用于温室农作物病虫防治及种子处理智能高压静电仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于温室农作物病虫防治及种子处理智能高压静电仪。包括机壳5、遥控器系统18、单片机控制系统19、信号整形驱动电路20、高压输出电路21。控制系统电路、信号驱动电路和高压输出电路采用独立的PBC电路板，使它们的“地”彻底分离；控制系统输出ON/OFF信号和PWM经光电隔离电路，使电路的前后级隔离，提高了电路的抗干扰能力；遥控技术实现了远距离智能化控制，提高了使用的安全性；输出0～60KV的高压静电，能够满足各种温室病虫防治的空间电场设施和植物种子处理装置的需求，能大幅度降低温室作物农药使用量,提高种子发芽率，减少对农业生态环境的污染，提高农产品质量，具有广阔的市场前景。
【专利说明】用于温室农作物病虫防治及种子处理智能高压静电仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种静电仪，更具体地说涉及一种用于温室农作物病虫防治及种子处理智能高压静电仪。
【背景技术】
[0002]现代农业技术禁用了高残农药，在此背景下产生了物理农业技术设备，其基本原理是将自然界对植物生长影响积极效应转换为农业生产力，通过物理学科领域内多个前沿学科交叉、边缘融合成为声、光、电设备的优化产品。我国农村已建造各种类型的温室，包括智能化温室、日光温室和塑料大棚、拱棚等约5000万亩，物理农业技术和设备已在东南沿海发达省区广泛使用。但现在采用的高压静电仪控制方式绝大部分是采用手动开关，不能遥控调节，更不能自动定时。当应用在空间电场和种子处理时，人们不能远距离控制，使用非常不方便，与现代电器智能化、人性化和低碳设计理念相违背。设计单一，不能将作物种子处理与高压静电空间电场进行病虫防治融为一体，农民投入较高。
实用新型内容
[0003]本实用新型要解决的技术问题是:提供一种用于温室病虫防治及作种子处理智能高压静电仪。在电路设计时，控制系统电路、信号驱动电路和高压输出电路采用独立的PBC电路板，使它们的“地”彻底分离，控制系统输出0N/0FF信号和PWM经光电隔离电路，使电路的前后级隔离，提高了电路的可靠性和抗干扰能力；遥控技术实现了远距离智能化控制，提高了使用的安全性；输出O?60KV的高压静电，能够满足各种温室病虫防治的空间电场设施和植物种子处理装置的需求，使温室高压静电电源与作物种子处理静电电源为“二合一”新设备。使用该设备能大幅度降低温室作物农药使用量，提高了种子的发芽率和发芽势，减少对农业生态环境的污染，提高农产品质量，使温室农产品质量达到绿色食品标准。
[0004]本实用新型包括机壳、电路结构，其机壳包括前面板、后门板，手柄；前面板上设有数字表头、输出终止按钮、系统复位按键，后面板上设有AC220V电源插座、电源开关、高压输出连接线、高压接地连接座。电路结构包括系统控制电路、信号整形驱动电路、高压输出电路、数字显示电路和电源电路，其特点在于:
[0005]a、ATmegal6L单片机系统控制电路端口 PB2与斯密特触发器的I脚连接，斯密特触发器的2脚与0N/0FF接口电路连接，0N/0FF接口电路另一端与光电隔离电路连接，光电隔离电路另一端与0N/0FF驱动电路连接，0N/0FF驱动电路另一端与ADJ电压输出控制连接，ADJ电压输出端与高压输出电路连接。
[0006]b、ATmegal6L单片机系统控制电路端口 PD4与斯密特触发器的3脚连接，斯密特触发器的4脚与ADJ接口电路连接，ADJ接口电路的另一端与光电隔离电路连接，光电隔离电路另一端与ADJ低带通滤波放大电路连接，ADJ低带通滤波放大的另一端与ADJ电压输出电路连接，ADJ电压输出电路连接到ADJ电压输出控制电路。
