專利名稱：一種電磁泵注入式混藥裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴霧設(shè)施的混藥裝置，尤其是一種電磁泵注入式混藥裝置，屬于 農(nóng)業(yè)植保機(jī)具技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
與其他技術(shù)領(lǐng)域一樣，植保機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)融合了諸多現(xiàn)代化技術(shù)。但目前 廣大農(nóng)村使用的噴霧機(jī)的配藥混藥一直還是用原始的操作。最常見的作業(yè)是予混式噴霧， 即將所要噴的農(nóng)藥和水一起兌好在大的容器里，攪拌均勻。在水田作業(yè)時(shí)，轉(zhuǎn)移這樣大的容 器勞動(dòng)強(qiáng)度較大，操作者接觸農(nóng)藥被污染的概率也大，且人工費(fèi)用高。為避免施藥者與農(nóng)藥 的接觸，技術(shù)人員在自動(dòng)混藥方面做了大量的研究，如1989年萬培蓀等人開發(fā)的植保機(jī)械 射流裝置，但該混藥器只能用在Φ13πιπι的膠管上，用藥量多，壓損大，達(dá)到0. 75MI^左右級(jí)。近年來，國際上不少研究機(jī)構(gòu)開展了在線自動(dòng)混藥技術(shù)研究，大型植保機(jī)械已經(jīng) 將藥箱和水箱分開，避免了操作人員與農(nóng)藥的直接接觸。噴霧機(jī)工作時(shí)，農(nóng)藥母液和水在管 道內(nèi)自動(dòng)混合，水流量恒定農(nóng)藥直接注入系統(tǒng)是在噴霧機(jī)上分別設(shè)置藥箱和水箱，利用噴 霧機(jī)管道系統(tǒng)外部的能源，完成農(nóng)藥的精確計(jì)量和并在管道內(nèi)混合，稱為直接注入式系統(tǒng) (Direct injection system) [1-4]。這種外加能源式噴霧混藥裝置不受噴霧機(jī)管道系統(tǒng)水 力的影響，能實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的精確計(jì)量和在管道內(nèi)均勻混合。將流量控制和農(nóng)藥直接注入技術(shù) 相結(jié)合，農(nóng)藥母液流量由計(jì)算機(jī)控制，農(nóng)藥濃度可以根據(jù)掛載噴霧機(jī)的拖拉機(jī)的運(yùn)行速度 自行調(diào)節(jié)(Direct injection total-flow-control system) [5]，但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本 不夠經(jīng)濟(jì)，并且主要用于拖拉機(jī)作為行走底盤的大型噴霧機(jī)，其流量調(diào)節(jié)以拖拉機(jī)的運(yùn)行 速度為反饋，不能完全保證藥液定比例混合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提出一種可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)定比 例混藥的電磁泵注入式混藥裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本經(jīng)濟(jì)。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的電磁泵注入式混藥裝置包括進(jìn)口接水源的柱塞泵和 進(jìn)口接藥液放熱電磁泵，所述電磁泵的出口與所述柱塞泵的進(jìn)口連通，所述柱塞泵的驅(qū)動(dòng) 裝置處設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器件，所述轉(zhuǎn)速傳感器件的輸出端接PWM控制電路的信號(hào)輸入端，所 述PWM控制電路的控制輸出端接所述電磁泵的驅(qū)動(dòng)控制端。工作時(shí)，水通過功率較大、軟管直徑大的高壓柱塞泵吸出，高濃度的農(nóng)藥則通過電 磁泵注入高壓柱塞泵，然后通過噴槍噴嘴噴灑。一方面，轉(zhuǎn)速傳感器件的信號(hào)頻率與柱塞泵 驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速相同；另一方面，柱塞泵的流量與柱塞泵驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速線性正相關(guān)，電磁 泵的流量和頻率也是線性正相關(guān)的，所以采用本發(fā)明后，隨著驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)，系統(tǒng)以當(dāng)前 柱塞泵流量為反饋，經(jīng)過運(yùn)算，向被控電磁泵發(fā)送控制指令，以脈寬調(diào)制方式控制其工作流 量滿足混藥比要求，從而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)定比例的藥液與水的混合。由于控制電路主要有控制芯 片及簡(jiǎn)單的外圍電路組成，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性高，成本經(jīng)濟(jì)。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1實(shí)施例的原理圖。圖3為圖1實(shí)施例的電路圖之一。圖4為圖1實(shí)施例的電路圖之二。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本實(shí)施例的電磁泵注入式混藥裝置配套動(dòng)力為LF168-2汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，高壓柱塞泵 型號(hào)為FST-30，電磁泵選用AKO的MWVPH，其功率20W，流量75_125cc/min，壓力4-7BAR。 