基于微压注入式在线混药装置及混药方法与流程

本发明涉及植保机械领域，尤其涉及一种基于微压注入式在线混药装置及混药方法。

背景技术：

中国是农业大国，病虫害的防治效果与农作物产量息息相关。中国的病虫害防治主要是以预防为主，多采用喷洒化学药剂的方法。当前农业喷雾主要采用预混式喷药，这种混药方式在防治病虫的同时也带来了农药残留、环境污染、危害作业者健康等问题。

查阅相关文献和专利，当前在线混药装置主要分为以下几种：射流式在线混药装置、注入式混药装置以及正压式混药装置等。当前的现有技术中暂未发现基于微压注入式的混药装置。当前的在线混药装置多采用高压混药，对相近技术现有专利检索发现，申请号为201611020511.5的中国专利《一种直接注入式实时变浓度在线混药喷雾装置及其控制方法》，公开了一种直接注入式实时变浓度在线混药喷雾装置及其控制方法，可直接注入混药，并实时改变喷药浓度，但是其采用的是增压喷雾。在混药过程中药液和水的体积在压力的作用下会产生变化，导致流量监测出现偏差，影响混药浓度。

技术实现要素：

本发明提供一种基于微压注入式在线混药装置及混药方法，以解决增压混药导致混药浓度偏差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种基于微压注入式在线混药装置，包括：取水组件、取药组件、混药单元、以及分别与取水组件和取药组件连接的控制组件，控制组件控制取水组件和取药组件按照与作物类别匹配的水药比取对应流量的水和药输入混药单元；

取水组件的出水管通过注水口接入混药单元，取药组件的出药管通过注药口接入混药单元，注水口与注药口均与混药单元的内壁呈角度布置，使得水流从混药单元的一端开始沿混药单元内的内壁与注药口的药流混合后从混药单元的另一端的药液出口输出；

药液出口的管径小于注水口的管径以保持混药单元内的压力。

作为本发明的混药装置的进一步改进：

优选地，取水组件包括第一流量传感器，取药组件包括第二流量传感器；

控制组件获取来自第一流量传感器的水流量数据以及来自第二流量传感器的药流量数据，并根据水药比反馈调节取水组件的水流量和取药组件的药流量。

优选地，混药单元处设置有压力传感器，压力传感器与控制单元相连，控制组件获取来自压力传感器的混药单元内的压力值，当压力值低于设定的微压阈值时，调节取水组件的水流量和取药组件的药流量。

优选地，取水组件包括水箱和取水泵；取水泵与水箱相连并将水箱的水通过注水口输出至混药单元；第一流量传感器装设于取水泵和混药单元之间的管路上并与控制单元相连，控制组件与取水泵的控制端相连；

取药组件包括药箱和注药泵，注药泵与药箱相连并将药箱的药液通过注药口输出至混药单元，第二流量传感器装设于注药泵和混药单元之间的管路上并与控制单元相连，控制组件还与注药泵的控制端相连。

优选地，混药单元的药液出口与一喷药装置连接，喷药装置包括药水箱、比例电磁阀和喷头；混药单元的药液出口与药水箱连接，喷头通过管道与药水箱连接，比例电磁阀连接于药水箱与喷头之间用于实时控制喷头的流量；

取水泵为隔膜泵，隔膜泵与混药单元之间还设置有第一溢流阀和第一单向阀，第一溢流阀的溢流端返回水箱；

注药泵为蠕动泵，蠕动泵与混药单元之间还设置有第二溢流阀和第二单向阀，第二溢流阀的溢流端返回药箱。

优选地，水箱上装设有第一液位传感器，药箱上装设有第二液位传感器，第一液位传感器、第二液位传感器均与控制单元相连。

优选地，混药单元为圆柱型，混药单元内设置有螺旋内腔，螺旋内腔由设置于圆柱型的内壁上的呈螺旋线排列的扰流板以及圆柱型的内壁围绕而成，注水口与至少一个注药口设置在螺旋内腔的头部，当注药口的数量大于等于二时，其他的注药口沿混药单元的内壁均匀设置在螺旋内腔的螺旋内，药液出口设置于螺旋内腔的尾部。

本发明还提供了一种使用上述的基于微压注入式在线混药装置的混药方法，包括以下步骤：

根据用户输入的与作物类别匹配的水药比，取对应流量的水和药输入混药单元；

控制组件获取第一流量传感器的水流量数据以及来自第二流量传感器的药流量数据，当水流量数据或药流量数据与理论的水流量或药流量有差异时，调节取水泵或注药泵的转速至实际水流量或药流量满足水药比。

作为本发明的方法的进一步改进：

优选地，还包括步骤：控制组件获取来自压力传感器的混药单元内的压力值，当压力值低于设定的微压阈值时，调节取水组件的水流量和取药组件的药流量使得混药单元内的压力值等于或高于设定的微压阈值。