[0007]c、ATmegal6L单片机系统控制电路端口 PD5与斯密特触发器的5脚连接，斯密特触发器的6脚与激励脉冲接口电路连接，激励脉冲接口电路的另一端与光电隔离电路连接，光电隔离电路的另一端与脉冲放大整形电路连接，脉冲放大整形电路的另一端与激励脉冲推动电路连接，激励脉冲推动电路的输出端与高压输出电路连接。
[0008]本实用新型为温室高压静电与作物种子处理“二合一”新设备，设备技术先进，性能稳定可靠，操作简便，成本较低，质优价廉，具有较高的性价比；不仅适用各种温室大棚使用，也能够满足不同种子播前的处理需求。使用该设备，还会大幅度降低温室作物农药、化肥使用量，减少对农业生态环境的污染，提高农产品质量，使温室农产品质量达到绿色食品标准，促进农业的可持续发展，有广阔的市场前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细说明。
[0010]图1为本实用新型用于温室农作物病虫防治及种子处理智能高压静电仪的结构示意图。
[0011]图2为图1中后面板的结构示意图。
[0012]图3为遥控器结构示意图。
[0013]图4为本实用新型电路结构连接框图。
[0014]图5为本实用新型ATmegal6L单片机控制系统19的电路原理图。
[0015]图6为本实用新型遥控器系统18的电路原理图。
[0016]图7为本实用新型信号整形驱动电路20中的激励脉冲整形和0N/0FF控制电路原理图。
[0017]图8为本实用新型信号整形驱动电路20中的可调电源、激励脉冲整形和推动电路、高压输出21电路原理图。
【具体实施方式】
[0018]在图1、2中:机壳5两侧前方装有手柄4,机壳前面板上设有数字表头1、输出终止按钮2、系统复位按键3，后面板上设有AC220V电源插座6、电源开关7、高压输出连接线
8、高压接地连接座9。
[0019]在图3、图6中:遥控器上设有SO-复位按键11，S1-开关机按键12、S2_激励PWM占空比增加按键13、S3-激励PWM占空比减小按键14、S4-电源ADJ的PWM占空比增加脉冲按键15、S5-电源ADJ的PWM占空比减小按键16、无线发射窗口 10及电池盒17。U3为TAmegal6L单片机遥控系统，其中，SO与U3的4脚连接、SI与U3第16脚连接、S2与U3第12脚连接、S3与U3第13脚连接、S4与U3第14脚连接；S5与U3第15脚连接。
[0020]用程序定义遥控系统键盘:
[0021]当SI为低电平时，无线模块发送0X10 ；
[0022]当S2为低电平时，无线模块发送0X11 ；
[0023]当S3为低电平时，无线模块发送0X09 ；
[0024]当S4为低电平时，无线模块发送0X12 ；
[0025]当S5为低电平时，无线模块发送0X08
[0026]遥控器系统18，由遥控发射电路由无线发射模块AT24L01及其插座JP1、TAmegal6L单片机最小系统U3和键盘组成，电源采用2节1.5V电池，系统上电后对无线发射模块AT24L01初始化。
[0027]在图4中:
[0028]a、ATmegal6L单片机系统控制电路端口 PB2与斯密特触发器的I脚连接，斯密特触发器的2脚与0N/0FF接口电路连接，0N/0FF接口电路另一端与光电隔离电路连接，光电隔离电路另一端与0N/0FF驱动电路连接，0N/0FF驱动电路另一端与ADJ电压输出控制连接，ADJ电压输出端与高压输出电路连接；
[0029]b、ATmegal6L单片机系统控制电路端口 PD4与斯密特触发器的3脚连接，斯密特触发器的4脚与ADJ接口电路连接，ADJ接口电路的另一端与光电隔离电路连接，光电隔离电路另一端与ADJ低带通滤波放大电路连接，ADJ低带通滤波放大的另一端与ADJ电压输出电路连接，ADJ电压输出电路连接到ADJ电压输出控制电路；
