专利名称：一种农用静电喷雾机测控装置及测控方法
技术领域：
本发明涉及ー种静电喷雾测控装置，尤其是ー种农用静电喷雾机测控装置及测控方法，属于农业技术领域。
背景技术：
农业上静电喷雾是利用高压静电使农药雾滴带电，并在喷头和目标间形成静电场，由于带电雾滴具有导向性，因此可提高农药使用效果、减轻环境污染。然而，由于农业上应用难以设置有效的静电防护区域以避免静电高压的危险，并且开放环境的空气温湿度不可控，因此静电喷雾的田间实际沉积效果极不稳定，甚至在很情况下与普通喷雾差别不大，所以十分需要精准的测控方法，从而使其可以处于最佳的作业状态。检索发现，专利号为US4168327的美国专利早已提出过ー种静电沉积到靶标对象上的测控方法，该方法通过产生雾化良好的静电带电雾流，同时监控带电雾流空间电荷密度；提供一种模拟靶标物 作为校准靶标；施加不同空间电荷密度的雾流在校准靶标上，来找到ー个获得最佳雾滴沉积量的空间电荷密度值；将雾滴沉积在作业靶标上，通过控制发生流程，使空间电荷密度維持在最佳值。以上方法首次提出了静电沉积到靶标对象上的测控方法，但由于受到各种技术手段的限制，因此存在如下影响实际应用的缺陷，从而导致并未得到推广实施
I)模拟靶标上的雾滴最佳沉积量不能反映作物靶标上实际最佳沉积量。因为靶标的材料、形状、大小决定其表面对雾滴的沉积性能有着明显差异。上述专利所用模拟靶标是表面光滑的金属小球，并非接近实际作物的理想靶标。2)模拟靶标上的沉积量并不是雾滴沉积量而是沉积到模拟靶标上的电荷沉积量。測量了电荷沉积量的雾滴并不一定会全部滞留在模拟靶标上，而会二次流失至地面，因此上述专利测得的并非真正有效沉积。3)上述专利通过监控最佳空间电荷密度来实现对最佳模拟沉积量指标的监控。但依据当时的技术手段，需要反复测试，无法在动态过程中迅速实现作物靶标的高静电沉积率自动控制。总之，上述专利存在作物靶标上真实有效沉积量的失真问题，难以迅速达到精确测控的目的。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺点，提出ー种可以测得真实数据、避免失真，并且可以迅速自动将喷雾机调控到最佳状态的农用静电喷雾机测控装置。同时给出相应的测控方法，从而使其可以得到切实推广应用。为了达到以上目的，本发明的农用静电喷雾机测控装置包括安置在喷雾机喷头处的静电发生器以及喷雾靶标，所述喷雾靶标由插装作物的插杆和位于插杆下端的接盘构成，所述插杆和接盘分别装有沉积量传感器和流失量传感器，所述沉积量传感器和流失量传感器分别通过转换传输电路与可编程控制器的输入端通讯连接，所述可编程控制器的控制输
使用时，插杆上的采样作物和接盘可以分别反映实际有效沉积与流失量，因而以此为据调控静电压，使沉积量与流失量之比达到最大值，可以有效避免现有技术存在的失真现象，使测控更为精准，由于采用了智能控制器件，因此无论环境、作物等各种影响因素如何变化，都可以迅速自动将喷雾机调控到最佳状态，从而使其具有切实的推广应用价值。在此基础上，可以将测试所得的不同品种、不同生长期的作物，在不同温度、湿度，以及不同喷雾流量时的最佳静电喷雾控制数据输入到测控装置的数据库中，从而针对性地指导农业生产中的实际静电喷雾作业。工作过程中，可编程控制器能自动迅速实现开始以预定的初始控制电压U0为初始值控制喷雾，然后以预定的电压增量△ U改变初始控制电压控制喷雾，再比较前后两次喷雾测得的沉流比，若沉流比増加，则继续以电压増量AU同向改变初始控制电压，否则反向改变初始控制电压，继续比较前后两次喷雾测得的沉流比，直至找到沉流比的变化拐点；得到对应最大沉流比的控制电压，用于有针对性地指导农业生产中的静电喷雾作业，并存储数据。与上述已有技术相比，本发明具有如下突出进步
