一种管道高速气流风速控制器的制作方法

本实用新型涉及一种控制系统，特别涉及一种管道高速气流风速控制器。

背景技术：

管道高速气流风速控制被广泛应用于轻工、石油、化工、医药、建筑等对风速控制的精度、响应速度等要求较高的自动化与工业生产领域。

随着农业现代化的推进，智能农机设备搭载气力系统的需求逐年增加，尤其在大田机械播种、施肥领域。例如气力式播种设备与气力式施肥设备等，均需根据播种、施肥等生产实际自动实时调控高速气流的风速。现有农业机械装备气流系统风速主要依靠手动调节，手动调节鼓风机主轴转速或手动调节蝶阀来控制风量以此改变风速。由于具体风量数值上难以控制及风量与风速在实际情况中函数关系的难以确定，并不能准确达到期望风速的具体风速值，仍需依靠手持式风速测量设备对实际风速值进行手动校准。严重制约了农业装备自动化与智能化的发展。

现有管道高速气流的风速调控设备，主要由模拟量比例调节阀、文丘里阀等，并配合应热式管形风速传感器等高精度传感器。以上设备在精度和响应速度要求较高的工业领域中性能出色，但成本较高、体积及质量较大、对安装与实际应用的环境要求较高，难以在农业设备中进行推广。

结合农业生产与产品推广的实际，亟需一种管道高速气流风速控制系统，以低成本价格解决一般农业生产等精度要求不高、应用环境恶劣下的管道高速气流的风速的控制。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种管道高速气流风速控制器，满足农业生产等一般精度要求，结构简单、易操作、易安装维护、成本低廉、易与现有气力式系统及自动控制系统配套，适合大面积安装推广。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：

一种管道高速气流风速控制器，包括：控制系统、风速传感器、风阀执行器、风阀和高速气流管道；风速传感器安装在高速气流管道出风口，控制管道通过风量的风阀安装在管道进气口与出风口之间，风阀执行器连接风阀，控制系统连接风速传感器和风阀执行器，控制系统根据风速传感器的反馈控制风阀执行器以调节风阀。

优选的，风阀为蝶阀，所述蝶阀包括蝶阀壳体、蝶板、蝶阀上盖和蝶板传动轴；蝶板与蝶板传动轴固定相连，并由蝶板传动轴带动旋转；蝶板传动轴与风阀执行器相连，并由风阀执行器带动旋转；蝶板及蝶板传动轴通过蝶阀上盖安装于蝶阀壳体；蝶板通过转动，调节蝶阀壳体管道的开合，控制通过的风量。

优选的，所述风阀执行器包括风阀执行器主体和风阀执行器转轴部件；风阀执行器主体连接控制系统，接收控制信号驱动风阀执行器转轴部件顺时针或逆时针转动。

进一步的，蝶板传动轴与风阀执行器转轴部件相连并通过紧定螺钉固定，并由风阀执行器转轴部件带动旋转。

优选的，所述风阀执行器还包括风阀执行器固定架，风阀执行器固定架将风阀执行器安装在供安装的机架上，与风阀执行器转轴部件一起固定风阀执行器的位置。

优选的，风速传感器为叶轮风速传感器。

优选的，控制系统包括单片机最小系统、外接电源、DA模块、比例放大器、AD模块和风速显示器；单片机最小系统输出端口通过DA模块将数字信号转化为模拟信号，并通过比例放大器将模拟信号放大后驱动风阀执行器；风速传感器通过AD模块将模拟信号转化为数字信号并接入单片机最小系统的输入端口；单片机最小系统通过输出端口连接风速显示器；外接电源连接比例放大器与风阀执行器为其提供稳定电压。

具体的，控制系统包括旋钮式电位计，可手动旋转旋钮式电位计改变输入的模拟电压信号，设定预设风速值，旋钮式电位计通过AD模块将模拟信号转化为数字信号并接入单片机最小系统的输入端口。

优选的，控制系统包括通信接口，控制系统通过通信接口与包括上位机的外部控制系统相连接收预设风速信息。

具体的，通信接口预留USART接口、CAN接口和USB2.0接口。

优选的，高速气流管道外形型式包括但不限于直管、弯管、软管；管道横截面形状包括但不限于圆形。

本实用新型在单片机控制下，根据风速预设值与叶轮式风速传感器测量反馈的高速气流管道中的风速测量值决策风阀执行器的执行动作，风阀执行器控制蝶阀改变高速气流管道内高速气流的风速，并通过PID算法实现闭环控制，实现对高速气流风速的一般性精确控制。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本实用新型可通过手动设置或其他控制系统决策管道中高速气流的风速值，实现对高速气流的精准控制，风速控制范围可达0-30m/s。在保证农业生产作业基本要求的同时，具有结构简单，操作简便、质量轻，成本低廉，易安装，易与现有气力式系统实现配套，可适用于农机田间作业等恶劣工作环境，适合在农业装备领域大面积推广等特点。