[0030]c、ATmegal6L单片机系统控制电路端口 PD5与斯密特触发器的5脚连接，斯密特触发器的6脚与激励脉冲接口电路连接，激励脉冲接口电路的另一端与光电隔离电路连接，光电隔离电路的另一端与脉冲放大整形电路连接，脉冲放大整形电路的另一端与激励脉冲推动电路连接，激励脉冲推动电路的输出端与高压输出电路连接。具体设计如下:
[0031]遥控器系统18，由无线发射模块、TAmegal6L单片机最小系统U3和键盘组成；遥控器上设有无线发射窗口 10、电池盒17 ;键盘上设有SO-复位按键11、S1-开关机按键12、S2-激励脉冲PWM占空比增加按键13、S3-激励脉冲PWM占空比减小按键14、S4_ADJ的PWM占空比增加按键15、S5-ADJ的PWM占空比减小按键16 ;遥控器电源为2节1.5V电池，系统上电后对无线发射模块AT24L01初始化，硬件接口为串行外设接口，实现了 0N/0FF控制、ADJ的PWM占空比调整、激励PWM占空比调整。
[0032]系统控制电路19，由遥控接收模块、TAmegal6L单片机最小系统Ul及斯密特触发电路U2组成；遥控接收模块接收遥控器系统发射的0N/0FF指令、ADJ的PWM信号、激励PWM信号，经TAmegal6L单片机最小系统Ul编程处理，分别在其42脚输出0N/0FF信号，送至斯密特触发器I脚，由2脚输出控制0N/0FF接口电路，13脚输出ADJ的PWM信号送至斯密特触发器的3脚，由其4脚输出，控制ADJ接口电路，14脚输出激励PWM信号送至斯密特触发器的5脚，由6脚输出，控制激励脉冲接口电路；TAmegal6L单片机最小系统Ul电源为2节
1.5V电池；
[0033]信号处理电路20，包括0N/0FF控制电路、ADJ控制电路、激励脉冲信号整形和推动电路；来自系统控制电路的0N/0FF脉冲信号，经接口电路、光电隔离电路和驱动电路处理后，控制高压产生电路工作电源的接通与切断；来自系统控制电路的ADJ的PWM信号控制脉冲信号，经接口电路、光电隔离电路和低通带滤波放大电路处理后，控制ADJ输出电压的高低，为高压产生电路提供O?14V连续可调的工作电压；来自系统控制电路的激励PWM控制信号，经接口电路、光电隔离电路、脉冲整形放大电路和激励脉冲推动电路处理后，为高压产生电路提供激励脉冲。
[0034]高压产生电路21由高压输出电路、高压线圈和负载组成。来至激励脉冲推动电路产生的PWM激励脉冲信号，控制其内部功率输出三极管Q4 (图8)的导通与截止，驱动高压线圈产生O?60KV的高压静电，为温室空间电场设施和作物种子处理装置的负载提供高压静电电源。[0035]两个独立电源电路产生+12V和+24V电压；为信号放大整形电路和高压输出电路
提供能量供给。
[0036]在图5中:系统控制电路19由无线接收模块AT24L01、TAmegal6L单片机最小系统Ul和CD40106斯密特触发器U2组成，并定义JP为插座、PX为插线，KO为复位按键，低电平有效，Kl为终止按键，低电平有效。Ul的7、8脚为振荡引脚，JPl连接3.3V专用电源，JP2的2脚和JP3的3脚为3.3V电源引入脚，分别通过接至PX2的2脚(见图8，光电隔离器U7)和PX3的3脚(见图7光电隔离器U4、光电隔离器U5)，给内发光二极管供电；
[0037]Ul的42脚PB2 (AIN0/INT2)为开/关机电平指令控制信号输出，该信号由U2A(⑶40106BF)的I脚输入，2脚输出，由JP3的2脚输出，接至PX3的2脚(见图7)，经电阻R17限流后控制光电隔离二极管发光。
[0038]Ul的13脚PD4 (OClB)为电源ADJ的PWM输出，该信号输入到U2B (CD40106BF)的3脚，4脚输出，由JP2的I脚输出，接至PX2的2脚(见图8)，经电阻R28限流后控制光电隔离器的二极管发光。
[0039]Ul的14脚H)5 (OClA)为高压激励PWM控制输出，该信号输入U2C (CD40106BF)的5脚，6脚输出，由JP3的I脚输出，送至PX3的I脚(见图7)，经电阻R18限流后控制光