1)直接采集作物靶标雾滴沉积量，测控结果更加真实且具有针对性；
2)测控过程实现了自动化，测控结果的得出迅速且具有足够的精度； 3)便于建立各种品种、生长期的农作物，在不同温湿度环境中的最佳静电喷雾控制数据库，从而切实指导各种特定环境的农业生产；
4)数据库可以不断更新、丰富，从而为建立具有自学习能力的数据库奠定了基础。
下面结合附图对本发明作进ー步的说明。图1为本发明一个实施例的结构示意图。图2为图1实施例的自动调控电路框图。图3为对应图2中信号转换传输部分的电路图。图4为对应图2中无线信号接收部分的电路图。图5为对应图2中信号处理部分的电路图。图6为脉宽调制隔离放大电路部分的电路图。图7为对应图2中静电发生器部分的电路图。图8为图2自动调控电路的控制逻辑框图。
具体实施例方式实施例一
本实施例的农用静电喷雾机测控装置如图1所示，包括安置在喷雾机喷头处的静电发生器以及喷雾靶标。喷雾靶标由插装采集作物的插杆和位于插杆下端的接盘构成。插杆和接盘分别装有沉积量传感器V和流失量传感器W。
其自动调控电路的基本构成如图2所示沉积量传感器V和流失量传感器W分别通过放大电路、模数转换电路以及无线收发电路构成的转换传输电路接可编程控制器的输入端，该可编程控制器的控制输出端接静电发生器的静电压调节控制端，用以输出按预定规律变化的控制电压，直至经比较判断达到所需的理想控制电压值。自动调控电路的具体构成如图3、4、5、6、7所示。图3中，沉积量传感器V和流失量传感器W分别通过运算放大器构成的放大电路后，接A/D转换模块(MAX11102)构成的模数转换电路，之后接无线通讯发射模块(CCllOO)为核心器件的无线发射电路，并通过与接可编程控制器(图5中MSP430F149)的无线通讯接收模块——图4中的CC1100通讯连接。图4中的CCllOO模块1、2、20脚接图5中右上角输入箭头所示的MSP430F149单片机可编程控制器的对应信号输入端。该可编程控制器的控制输出端由图5右下角输出箭头所示的PWM信号引线通过图6所示的脉宽调制隔离放大电路接图7所示静电发生器的静电压调节控制端。图5中MSP430F149单片机构成的可编程控制器的Pl管脚接键盘；P6. 5-6. 7管脚通过隔离电路后，按I2C的传输方式接显示器；P6. 3-6. 4接时钟芯片，P4、P5管脚引入由LVC4245组成的3-5V转换电路，P2. 7、P3. O、P3.1按照SPI的传输模式接入CC1100通讯模块；P1.1输出PWM脉冲波接图6的隔离放大电路。图6中，MSP430F149输出的脉冲通过HCPL0601与78L08组成的放大隔离电路后，引入场效应管IRF540的栅极用作开关信号，场效应管的漏极与源极作为信号输出端引入图7的高压静电发生器。输出信号的电压大小可由LM2567组成的稳压电路调节。图7中，输出 的低压脉冲信号通过变压器增压后引入倍压整流电路，最終实现高压静电输出。即实质上，可编程控制器的控制输出端通过隔离放大电路接场效应管的栅极，场效应管的漏极与源极通过变压器与静电发生器的静电压调节控制端耦合连接。工作时，沉积量和流失量称重传感器V、W输出的模拟信号通过运算放大器稳压放大后接入A/D转换模块，转换成数字信号，通过无线传输模块将数据发送至可编程控制器，可编程控制器根据接收到的信号进行运算处理，得出按预定规律变化的控制电压，控制电压的伏值数通过对PWM脉冲信号进行选频，选择对应产生该伏值数频率的脉冲电压而输出的脉冲信号经过光耦隔离放大处理后接入高压静电发生器内，最終形成所需的高压静电电压。根据需要，该可编程控制器可以配备显示器、键盘等人机交互模块，以及控制静电发生器等外围设备工作的各种控制端ロ。具体而言，可编程控制器通过以下步骤实现自动调控输出的控制电压(參见图8) 第一歩、读取预定的初始控制电压Uo和电压增量AU (通常选择数据库相似作业环