附图说明

图1是实施例风速控制器单片控制系统结构图。

图2是实施例风速控制器机械部件结构图。

图3是实施例风速控制器机械部件俯视图。

图4是实施例风速控制器机械部件左视图。

图5是实施例蝶阀结构图。

图6是实施例风速控制器工作原理图。

图7是实施例PID程序算法流程图。

图中：

1-风阀执行器，11-风阀执行器主体，12-风阀执行器转轴部件，13-风阀执行器固定架；

2-蝶阀，21-蝶阀壳体，22-蝶板，23-蝶阀上盖，24-蝶板传动轴；

3-高速气流管道；

4-叶轮式风速传感器；

51-单片机最小系统，52-外接电源，53-DA模块，54-比例放大器，55-AD模块，56-通信接口；

61-旋钮式电位计，62-四位数码管，71-进气口，72-高速气流出口。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

一种管道高速气流风速控制器，由风阀执行器1、蝶阀2、高速气流管道3、叶轮风速传感器4及单片控制系统几大部分构成。

高速气流通过蝶阀进入管道，蝶阀通过蝶板旋转的开度调控风速。风阀执行器控制蝶阀转轴的转动角度控制蝶板开度。单片机最小系统通过DA模块和比例放大器控制风阀执行器。叶轮式风速传感器测量管道出口风速，并通过AD模块反馈给单片机最小系统。单片机最小系统根据预设风速数据与叶轮式风速传感器的反馈数据通过PID算法闭环控制风阀执行器调控蝶阀，以达到风速精准控制。旋钮式电位计手动设定或连接上位机等其他控制系统自动获取风速预设值。四位数码管显示预设风速值。

如图1所示，所述单片控制系统主要包含单片机最小系统51、外接电源52、DA模块53、比例放大器54、AD模块55、通信接口56、旋钮式电位计61和四位数码管62。单片控制系统中，单片机最小系统51输出端口通过DA模块53将数字信号转化为模拟信号，并通过比例放大器54将模拟信号放大后驱动风阀执行器1。24V外接电源52连接比例放大器54与风阀执行器1为其提供稳定电压。单片机最小系统51通过输出端口连接四位数码管62。叶轮风速传感器4与旋钮式电位计61通过AD模块55将模拟信号转化为数字信号并接入单片机最小系统51的输入端口。单片机最小系统51通过通信接口56可与上位机等其他外部控制系统相连接收预设风速信息。

如图2-图4所示，所述风阀执行器1包含风阀执行器主体11、风阀执行器转轴部件12和风阀执行器固定架13。风阀执行器主体11连接单片控制系统，接收控制信号驱动风阀执行器转轴部件12顺时针或逆时针转动。风阀执行器固定架13通过螺栓将风阀执行器安装在供安装的机架上，与风阀执行器转轴部件12一起固定风阀执行器1的位置。

如图2-图5所示，所述蝶阀2包含蝶阀壳体21、蝶板22、蝶阀上盖23和蝶板传动轴24。蝶板22与蝶板传动轴24固定相连，并由蝶板传动轴24带动旋转。蝶板传动轴24与风阀执行器转轴部件12相连并通过紧定螺钉固定，并由风阀执行器转轴部件12带动旋转。蝶阀一端与高速气流管道一端管口连接固定，风阀执行器转轴部件与蝶阀的蝶板传动轴同心安装。蝶板22及蝶板传动轴通过蝶阀上盖23安装于蝶阀壳体。蝶板22通过转动，调节蝶阀壳体22管道的开合，控制通过的风量。

如图2-图4所示，所述蝶阀2一端与高速气流管道3一端管口连接固定。本实用新型的进气口71位于蝶阀2的另一端管口，高速气流出口位于所述高速气流管道3的另一端管口。叶轮式风速传感器4安装固定于管道3的高速气流出口一侧的高速气流管道内。高速气流从进气口71进入本实用新型装置，蝶阀2调控通过的风量大小来控制高速气流的速度。受蝶阀2调控的高速气流通过高速气流管道3到高速气流出气口72，叶轮式风速传感器4测量高速气流出气口72处高速气流的风速。

如图6、图7所示，本实用新型具备手动模式与兼容模式。手动模式下，手动旋转旋钮式电位计61改变输入的模拟电压信号，设定预设风速值。兼容模式下，通过通信接口与上位机等其他外部控制系统连接，接收预设风速值。通信接口预留USART接口、CAN接口和USB2.0接口。四位数码管62显示预设风速值。

如图6、图7所示，接收的预设风速值与来自叶轮式风速传感器4反馈的实际风速值，通过PID算法进行数据处理与对比，决策风阀执行器1的旋转方向。如决策需要增大高速气流风速，则控制风阀执行器转轴部件12顺时针旋转，如决策需要减小高速气流风速，则控制风阀执行器转轴部件12逆时针旋转。

如图2-图4所示，高速气流管道3外形型式不仅限于直管，亦可为弯管、软管等。横截面形状不仅限于圆形，亦可为其他形状。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。