电隔离器的二极管发光。
[0040]Ul 的 I 脚 PB5 (MOSI)、2 脚 PB6 (MIS0)、3 脚 PB7 (SCK),40 脚 PBO (XCK)、41 脚 PBl(Tl)均与JP5连接，通过ISP编程，实现了与无线接收模块(AT24L01)之间的通信功能。
[0041]Ul 的 21 脚 PC2 (TCK),22 脚 PC3 (TMS),23 脚 PC4 (TD0),24 脚 PC5 (TDI)均与JP4连接，JP4是仿真器连接插座，与计算机连接后实现程序烧写。
[0042]通过软件编程，系统上电后先对无线接收模块AT24L01进行初始化(该硬件接口为SPI接口)，配置PWM工作模式。初始化U1，等待接收外部中断INTO，当INTO为低电平时，读接收缓冲区，当数据为0X10时，Ul第42脚输出高电平为开机状态；当再次接收Ul第42脚输出反相，为关机电平。Ul第42脚输出的开关机电平送至U2的(U2A)第I脚，经施密特触发器U2A驱动倒相后从2脚输出，送至JP3第2脚。
[0043]配置Ul第13脚输出PWM信号，作为可调稳压电源ADJ的调整脉冲信号，设置初始值(开机或复位信号)为最大占空比，对应高电平。当数据为0X12时，脉冲占空比增加，对应直流输出电压降低；当数据为0X08时，脉冲占空比减小，对应直流输出电压升高。该脉冲加至U2B第3脚，经U2B驱动倒相后从4脚输出，送至JP2第I脚。
[0044]配置Ul第14脚输出PWM信号，作为高压激励脉冲控制信号，设置脉冲宽度为固定68 μ S，在开机时设置默认正脉冲为12.0 μ S。当数据为0X11时，脉冲占空比增加；当数据为0X09时，脉冲占空比减小。该脉冲加至U2C第5脚，经驱动倒相后从6脚输出，送至JP3第I脚。
[0045]在设备开机时就由Ul输出一系列频率固定的方波，通过编程，利用遥控电路来改变输出方波的占空比，这样就可实现高压输出电压的调节。为了节能，本系统控制电路采用
3.3V电源，所以在Ul输出的3个PWM信号均加设脉冲驱动电路，既提高了输出电流，又倒相隔离。
[0046]在图7中:信号整形驱动电路20，包括整流滤波稳压电路、开关机控制电路和激励脉冲信号整形及激励脉冲驱动电路。其中，Ql为开关三极管、Q2为激励脉冲整形三极管、Q3为激励PWM信号推动三极管、DQl为桥式整流二极管、U4为PWM激励脉冲光电耦合器、U5为开/关机控制信号光电隔离器、U6为12V三端稳压器，并定义PX为插线，PD、JP为插座、TRO为降压变压器输出接口。
[0047]具体工作原理:220V/50HZ市电通过降压变压器在TRO得到12V交流电压，经DQl整流和π型滤波后得到14V直流电压，14V直流电压加至U6得到+12V稳定电压；+12V电源分为5路:第一路通过PX4连接到图8的TO4，为继电器K提供线圈电流；第二路通过电阻R26接至PX5的I脚，串联接至图8的PD5 (激励变压器初级线圈)，为Q3 (图7)提供集电极电源；第三路直接为Q2提供集电极电压；第四路通过电阻R22为U4内的光敏管提供电源，该路同时通过电阻R20为Q2提供基极偏置电压；第五路通过电阻R21为U5内光敏管提供电源，该路同时通过电阻R19和电阻R23分压得到0.3V/0.7V的0N/0FF控制电平，控制Ql导通与截止，Ql的输出信号经PX4(图7)连接到Η)4 (图8)，控制继电器K (图8)的线圈(Relay)电流。图5中JP3的2脚输出的0N/0FF指令电平，连接到PX3的2脚(图7)，经R17控制U5:当PX3的2脚为低电平时，U5内发光二极管导通，光敏管输出低电平，Ql导通，设备处于开机状态，当PX3的2脚为高电平时，U5内发光二极管导截止，光敏管输出高电平，Ql截止，设备处于关机状态；图5中JP3的I脚输出激励PWM脉冲信号，连接到PX3的I脚(图7)控制U4:当PX3的I脚为低电平时，U4内发光二极管导通，光敏管输出低电平，Q2截止，当PX3的I脚为高电平时，U4内发光二极管导截止，光敏管输出高电平，Q2导通，这样Q2也工作在开关状态，控制Q3的工作状态，该控制信号经PX5连接至PD5 (图8)外接的激励变压器T的初级线圈。