境——如作物品种、作物生长期、温湿度、喷雾流量等相近条件下的Uo、AU)，所有循环计数器清空，并以初始控制电压Uo作为前次控制电压，控制静电发生器进行喷雾操作；
第二步、采集喷雾预定时间后的沉积量传感器V和流失量传感器W信号，求得前次沉积量与流失量之比，即前次沉流比Go ；
第三步、在前次控制电压Uo上増加电压增量△ U，得到后次控制电压U1,再控制静电发生器继续进行喷雾操作；
第四步、再次采集喷雾预定时间后的沉积量传感器V和流失量传感器W信号，求得后次沉积量与流失量之比，即后次沉流比G1 ；
第五歩、比较后次沉流比G1是否大于前次沉流比Go，如是则以后次控制电压U1更新前次控制电压Uo、以后次沉流比G1更新前次沉流比Go，并在第一循环计数器中置数，进行下一歩；如否，则跳到第七歩；
第六步、判断第二循环计数器是否为空，如否则进行下一歩，如是则跳到第十四歩；第七步、判断第一循环计数器是否为空，如是则进行下一歩，如否则转到第十二歩；第八步、在前次控制电压Uo上減少电压增量△ U，得到后次控制电压U1,再控制静电发生器继续进行喷雾操作；
第九步、再次采集喷雾预定时间后的沉积量传感器V和流失量传感器W信号，求得后次沉积量与流失量之比，即后次沉流比G1 ；
第十歩、比较后次沉流比G1是否大于前次沉流比Go，如是则以后次控制电压U1更新前次控制电压Uo、以后次沉流比G1更新前次沉流比Go，进行下一歩；如否，进入第十二步；
第十一步、判断第二循环计数器是否为空，如否则进行下一歩，如是则返回到第八歩；第十二歩、电压增量A U更新为其二分之一，并在第二循环计数器中置数，而第一循环计数器清空；
第十三步、判断是否接到終止指令，如是则进行下一歩，否则返回第三步；
第十四步、根据预先设置决定是否保存最終的控制电压和电压增量，并进行相应操作后结束。在以上逻辑控制下，本实施例的农用静电喷雾机测控装置选取存储的相似作业环境工作电压为初始值，通过变化电压值采集喷雾沉流比的变化大小，实现当前作业环境下的最佳工作电压，并增加新作业环境下的数据库，来丰富完善数据库。工作过程中，每次布样若干个采集点，将采集作物插入作物插杆中，开始以最相似U0和AU为初始值对第一采集点进行喷雾，然后往增加电压方向改变电压对第二采集点喷雾，若沉流比増加，则继续増加电压，若减少则朝反方向寻找，直至寻找到拐点。到了拐点后改变AU的步幅为0.5 AU，逐步使后次采集点数值靠近最佳值，并且写入数据库。这样，Uo和A U是ー个不断学习、不断完善、不断丰富的过程。针对不同作物品种、作物不同生长期、不同温度和湿度、选择不同的喷雾流量等，可以建立更加丰富多祥化的数据库，实现有针对性地指导农业生产中的静电喷雾作业。
权利要求
1.一种农用静电喷雾机测控装置，包括安置在喷雾机喷头处的静电发生器以及喷雾靶标，其特征在于所述喷雾靶标由插装作物的插杆和位于插杆下端的接盘构成，所述插杆和接盘分别装有沉积量传感器和流失量传感器，所述沉积量传感器和流失量传感器分别通过转换传输电路与可编程控制器的输入端通讯连接，所述可编程控制器的控制输出端接所述静电发生器的静电压调节控制端，用以输出按预定规律变化的控制电压，直至经比较判断达到所需的理想控制电压值。
2.根据权利要求1所述的农用静电喷雾机测控装置，其特征在于所述转换传输电路由放大电路、模数转换电路以及无线收发电路构成。
