一种PWM电控精量喷雾系统的制作方法

一种pwm电控精量喷雾系统
技术领域
1.本发明涉及农业精量施药技术领域，特别是涉及一种pwm电控精量喷雾系统。


背景技术：

2.中国是农药生产和使用大国，其生产技术处于国际先进水平，植保机和农药使用技术却比较落后，年使用量高达100万吨的农药只有不足40％的平均使用率，存在农药有效利用率低、残留超标、环境污染、资源浪费等问题。
3.随着精准农业与智慧农业的不断发展，农业机械在自动化、智慧化方面有了很大的提高。在农业植保领域，变量喷药技术是精准农业的重要分支，同时作为一种新型的按需喷药技术具有极大优势。但是，目前传统喷嘴体不能独立控制所喷药量的多少，而田间杂草及病虫害的区域性分布则要求植保机根据实际田间情况按需施药，因此，如何根据实际作业要求实时调整喷药量，以实现独立控制所喷药量的多少，成为本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种pwm电控精量喷雾系统，以实现独立控制所喷药量的多少。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种pwm电控精量喷雾系统，所述系统包括：
7.喷雾控制单元，用于获取预喷药流量，并根据所述预喷药流量生成pwm控制信号；
8.电子开关，与所述喷雾控制单元连接，用于在所述pwm控制信号的控制下进行第一设定时间内的闭合和第二设定时间内的断开；
9.电控喷嘴体，与所述电子开关连接，用于在所述电子开关进行第一设定时间内的闭合时导通，使药液按所述预喷药流量喷出，以及在所述电子开关进行第二设定时间内的断开时关断，使药液无法喷出。
10.可选地，所述系统还包括：
11.上位机，与所述喷雾控制单元连接，用于接收用户设置的所述预喷药流量，并将所述预喷药流量发送给所述喷雾控制单元。
12.可选地，所述喷雾控制单元具体包括：
13.pic18f258单片机，分别与所述电子开关和所述上位机连接，用于获取所述预喷药流量，并根据公式q＝d*q
max
将所述预喷药流量换算成pwm占空比；式中，q为所述预喷药流量，d为pwm占空比，q
max
为所述电控喷嘴体的最大流量；所述pwm占空比为所述pwm控制信号。
14.可选地，所述喷雾控制单元还包括电源、电源稳压模块、usb
‑
ttl串口模块、时钟电路和复位电路；
15.所述电源与所述电源稳压模块连接；所述电源稳压模块与所述pic18f258单片机连接；所述时钟电路与所述pic18f258单片机连接；所述usb
‑
ttl串口模块分别与所述上位
机和所述pic18f258单片机连接；所述复位电路与所述pic18f258单片机连接。
16.可选地，所述电子开关具体包括并联连接的第一mos管和第二mos管；
17.所述第一mos管的栅极和所述第二mos管的栅极均连接所述pic18f258单片机；所述第一mos管的源极和所述第二mos管的源极均连接输入电源；所述第一mos管的漏极和所述第二mos管的漏极均连接所述电控喷嘴体；所述第一mos管和所述第二mos管均用于在所述pwm占空比的控制下进行第一设定时间内的闭合和第二设定时间内的断开。
18.可选地，所述电子开关还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和led灯；
19.所述第一电阻的第一端与所述pic18f258单片机连接；所述第一电阻的第二端分别与所述第二电阻的第一端、所述第一mos管的栅极、所述第二mos管的栅极和所述第三电阻的第一端连接；所述第二电阻的第二端、所述第一mos管的源极、所述第二mos管的源极和所述led灯的第二端均连接输入电源；所述第二电阻的第二端、所述第一mos管的源极、所述第二mos管的源极和所述led灯的第二端均接地；所述第三电阻的第二端与所述led灯的第一端连接。
20.可选地，所述电控喷嘴体具体包括线圈、铁芯、锁紧螺母、阀芯、复位弹簧、双向通水阀、连接螺帽、喷体和喷嘴；
21.所述线圈分别与所述第一mos管的漏极和所述第二mos管的漏极连接；所述铁芯内嵌在所述线圈内，通过所述锁紧螺母固定所述铁芯；所述阀芯的第一端内嵌在所述铁芯中空的一段内；所述复位弹簧套设在所述阀芯上；所述阀芯的第二端内嵌在所述双向通水阀的中央通孔中；所述铁芯与所述双向通水阀通过螺纹连接；所述连接螺帽套设在所述双向通水阀上；所述喷体与所述连接螺帽螺纹连接；所述喷体与所述喷嘴通过卡扣连接；所述喷体的进水口与所述喷体的回流口中设置的第一通孔连通；所述第一通孔与环绕设置在所述中央通孔周围的五个圆形通孔均连通；所述喷体的出水口与所述喷体的回流口中设置的第二通孔连通；所述第二通孔与所述中央通孔连通；所述喷体的出水口与所述喷嘴连通；