优选地，还包括步骤：获取第一液位传感器的水箱液位数据和第二液位传感器的药箱液位数据，当水箱的液位或者药箱的液位低于相应的标定最低液位时，停止工作、报警或者注水或注药。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的基于微压注入式在线混药装置，通过混药装置的结构实现水和药的微压混合，确保药剂和水的无体积变化，获得浓度更为精准的药水。不必设置增压装置，降低了混药成本，更为经济实惠。

2、在优选方案中，本发明的基于微压注入式在线混药装置，通过控制组件对比例电磁阀进行调节，实现了药剂和水的实时在线混合，且混药比调节范围较大，可达300:1～3000:1。

3、本发明的基于微压注入式在线混药装置的混药方法，可通过采集实际的水流量和药流量反馈调节取水泵和注药泵的转速，从而获得更精准的混药药水；进一步地，在优选方案中，该方法能通过压力传感器调节和保持混药单元中的压力，保持微压混药，使得水和药液体积不变化又能混合均匀，节约了成本，操作简单，混合精度高。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的基于微压注入式在线混药装置的结构示意图；

图2是本发明优选实施例1的基于微压注入式在线混药装置的结构示意图；

图3是本发明优选实施例1的混药单元的结构示意图；

图4是本发明优选实施例1的基于微压注入式在线混药装置的混药方法的流程图；

图5是本发明优选实施例1的控制组件的结构示意图。

图中各标号表示：

1、药液出口；2、注药口；3、扰流板；4、注水口；5、混药单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1，本发明的基于微压注入式在线混药装置，包括：取水组件、取药组件、混药单元5、以及分别与取水组件和取药组件连接的控制组件，控制组件控制取水组件和取药组件按照与作物类别匹配的水药比取对应流量的水和药输入混药单元5；取水组件的出水管通过注水口4接入混药单元5，取药组件的出药管通过注药口2接入混药单元5，注水口4与注药口2均与混药单元5的内壁呈角度布置，使得水流从混药单元5的一端开始沿混药单元5内的内壁与注药口2的药流混合后从混药单元5的另一端的药液出口1输出；药液出口1的管径小于注水口4的管径以保持混药单元5内的压力。水泵和药泵的出水口微压，保证了药流量和水流量的精量测量，保证了混药比的精准性。通过混药装置的结构实现水和药的微压混合，确保药剂和水的无体积变化，获得浓度更为精准的药水。不必设置增压装置，降低了混药成本，更为经济实惠。

实际实施时，以上的混药装置还能进行以下的扩充或应用，以下实施例中的技术特征都能相互组合，实施例仅作为示例，不作为对技术特征的正常组合限制。

实施例1：

参见图2，本实施例的基于微压注入式在线混药装置，包括：取水组件、取药组件、混药单元5、以及分别与取水组件和取药组件连接的控制组件(图中未示出)，控制组件控制取水组件和取药组件按照与作物类别匹配的水药比取对应流量的水和药输入混药单元5；取水组件的出水管通过注水口4接入混药单元5，取药组件的出药管通过注药口2接入混药单元5，注水口4与注药口2均与混药单元5的内壁呈角度布置，使得水流从混药单元5的一端开始沿混药单元5内的内壁与注药口2的药流混合后从混药单元5的另一端的药液出口1输出；药液出口1的管径小于注水口4的管径以保持混药单元5内的压力。

本实施例中，取水组件包括第一流量传感器、水箱和取水泵；取水泵与水箱相连并将水箱的水通过注水口4输出至混药单元5；第一流量传感器装设于取水泵和混药单元5之间的管路上并与控制单元相连，控制组件与取水泵的控制端相连。本实施例中，取水泵为隔膜泵，隔膜泵与混药单元5之间还设置有第一溢流阀和第一单向阀，第一溢流阀的溢流端返回水箱。其中，隔膜泵为四缸隔膜泵，水箱采用耐腐蚀的水箱塑料，隔膜泵的转动轴与隔膜泵的驱动电机的动力输出轴连接。

取药组件包括第二流量传感器、药箱和注药泵，注药泵与药箱相连并将药箱的药液通过注药口2输出至混药单元5，第二流量传感器装设于注药泵和混药单元5之间的管路上并与控制单元相连，控制组件还与注药泵的控制端相连。本实施例中，注药泵为蠕动泵，蠕动泵与混药单元5之间还设置有第二溢流阀和第二单向阀，第二溢流阀的溢流端返回药箱。其中，药箱材质为pvc耐腐蚀塑料。