[0048]在图8中:电路主要由整流滤波稳压电路、可调直流稳压电路及输出控制电路、ADJ光电隔离电路、RC低通滤波电路、高压产生及输出电路等组成。其中，U7为光电隔离器，U8为12V三端稳压器(MC7812ACT)，U9为5V三端稳压器(LM7805ACT)，UlO为可调稳压器(LM317T)，Q4为功率输出三极管，Q5为低通输出倒相放大三极管，T为激励变压器，+5V为5伏电源插座，PD4为继电器K的线圈插座，PD5为激励脉冲信号插座，PG为高压线圈插座，Pl为18.6V降压变压器(TRl)插座，PX2定义为插线。具体工作原理:
[0049]220V/50HZ市电通过TRl得到18.6V交流低压，经DQ整流和C15、R27和C16组成的^型滤波器滤波后得到24V直流电压，24V电压经U8和电容C17、电容C18滤波得到12V直流稳压电压，分三路输出:第一路经R32为U7提供工作电源，第二路直接加之U9产生+5V电源，为数字表头通过工作电源，最后一路经R33和R31给Q5提供集电极电源。PX2的I脚受来自图5中JP2的I脚(⑶40106的4脚)的信号控制，因为当PWM信号占空最大时，U7内的发光二极管截止，Q5基极正偏导通，UlO得到OV左右电压；当PWM信号占空最小时，U7内的发光二极管导通，U7输出低电平，使Q5基极反偏截止，UlO得到24V左右电压；所以当PWM信号占空比在最大到最小之间变化时，就可以使UlO的I脚电压在OV~12V之间可调，控制UlO的3脚输出0-24V连续可调电压，提供给继电器K的动触点I脚，该电压的调整是通过按压遥控器按键来实现(见图6)。当图7中Ql饱和导通时，图8中PD4的1、2脚有12V电源回路，K吸合，继电器1、3脚接通，可调电压经PG外接的高压变压器初级线圈为Q4的漏(D)极提供偏置电压。当图7的PX5激励脉冲信号加至TO5 (图8)时，T将该激励脉冲耦合倒相后，经二极管D4削波后加之Q4的栅(G)极，使其工作在开关状态，在负载高压线圈的次级绕组产生O~60KV的高压静电电压。数字表头采用IC7107专用表头，其输入信号取自高压输出线圈的初级绕组，通过分压按比例显示设备的输出电压。
[0050] 综上所述:本实用新型具有远距离控制功能，结构简单，操作方便。信号驱动电路和高压输出电路分设两个独立单元电路，实现了信号隔离处理，提高了产品的抗干扰能力。设计三个独立电源“地”(图5与图6电池“地”、图7信号“地”、图8输出“地”)，使信号驱动电路和高压输出电路的“地”彻底分离，并利用静电屏蔽技术，提高了设备的稳定性和安全可靠性。利用光电隔离技术，使系统控制的数字信号与驱动信号完全隔离。由ATMA16L单片机通过软件编程，替代了已有设备利用电位器手动调节输出高压；作物种子处理与高压静电所产生的空间电场进行病虫防治融为一体，结构优化成为“二合一”创新产品，价格为两个单一产品总价值的50%，有广阔的市场前景。
【权利要求】
1.一种用于温室农作物病虫防治及种子处理智能高压静电仪，包括机壳(5)、电路结构，其机壳(5)包括前面板、后门板，在机壳两侧前方装有手柄(4)，前面板上设有数字表头(I)、输出终止按钮(2)、系统复位按键(3)，后面板上设有AC220V电源插座(6)、电源开关(7)、高压输出连接线(8)、高压接地连接座(9);电路结构包括遥控器系统(18)、ATmegal6L单片机控制系统(19)、信号整形驱动电路(20)、高压输出电路(21)其特征在于: a、ATmegal6L单片机系统控制电路端口PB2与斯密特触发器的I脚连接，斯密特触发器的2脚与ON/OFF接口电路连接，ON/OFF接口电路另一端与光电隔离电路连接，光电隔离电路另一端与ΟΝ/OFF驱动电路连接，ON/OFF驱动电路另一端与ADJ电压输出控制连接，ADJ电压输出端与闻压输出电路连接； b、ATmegal6L单片机系统控制电路端口PD4与斯密特触发器的3脚连接，斯密特触发器的4脚与ADJ接口电路连接，ADJ接口电路的另一端与光电隔离电路连接，光电隔离电路另一端与ADJ低带通滤波放大电路连接，ADJ低带通滤波放大的另一端与ADJ电压输出电路连接，ADJ电压输出电路连接到ADJ电压输出控制电路； c、ATmegal6L单片机系统控制电路端口PD5与斯密特触发器的5脚连接，斯密特触发器的6脚与激励脉冲接口电路连接，激励脉冲接口电路的另一端与光电隔离电路连接，光电隔离电路的另一端与脉冲放大整形电路连接，脉冲放大整形电路的另一端与激励脉冲推动电路连接，激励脉冲推动电路的输出端与高压输出电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于温室农作物病虫防治及种子处理智能高压静电仪，其特征在于:遥控器系统(18)，由无线发射模块、TAmegal6L单片机最小系统U3和键盘组成；遥控器上设有无线发射窗口(10)、电池盒(17);键盘上设有SO-复位按键(11)、S1-开关机按键(12)、S2-激励脉冲PWM占空比增加按键(13)、S3-激励脉冲PWM占空比减小按键(14)、S4-ADJ的PWM占空比增加按键(15)、S5-ADJ的PWM占空比减小按键(16);遥控器电源为2节1.5V电池，系统上电后对无线发射模块AT24L01初始化，硬件接口为串行外设接口，实现了 ΟΝ/OFF控制、ADJ的PWM占空比调整、激励PWM占空比调整。
3.根据权利要求1所述的一种用于温室农作物病虫防治及种子处理智能高压静电仪，其特征在于:系统控制电路(19)，由遥控接收模块、TAmegal6L单片机最小系统Ul及斯密特触发电路U2组成；遥控接收模块接收遥控器系统发射的ON/OFF指令、ADJ的PWM信号、激励PWM信号，经TAmegal6L单片机最小系统Ul编程处理，分别在其42脚输出ON/OFF信号，送至斯密特触发器I脚，由2脚输出控制ON/OFF接口电路，13脚输出ADJ的PWM信号送至斯密特触发器的3脚，由其4脚输出，控制ADJ接口电路，14脚输出激励PWM信号送至斯密特触发器的5脚，由6脚输出，控制激励脉冲接口电路；TAmegal6L单片机最小系统Ul电源为2节1.5V电池。
4.根据权利要求1所述的一种用于温室农作物病虫防治及种子处理智能高压静电仪，其特征在于:信号处理电路(20)，包括ON/OFF控制电路、ADJ控制电路、激励脉冲信号整形和推动电路；来自系统控制电路的ON/OFF脉冲信号，经接口电路、光电隔离电路和驱动电路处理后，控制高压产生电路工作电源的接通与切断；来自系统控制电路的ADJ的PWM信号控制脉冲信号，经接口电路、光电隔离电路和低通带滤波放大电路处理后，控制ADJ输出电压的高低，为高压产生电路提供O~14V连续可调的工作电压；来自系统控制电路的激励PWM控制信号，经接口电路、光电隔离电路、脉冲整形放大电路和激励脉冲推动电路处理后，为闻压广生电路提供激励脉冲。
5.根据权利要求1所述的一种用于温室农作物病虫防治及种子处理智能高压静电仪，其特征在于:高压输出电路(21)，受来至激励脉冲推动的PWM信号控制，让其内部的功率输出三极管工作在开关状态，驱动高压线圈产生O~60KV的高压静电，为温室空间电场设施和作物种子 处理装置的负载提供高压静电电源。
【文档编号】A01C1/00GK203435320SQ201320706216
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月9日 优先权日:2013年11月9日
【发明者】李本印, 付喜锦 申请人:陇东学院