22.药液从所述喷体的进水口进入，通过所述第一通孔流经五个所述圆形通孔，进而充满所述阀芯与所述铁芯之间的腔体；当所述第一mos管和所述第二mos管闭合时，所述线圈和所述铁芯有电流通过，所述线圈和所述铁心组成的电磁铁吸合所述阀芯，使所述阀芯的第二端从所述中央通孔中移出，药液经过所述中央通孔、所述第二通孔、所述喷体的出水口和所述喷嘴喷出；当所述第一mos管和所述第二mos管断开时，所述线圈和所述铁芯无电流通过，所述线圈和所述铁心组成的电磁铁释放所述阀芯，所述阀芯在所述复位弹簧的作用下向所述中央通孔移动，使所述阀芯的第二端重新内嵌在所述中央通孔中，阻断药液流出。
23.可选地，所述pic18f258单片机的数量为多个；多个所述pic18f258单片机之间采用can总线通信。
24.可选地，每个所述pic18f258单片机至多连接8个所述电子开关；每个所述电子开关均连接一个所述电控喷嘴体。
25.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
26.本发明公开的pwm电控精量喷雾系统，设置喷雾控制单元获取预喷药流量，并根据所述预喷药流量生成pwm控制信号；设置电子开关与喷雾控制单元连接，电子开关在pwm控制信号的控制下进行第一设定时间内的闭合和第二设定时间内的断开；设置电控喷嘴体与
电子开关连接，电控喷嘴体在电子开关进行第一设定时间内的闭合时导通，使药液按预喷药流量喷出，以及在电子开关进行第二设定时间内的断开时关断，使药液无法喷出；电控喷嘴体与喷雾控制单元及电子开关配合使用，喷雾控制单元发送pwm控制信号控制电子开关，再由电子开关控制电控喷嘴体的导通关断，通过pwm信号调节电控喷嘴体在每个控制周期中开通或关断的时间占比，进而调节药液流量，实现独立控制所喷药量的多少，达到喷药量实时可调的目的。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明pwm电控精量喷雾系统实施例的结构图；
29.图2为本发明pwm电控精量喷雾系统组成图；
30.图3为本发明电子开关原理图；
31.图4为本发明电控喷嘴体结构示意图；
32.图5为本发明电控喷嘴体整体示意图；
33.图6为本发明控制原理框图；
34.图7为本发明的can总线连接网络图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.本发明的目的是提供一种pwm电控精量喷雾系统，以实现独立控制所喷药量的多少。
37.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
38.图1为本发明pwm电控精量喷雾系统实施例的结构图。参见图1，该pwm电控精量喷雾系统包括喷雾控制单元101、电子开关102、电控喷嘴体103和上位机104。
39.喷雾控制单元101用于获取预喷药流量，并根据预喷药流量生成pwm控制信号。
40.电子开关102与喷雾控制单元101连接，电子开关102用于在pwm控制信号的控制下进行第一设定时间内的闭合和第二设定时间内的断开。
41.电控喷嘴体103与电子开关102连接，电控喷嘴体103用于在电子开关102进行第一设定时间内的闭合时导通，使药液按预喷药流量喷出，以及在电子开关102进行第二设定时间内的断开时关断，使药液无法喷出。
42.上位机104与喷雾控制单元101连接，上位机104用于接收用户设置的预喷药流量，并将预喷药流量发送给喷雾控制单元101。
43.图2为本发明pwm电控精量喷雾系统组成图。参见图2，喷雾控制单元101具体包括pic18f258单片机2、电源7、电源稳压模块3、usb
‑
ttl串口模块4、时钟电路5和复位电路6。
44.pic18f258单片机2的数字i/o口与电子开关102连接；pic18f258单片机2的数字i/o口根据指令调节其输出的pwm信号的占空比从而控制电子开关102的闭合时间和断开时间；pic18f258单片机2通过usb
‑
ttl串口模块与上位机104连接，pic18f258单片机2与上位机104之间通过usb