本实施例的控制组件的结构如图5所示，控制组件包括控制器——stm32f103r8t6芯片，电源电路，驱动电路，键盘，显示，液位传感器，流量传感器，放大电路，rs485通讯等电路。流量传感器将液体流量转换成电信号，经过放大电路放大后输送给控制器。rs485通讯电路主要实现与上位机的通讯。实施时，控制组件获取来自第一流量传感器的水流量数据以及来自第二流量传感器的药流量数据，并根据水药比反馈调节取水组件的水流量和取药组件的药流量。

本实施例中，混药单元5的药液出口1与一喷药装置连接，喷药装置包括药水箱、比例电磁阀和喷头；混药单元5的药液出口1与药水箱连接，喷头通过管道与药水箱连接，比例电磁阀连接于药水箱与喷头之间用于实时控制喷头的流量。通过控制组件对比例电磁阀进行调节，实现了药剂和水的实时在线混合，且混药比调节范围较大，可达300:1～3000:1。例如，根据传感器测得的植保机械的行进速度，调节比例电磁阀开度，进行变量喷药作业。

本实施例中，水箱上装设有第一液位传感器，药箱上装设有第二液位传感器，第一液位传感器、第二液位传感器均与控制单元相连。药水箱也可设置第三液位传感器，用来显示药水箱的液位，第三液位传感器也可与控制单元相连，混合药液不足时，可以关闭喷头或者降低比例电磁阀的开度。

本实施例中，参见图3，混药单元5为圆柱型，混药单元5内设置有螺旋内腔，螺旋内腔由设置于圆柱型的内壁上的呈螺旋线排列的扰流板3以及圆柱型的内壁围绕而成，注水口4与至少一个注药口2设置在螺旋内腔的头部，当注药口2的数量大于等于二时，其他的注药口2沿混药单元5的内壁均匀设置在螺旋内腔的螺旋内，药液出口1设置于螺旋内腔的尾部。注药口2为一个时，与注水口4同设置在混药单元5的端部，当注药口2为多个时，可以均匀地将注药口2分布在水流的流经路上，汇入水流即可完成混合。实际实施时，在不设置扰流板3的情况下，也可以仅根据注水口4的角度和内壁之间形成旋流，也能达到微压混合的效果，只是效果没有布设扰流板3的装置好。

参见图4，本实施例提供了一种使用上述的基于微压注入式在线混药装置的混药方法，包括以下步骤：

设置混药参数：根据用户输入的与作物类别匹配的水药比，取对应流量的水和药输入混药单元5；

控制组件获取第一流量传感器的水流量数据以及来自第二流量传感器的药流量数据，当水流量数据或药流量数据与理论的水流量或药流量有差异时，调节取水泵或注药泵的转速至实际水流量或药流量满足水药比；可通过采集实际的水流量和药流量反馈调节取水泵和注药泵的转速，从而获得更精准的混药药水。

实施时，控制组件获取第一液位传感器的水箱液位数据和第二液位传感器的药箱液位数据，当水箱的液位或者药箱的液位低于相应的标定最低液位时，停止工作、报警或者注水或注药。例如，当液位达到最小预设值发出警报，提醒操作人员停止作业，进行水箱和药箱中分别注入水和药剂的工作，当液位达到最大预设值时，控制器报警，提醒操作人员，停止对水箱和药箱中注入水和药剂的工作。

重复上面的步骤，直至所有完成喷药工作。

实施例2：

本实施例的基于微压注入式在线混药装置结构与实施例1基本相同，在此不再赘述。二者的不同之处仅在于，本实施例中，混药单元5处设置有压力传感器，压力传感器与控制单元相连。实施时，控制组件获取来自压力传感器的混药单元5内的压力值，当压力值低于设定的微压阈值时，调节取水组件的水流量和取药组件的药流量。

使用本实施例的基于微压注入式在线混药装置的执行实施例1的混药方法时，控制组件还可以获取来自压力传感器的混药单元5内的压力值，当压力值低于设定的微压阈值时，调节取水组件的水流量和取药组件的药流量使得混药单元5内的压力值等于或高于设定的微压阈值；能通过压力传感器调节和保持混药单元5中的压力，保持微压混药，使得水和药液体积不变化又能混合均匀，节约了成本，操作简单，混合精度高。

本实施例中，控制组件还可以外接显示屏以及输入单元，以便操作人员能及时得知各流量传感器、液位传感器的数值，现有的混药比，以及压力值等，并可以手动对这些参数进行调节。

综上可知，本发明可根据实际喷雾需求实现药液与水的在线均匀混合，药水配比区间较大，可在300:1～3000:1的范围内精准调节。在微压状态下混药，避免水和药产生体积变化，提高药水配比精度，满足精准配药的需求，减少农药的残留，且本装置可实现实时在线混药，避免农药浪费，减少环境污染。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。