电源(29)组成；

所述的车速检测装置(28)由霍尔传感器(47)、光电隔离(48)、脉冲整形器(49)组成；霍尔传感器采集拖拉机车轮转速信息和隔膜泵输入轴转速信息，输出两路脉冲信号，四元定时器组件(51)位于控制器主机板(34)内；

PWM组件A(26)、PWM组件B(27)、通讯接口(33)、人机对话接口(31)分别设置在控制器主机板内；模拟信号输出通道(25)、车速检测装置(28)、压力流量检测装置(30)和电源(29)分别与控制器主机板(34)连接；人机对话接口(31)连接人机对话装置(32)；PWM组件A(26)、PWM组件B(27)分别与电磁阀驱动电路(24) 连接； 压力流量检测装置(30)由I/V变换电路(54)、压力传感器(55)和流量传感器(56)组成。

2.根据权利要求1所述的一种智能化低成本在线混药装置，其特征在于：所述的模拟信号输出通道(25)共分为三路：第一路由水比例溢流阀(3)与药液比例溢流阀 (13)、集成电子单元A(39)、D/A转换器A(40)和电平转换器B(41)组成；第二路由药液流量调节阀(12)、集成电子单元B(43)、D/A转换器B(44)、电平转换器C(45)组成； 第三路由药液注入泵(14)、电平转换A (61)、D/A转换器C(62)和驱动电路(63)组成。

3.根据权利要求1所述的一种智能化低成本在线混药装置，其特征在于：所述的喷雾压力传感器(5)安装在水流量传感器（4）和单向阀（10）公共端处喷雾机药水混合液的主管道上；所述的喷施流量传感器(6)一端过滤器(9)和喷雾压力传感器(5)连接，另一端与各自喷杆区的3个电磁阀的公共端连接。