‑
ttl串口模块4进行串口通信；pic18f258单片机2用于获取预喷药流量，并根据占空比d与流量q的关系转换公式q＝d*q
max
将预喷药流量换算成pwm占空比；式中，q为预喷药流量，d为pwm占空比，q
max
为电控喷嘴体103的最大流量，即电控喷嘴体103的喷嘴的最大流量；pwm占空比为pwm控制信号。
45.电源7与电源稳压模块3连接；电源稳压模块3与pic18f258单片机2的vcc与gnd连接；电源稳压模块3为pic18f258单片机2供电；时钟电路5与pic18f258单片机2连接；usb
‑
ttl串口模块4分别与上位机104和pic18f258单片机2的rx以及tx连接；上位机104通过usb
‑
ttl串口模块4向喷雾控制单元101发送流量数据，即预喷药流量；复位电路6与pic18f258单片机2连接。其中，电源7为12v电源，电源稳压模块3为12v转5v电源稳压模块，用于12v转5v电压转换。pic18f258单片机2与复位电路6和时钟电路5组成单片机最小系统。
46.图3为本发明电子开关原理图。参见图3，该电子开关102为大功率mos管场效应管驱动模块，电子开关102具体包括并联连接的第一mos管q2、第二mos管q3、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和led灯led2。其中，第一电阻r1为100欧电阻，第二电阻r2为1000k欧电阻，第三电阻r3为1000(1k)欧电阻。电子开关102采用两个mos管并联，能够保证足够大的电流通过。
47.第一mos管q2的栅极和第二mos管q3的栅极均连接pic18f258单片机；第一mos管q2的源极和第二mos管q3的源极均连接输入电源vin1；第一mos管q2的漏极和第二mos管q3的漏极均连接电控喷嘴体103；第一mos管q2和第二mos管q3均用于在pwm占空比的控制下进行第一设定时间内的闭合和第二设定时间内的断开。
48.第一电阻r1的第一端与pic18f258单片机连接；第一电阻的第二端分别与第二电阻r2的第一端、第一mos管q2的栅极、第二mos管q3的栅极和第三电阻r3的第一端连接；第二电阻r2的第二端、第一mos管q2的源极、第二mos管q3的源极和led灯led2的第二端均连接输入电源vin1；第二电阻r2的第二端、第一mos管q2的源极、第二mos管q3的源极和led灯led2的第二端均接地；第一mos管q2的漏极和第二mos管q3的漏极均与电控喷嘴体103连接；第三电阻r3的第二端与led灯led2的第一端连接。
49.pic18f258单片机2的数字i/o口根据指令调节其输出的pwm信号的占空比从而控制电子开关102中每个mos管的闭合时间和断开时间。第一mos管q2和第二mos管q3并联与100欧电阻、1000欧电阻、1000k欧电阻及led灯连接组成电子开关102，电子开关102连接电控喷嘴体103。
50.图4为本发明电控喷嘴体结构示意图，图5为本发明电控喷嘴体整体示意图。参见图4和图5，电控喷嘴体103具体包括线圈10、铁芯11、锁紧螺母9、阀芯12、复位弹簧13、双向通水阀17、连接螺帽14、喷体15和喷嘴16。其中，线圈10为电磁线圈，双向通水阀即双向通水帽。
51.线圈10分别与第一mos管q2的漏极和第二mos管q3的漏极连接；铁芯11内嵌在线圈
10内，通过锁紧螺母9固定铁芯11；阀芯12的第一端内嵌在铁芯11中空的一段内；复位弹簧13套设在阀芯12上；铁芯11有二节凸台，分别承载阀芯12和复位弹簧13；双向通水阀17的中央设置有中央通孔，四周有五个圆形通孔呈圆周分布，阀芯12的第二端内嵌在双向通水阀17的中央通孔中；铁芯11与双向通水阀17通过螺纹连接；连接螺帽14套设在双向通水阀17上；喷体15与连接螺帽14螺纹连接；喷体15与喷嘴16通过卡扣连接；喷体15有三个端口，包括进水口15
‑
1、回流口15
‑
2、出水口15
‑
3；喷体15的进水口15
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1与喷体15的回流口15
‑
2中设置的第一通孔连通；第一通孔与环绕设置在中央通孔周围的五个圆形通孔均连通；喷体15的出水口15
‑
3与喷体15的回流口15
‑
2中设置的第二通孔连通；第二通孔与中央通孔连通；喷体15的出水口15