該微型電磁單柱塞電磁泵是一種將半導(dǎo)體二極管整流器、直線電機(jī)(柱塞)、電磁閥、止回 閥集成在一起的機(jī)電一體化的產(chǎn)品，當(dāng)電源電壓(交流電源)為正時(shí)，二極管導(dǎo)通，螺旋管 線圈中通過電流，導(dǎo)磁回路中產(chǎn)生磁場(chǎng)，柱塞受電磁力作用向一端運(yùn)動(dòng)，柱塞另一側(cè)腔體形 成負(fù)壓，流體通過進(jìn)水單向閥被吸水腔體；在電源電壓為負(fù)時(shí)二極管將電流切斷，電磁力消 失，活塞在彈簧作用下向回運(yùn)動(dòng)，液體頂開出水閥輸出。如圖1和圖2所示，柱塞泵1和電磁泵2的進(jìn)口分別接水箱3和藥液箱4。電磁泵 2的出口與柱塞泵1的進(jìn)口連通，柱塞泵1的驅(qū)動(dòng)裝置——汽油發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng) 高壓柱塞泵，在驅(qū)動(dòng)裝置的傳動(dòng)環(huán)節(jié)末端采用霍爾傳感器(也可以采用脈沖計(jì)數(shù)器等其它 器件)作為轉(zhuǎn)速傳感器，采集高壓柱塞泵1的實(shí)際轉(zhuǎn)速，其輸出端通過電平隔離轉(zhuǎn)換后經(jīng)通 信接口，接PWM控制電路(即混藥控制系統(tǒng))的輸入端。PWM控制電路的輸出端接電磁泵2 的驅(qū)動(dòng)控制端(參見圖2、。由于柱塞泵的流量與轉(zhuǎn)速線性正相關(guān)，電磁泵的流量和其驅(qū)動(dòng) 頻率也線性正相關(guān)，因此借助PWM控制電路，可以根據(jù)監(jiān)測(cè)到的高壓柱塞泵1的轉(zhuǎn)速，得到 其輸出流量，并按設(shè)定的混藥比反推出電磁泵輸出相應(yīng)流量的轉(zhuǎn)速，以調(diào)整占空比的方式 完成脈寬調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)所需的電磁泵轉(zhuǎn)速控制，最終通過上述閉環(huán)控制，自動(dòng)達(dá)到設(shè)定混 要比的要求。具體的PWM控制電路如圖3、4所示，由主控制回路A、鍵盤輸入模塊B、顯示模塊C、 通訊接口模塊D、放大電路E、監(jiān)測(cè)輸出電路F構(gòu)成。其中主控制回路A主要由核心單片機(jī) NSP430F149及其外圍的時(shí)鐘芯片U3、晶振、存儲(chǔ)芯片U6、復(fù)位芯片U2構(gòu)成。鍵盤輸入模塊 B、顯示模塊C以及通訊接口模塊D分別通過對(duì)應(yīng)的接插器件接主控制回路A中單片機(jī)的鍵 盤輸入端、顯示輸出端和通訊端，用于人機(jī)交互，使操作人員可以預(yù)先設(shè)置混藥比，并顯示 系統(tǒng)工作參數(shù)。其中鍵盤模塊B通過外部中斷的方式與單片機(jī)P2端口連接，顯示模塊C 使用I2C的傳輸方式與單片機(jī)Pl端口連接，通信接口模塊D與單片機(jī)的USART端連接。為節(jié)約成本，也可只使用簡(jiǎn)單的檔位開關(guān)，但人機(jī)交互功能將失效，混藥比例的檔 位開關(guān)從圖3中電平轉(zhuǎn)換芯片U7左側(cè)輸入口接入，開關(guān)信號(hào)傳輸至主控制回路MSP430F149 芯片，同時(shí)U7右側(cè)輸出口接圖4的三極管放大電路的左側(cè)Jl接插口，經(jīng)放大后，再由該電 路的右側(cè)接插口 J2外接用于控制檔位開關(guān)指示燈。監(jiān)測(cè)輸出電路F如圖4所示，主要由整流穩(wěn)壓回路以及監(jiān)測(cè)回路和控制輸出回路構(gòu)成。來自發(fā)電機(jī)的交流電經(jīng)整流橋BRIDGE1和穩(wěn)壓芯片7808、7812后，經(jīng)三極管和接插 口 COM2向外界的電磁閥供電，霍爾傳感器件HTS的信號(hào)輸出端經(jīng)電平隔離轉(zhuǎn)換芯片6W37 后，由該電路圖中上端的C0M10接插口的3腳輸出至主控制回路A中單片機(jī)NSP430F149。 同時(shí)C0M10的2、10兩腳則將NSP430F149脈寬調(diào)制處理后的脈沖控制信號(hào)輸出到外接電磁 泵驅(qū)動(dòng)控制端(參見圖幻的COM2接插口。從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)，改變脈沖信號(hào)的頻率， 控制電磁泵的工作流量。更具體而言，霍爾傳感器的反饋信號(hào)通過隔離處理后連接至主控制回路，單片機(jī) 通過“下降沿觸發(fā)中斷”的方式記錄脈沖次數(shù)，并寫入累加器；同一時(shí)間，定時(shí)器模塊以固定 的周期采集累加器內(nèi)數(shù)值，換算成柱塞泵流量；再根據(jù)當(dāng)前水藥比數(shù)值測(cè)算所需藥液流量， 最終計(jì)算出驅(qū)動(dòng)被控電磁泵所需的波形頻率和占空比。單片機(jī)中斷分配如下定時(shí)器Tl用于定期收集累加器內(nèi)參數(shù)；定時(shí)器T2用于PWM 脈沖波周期設(shè)定；定時(shí)器T3用于PWM脈沖波占空比設(shè)定；外部中斷Pl用于采集霍爾元件工作信息。本實(shí)施例采用具有內(nèi)置磁電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)作為柱塞泵驅(qū)動(dòng)裝置，其磁電機(jī)的輸出端 通過PWM控制電路的監(jiān)測(cè)輸出電路F接電磁泵的驅(qū)動(dòng)控制端，用以驅(qū)動(dòng)和控制微型電磁泵。 因此結(jié)構(gòu)緊湊、合理。