3.根据权利要求2所述的农用静电喷雾机测控装置，其特征在于所述可编程控制器的控制输出端通过隔离放大电路接场效应管的栅极，所述场效应管的漏极与源极通过变压器与所述静电发生器的静电压调节控制端耦合连接。
4.根据权利要求1所述农用静电喷雾机测控装置的测控方法，其特征在于开始时所述可编程控制器以预定的初始控制电压U0为初始值控制喷雾，然后以预定的电压增量Λ U改变初始控制电压控制喷雾，再比较前后两次喷雾测得的沉流比，若沉流比增加，则继续以电压增量AU同向改变初始控制电压，否则反向改变初始控制电压，继续比较前后两次喷雾测得的沉流比，直至找到沉流比的变化拐点，得到对应最大沉流比的控制电压。
5.根据权利要求1至3任一所述农用静电喷雾机测控装置的测控方法，其特征在于所述可编程控制器通过以下步骤实现自动调控输出的控制电压 第一步、读取预定的初始控制电压Uo和电压增量AU，所有循环计数器清空，并以初始控制电压Uo作为前次控制电压，控制静电发生器进行喷雾操作； 第二步、采集喷雾预定时间后的沉积量传感器V和流失量传感器W信号，求得前次沉流比Go ； 第三步、在前次控制电压Uo上增加电压增量△ U，得到后次控制电压U”再控制静电发生器继续进行喷雾操作； 第四步、再次采集喷雾预定时间后的沉积量传感器V和流失量传感器W信号，求得后次沉流比G1 ； 第五步、比较后次沉流比G1是否大于前次沉流比Go，如是则以后次控制电压U1更新前次控制电压Uo、以后次沉流比G1更新前次沉流比Go，并在第一循环计数器中置数，进行下一步；如否，则跳到第七步； 第六步、判断第二循环计数器是否为空，如否则进行下一步，如是则跳到第十四步；第七步、判断第一循环计数器是否为空，如是则进行下一步，如否则转到第十二步；第八步、在前次控制电压Uo上减少电压增量△ U，得到后次控制电压U”再控制静电发生器继续进行喷雾操作； 第九步、再次采集喷雾预定时间后的沉积量传感器V和流失量传感器W信号，求得后次沉积量与流失量之比，即后次沉流比G1 ； 第十步、比较后次沉流比G1是否大于前次沉流比Go，如是则以后次控制电压U1更新前次控制电压Uo、以后次沉流比G1更新前次沉流比Go，进行下一步；如否，进入第十二步； 第十一步、判断第二循环计数器是否为空，如否则进行下一步，如是则返回到第八步； 第十二步、电压增量Λ U更新为其二分之一，并在第二循环计数器中置数，而第一循环计数器清空； 第十三步、判断是否接到终止指令，如是则进行下一步，否则返回第三步； 第十四步、根据预先设置决定是否保存最终的控制电压和电压增量，并进行相应操作后结束。
全文摘要
本发明涉及一种农用静电喷雾机测控装置及测控方法，属于农业技术领域。该装置包括安置在喷雾机喷头处的静电发生器以及喷雾靶标，喷雾靶标由插装作物的插杆和位于插杆下端的接盘构成，插杆和接盘分别装有沉积量传感器和流失量传感器，沉积量传感器和流失量传感器分别通过转换传输电路接可编程控制器的输入端，可编程控制器的控制输出端接静电发生器的静电压调节控制端，用以输出按预定规律变化的控制电压，直至经比较判断达到所需的理想控制电压值。本发明可以有效避免现有技术存在的失真现象，使测控更为精准，同时由于采用了智能控制器件，可以迅速自动将喷雾机调控到最佳范围，从而使其具有切实的推广应用价值。
文档编号A01M7/00GK103027024SQ20121052184
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者张玲, 薛新宇, 孙竹, 蔡晨 申请人:农业部南京农业机械化研究所