‑
3与喷嘴16连通。其中，回流口15
‑
2是中央有空心圆柱的结构，空心圆柱外围(第一通孔)与进水口(入水口)15
‑
1导通，圆柱内(第二通孔)与出水口15
‑
3导通。
52.药液从喷体15的进水口15
‑
1进入，通过第一通孔流经五个圆形通孔，进而充满阀芯12与铁芯11之间的腔体；当第一mos管q2和第二mos管q3闭合时，线圈10和铁芯11有电流通过，线圈10和铁心11组成的电磁铁吸合阀芯12，使阀芯12的第二端从中央通孔中移出，药液经过中央通孔、第二通孔、喷体15的出水口15
‑
3和喷嘴16喷出；当第一mos管q2和第二mos管q3断开时，线圈10和铁芯11无电流通过，线圈10和铁心11组成的电磁铁释放阀芯12，阀芯12在复位弹簧13的作用下向中央通孔移动，使阀芯12的第二端重新内嵌在中央通孔中，阻断药液流出。
53.下面对本实施例的工作原理进行说明，图6为本发明控制原理框图，参见图6，本发明工作及控制原理包括：
54.当电控喷嘴体103工作时，药液从进水口15
‑
1进入灌满整个回流口15
‑
2的腔体，通过双向通水阀17的五个圆形通孔充满阀芯12上端部分。此时在上位机104设置所需喷药量，即预喷药流量，通过串口发送给pic18f258单片机2，pic18f258单片机2根据指令调节相对应的pwm占空比，由数字i/o口经电子开关102放大后，电子开关102的输出电压施加于电控喷嘴体的电磁铁上，由电磁铁吸合或释放阀芯12进而控制喷体15中药液的通断。当线圈10和铁芯11通电时，阀芯12向靠近铁芯11的一端移动，将双向通水阀17的中央通孔打开，药液从双向通水阀17的中央通孔进入回流口15
‑
2的空心圆柱内，进而流向出水口15
‑
3。当电磁铁断电时，阀芯12在复位弹簧13的作用下向远离铁芯11的一端移动，将双向通水阀17的中央通孔堵上，从而完成药液的截断。
55.具体的，pic18f258单片机的数量可以为多个；多个pic18f258单片机之间采用can总线通信，如图7所示。每个pic18f258单片机至多可连接8个电子开关102；每个电子开关102均连接一个电控喷嘴体103。若有需要，可增加pic18f258单片机的数量，故本发明可控制喷嘴体数不限数量。
56.本发明提供一种响应速度快、集成度高和喷药流量可调的pwm电控精量喷雾系统(精量喷雾控制器)，能够单独控制每个喷嘴体的喷药量，能够为喷药机提供实现精量喷雾的系统方案，通过喷雾控制单元发送pwm控制信号控制电子开关，再由电子开关控制电控喷嘴体的导通关断，所设计的电控喷嘴体需与喷雾控制单元及电子开关配合使用，以达到喷药量的实时可调的目的。其中，喷雾控制单元最后发送的pwm控制信号即单片机换算得到的pwm占空比。响应速度快是由本发明的电控喷嘴体的电磁吸合结构形式及喷雾控制单元发送的pwm信号决定。其中，所发明的电磁吸合结构形式具备响应高频pwm信号的能力。而目
前，虽然有类似的电磁阀可以实现通断，但无法响应高频pwm信号，易产生漏喷、断喷现象。喷药流量可调是由喷雾控制单元发送相应占空比的pwm信号至电子开关以控制喷嘴体在每个周期上开通或关断的时间占比实现喷药量调节，喷雾控制单元实时发送pwm信号，喷嘴体能够实时响应。
57.本发明通过上位机获取预喷药量，喷雾控制单元对预喷药量进行处理得到pwm控制信号，电子开关在pwm控制信号的控制下开通或关断，进而控制电控喷嘴体开通或关断，即通过控制电控喷嘴体在每个控制周期中开通或关断的占比时间来实时调整喷药量，以实现根据实际作业要求实时调整喷药量。
58.本发明的pwm电控精量喷雾系统，通过调节pwm信号的占空比调节药液流量，即通过pwm信号调节喷嘴体在每个控制周期中开通或关断的时间占比，进而调节药液流量，无需改变喷药系统压力，同时一个喷雾控制单元可控制多个电控喷嘴体。本发明不仅能达到精量变量喷雾的良好效果，并且易集成、易扩展，系统集成度高，进一步提高了精量喷雾的精准化和智能化，对解决农药有效利用率低、残留超标、环境污染、资源浪费等问题有积极意义。本发明适用于大多数植保机械，安装简单、易于操作，具有良好的推广空间。
59.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
60.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。