工作時(shí)，水通過功率較大、軟管直徑大的高壓柱塞泵吸出；高濃度的農(nóng)藥則是通過 電磁泵注入高壓柱塞泵，然后通過噴槍噴嘴噴灑。對(duì)于一套施藥設(shè)備而言，由于發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng) 高壓柱塞泵工作，液泵皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速呈線性關(guān)系，而轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了液泵流 量，因此高壓柱塞泵的出水量和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及其自身轉(zhuǎn)速呈線性關(guān)系。另一方面，通過改 變交流電磁泵的工作頻率，可以改變單位時(shí)間內(nèi)的出藥量，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同作物、不同農(nóng)藥所需 的混藥比變比例調(diào)節(jié)。因此設(shè)定高壓柱塞泵的轉(zhuǎn)速為系統(tǒng)的反饋信息，通過轉(zhuǎn)速傳感器件 檢測(cè)、進(jìn)而控制電磁泵的工作流量，可以實(shí)現(xiàn)混藥的智能控制。本實(shí)施例的試驗(yàn)結(jié)果如下表 所示
權(quán)利要求
1.一種電磁泵注入式混藥裝置，其特征在于包括進(jìn)口接水源的柱塞泵和進(jìn)口接藥液 放熱電磁泵，所述電磁泵的出口與所述柱塞泵的進(jìn)口連通，所述柱塞泵的驅(qū)動(dòng)裝置處設(shè)有 轉(zhuǎn)速傳感器件，所述轉(zhuǎn)速傳感器件的輸出端接PWM控制電路的信號(hào)輸入端，所述PWM控制電 路的控制輸出端接所述電磁泵的驅(qū)動(dòng)控制端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁泵注入式混藥裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)裝置的傳動(dòng) 環(huán)節(jié)末端安置霍爾傳感器作為轉(zhuǎn)速傳感器，所述霍爾傳感器的輸出端通過電壓轉(zhuǎn)換后經(jīng)通 信接口接PWM控制電路的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電磁泵注入式混藥裝置，其特征在于所述PWM控制電路由 主控制回路、鍵盤輸入模塊、顯示模塊、通訊接口模塊、放大電路、監(jiān)測(cè)輸出電路構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁泵注入式混藥裝置，其特征在于所述主控制回路主要 由核心單片機(jī)及其外圍的時(shí)鐘芯片、晶振、存儲(chǔ)芯片、復(fù)位芯片構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電磁泵注入式混藥裝置，其特征在于所述鍵盤輸入模塊、顯 示模塊以及通訊接口模塊分別通過對(duì)應(yīng)的接插器件接主控制回路中單片機(jī)的鍵盤輸入端、 顯示輸出端和通訊端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的電磁泵注入式混藥裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)裝 置為具有內(nèi)置磁電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，所述磁電機(jī)的輸出端通過PWM控制電路的監(jiān)測(cè)輸出電路接 電磁泵的驅(qū)動(dòng)控制端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電磁泵注入式混藥裝置，屬于農(nóng)業(yè)植保機(jī)具技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括進(jìn)口接水源的柱塞泵和進(jìn)口接藥液放熱電磁泵，所述電磁泵的出口與所述柱塞泵的進(jìn)口連通，所述柱塞泵的驅(qū)動(dòng)裝置處設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器件，所述轉(zhuǎn)速傳感器件的輸出端接PWM控制電路的輸入端，所述PWM控制電路的控制輸出端接所述電磁泵的驅(qū)動(dòng)控制端。工作時(shí)，轉(zhuǎn)速傳感器件的信號(hào)頻率與柱塞泵驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速相同；同時(shí)柱塞泵的流量與柱塞泵驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速、以及電磁泵的流量和頻率均是線性正相關(guān)的，所以隨著驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)，系統(tǒng)以當(dāng)前柱塞泵流量為反饋，經(jīng)過計(jì)算向被控電磁泵發(fā)送控制指令，使其工作流量滿足混藥比要求，從而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)定比例的藥液與水的混合。
文檔編號(hào)B01F5/12GK102039093SQ20101029865
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者周立新, 孔偉, 孫竹, 張宋超, 張濤, 王寶坤, 薛新宇, 陳健康 申請(qǐng)人:農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所