专利名称:一种基于变频控制的温室作物雾化施药与降温装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于变频控制的温室作物雾化施药与降温装置，包括温湿度传感器、流量传感器、压力传感器、液位传感器；上位机、下位机、变频器、水泵、喷药阀、过滤器、混药罐、混合泵和进水泵；本实用新型药物利用率高，HMI触控系统具有简单易操作的模式选择和设置工作参数界面，显示各项传感器及执行设备的信息，集农药喷洒与室内降温为一体，需要降温的时候只要把农药混合罐换成普通的水罐即可，简单易操作。
【专利说明】一种基于变频控制的温室作物雾化施药与降温装置
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及了一种温室作物雾化施药和降温装置。
【背景技术】
[0002]在农业生产中，为保障、促进植物和农作物的成长，会不可避免使用杀虫、杀菌、杀灭有害动物(或杂草)的一系列农药。目前我国市场上常见的农药喷洒方式有I)小型背负式喷雾器，2)机动背负式喷雾器，3)拖拉机悬挂式喷雾机，4)熏蒸、喷烟。其中占主导地位的是小型背负式喷雾器，然而其机器质量不高，喷洒范围小，劳动量大，而且对工作人员的身体有一定的影响。机动背负式喷雾器是气力式雾化弥雾机，以喷洒高浓度的农药和粉剂为主，这种高浓度弥雾法极易造成环境污染，未被利用的农药流入到环境中成为污染源，影响水质并造成土壤肥力下降。拖拉机悬挂式喷雾机机械结构比较简单，喷量、喷杆的高度、喷杆的打开都由人力调节，自动化程度较低。并且由于关键部件的质量和种类限制，喷雾量也难以保证。熏蒸、喷烟适用于封闭空间，因此很多温室大棚中采用了熏蒸、喷烟的方法，然而这种方法农药使用量和使用的均匀性难以把握，导致到成熟期蔬果农药残余量仍然较多，而这些蔬果是人们每天赖以生存的食物，严重影响人类的身体健康。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的提供一种智能温室中农药雾化装置(辅助功能为温室降温)，其雾滴直径小，靶物体命中率高，喷洒更加均匀，改善了传统农药使用中存在的浪费和污染等一系列问题。
[0004]为了实现以上目的，本实用新型采取的技术方案如下:一种基于变频控制的温室作物雾化施药与降温装置，包括温湿度传感器、流量传感器、压力传感器、液位传感器；上位机、下位机、变频器、水泵、喷药阀、过滤器、混药罐、混合泵和进水泵；
[0005]所述的上位机与下位机通信；下位机的控制输出端口与变频器的控制输入端口相连，变频器控制水泵的转速，水泵的出水口设置喷药阀，用于检测喷药阀出水流量的流量传感器的信号输出端连接下位机的信号输入端，用于检测水泵出水压力的压力传感器的信号输出端连接下位机的信号输入端，用于检测温室环境中温度和湿度的温湿度传感器的信号输出端连接下位机的信号输入端；
[0006]所述的进水泵的出水口连接混药罐的进水口，混药罐的出水口连接过滤器的进水口，过滤器的出水口连接水泵的进水口，液位传感器设置于混药罐内部，液位传感器的信号输出端连接下位机的信号输入端；所述的混合泵的出口与混药罐的药物混合输入口相连。
[0007]更加优选的技术方案，所述的下位机采用PLC控制器。
[0008]更加优选的技术方案，所述的下位机与上位机通过RS232通信。
[0009]更加优选的技术方案，所述的上位机采用HMI触控系统。
[0010]更加优选的技术方案，所述的混药罐采用的是不透光材料制备。
[0011]更加优选的技术方案，温湿度传感器、压力传感器和液位传感器的信号输出端连接下位机的模拟信号输入端。
[0012]更加优选的技术方案，流量传感器的信号输出端连接下位机的开关量信号输入端。
[0013]与现有技术方案相比，本实用新型的有益效果是:(1)可变压力式农药喷雾:本实用新型改变传统的不区分农药类别的喷药方式，如喷洒杀虫类农药，靶物体是昆虫，目标范围较小，则采用高压细雾的方式，其雾滴直径只有几十微米，可以以更少的农药更高效的捕获害虫；而喷洒杀菌类的农药，靶物体是植物叶片，覆盖面较大可采用较小的水压以减少能量的浪费。(2)HMI触控系统:HMI触控系统具有简单易操作的模式选择和设置工作参数界面，显示各项传感器及执行设备的信息(3)集农药喷洒与室内降温为一体:需要降温的时候只要把农药混合罐换成普通的水罐即可，简单易操作。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型原理方框示意图。
[0015]图2为本实用新型涉及控制电路部分原理示意图。
[0016]图3为本实用新型农药雾化部分软件控制流程示意图。
[0017]图4为本实用新型HMI触控系统控制界面示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图，对本实用新型进一步的描述，但其不代表为本实用新型的唯一实施方式。
[0019]基于变频控制的温室作物雾化施药与降温装置，包括温湿度传感器、流量传感器、压力传感器、液位传感器；上位机、下位机、变频器、水泵、喷药阀、过滤器、混药罐、混合泵和进水泵；所述的上位机与下位机通信；下位机的控制输出端口与变频器的控制输入端口相连，变频器控制水泵的转速，水泵的出水口设置喷药阀，用于检测喷药阀出水流量的流量传感器的信号输出端连接下位机的信号输入端，用于检测水泵出水压力的压力传感器的信号输出端连接下位机的信号输入端，用于检测温室环境中温度和湿度的温湿度传感器的信号输出端连接下位机的信号输入端；所述的进水泵的出水口连接混药罐的进水口，混药罐的出水口连接过滤器的进水口，过滤器的出水口连接水泵的进水口，液位传感器设置于混药罐内部，液位传感器的信号输出端连接下位机的信号输入端；所述的混合泵的出口与混药罐的药物混合输入口相连。
[0020]其中，所述的下位机采用PLC控制器。下位机与上位机通过RS232通信。
[0021]上位机采用HMI触控系统。混药罐采用的是不透光材料制备。温湿度传感器、压力传感器和液位传感器的信号输出端连接下位机的模拟信号输入端。流量传感器的信号输出端连接下位机的开关量信号输入端。
[0022]本实用新型的工作原理:参照图1，温室植物雾化施药和降温装置主要包括四部分:温室信息检测装置、农药雾化控制器、执行机构、辅助设备。温室信息检测装置包括温湿度传感器、压力传感器、流量传感器和液位传感器等，执行机构包括变频器、水泵、混合泵、喷药阀等，控制器分为下位机PLC控制器和上位机HMI控制器，辅助设备主要包括混药罐(水罐)、过滤器、管道和喷头等，辅助整个农药雾化过程的实现。温室植物雾化施药和降温装置工作时，首先根据施药需求在HMI触摸屏上设置喷雾压力和喷雾量，开启进水泵向混药罐中加水，液位传感器根据设置的需求水量待满足要求时自动关闭进水泵。加入水和药液之后开启混合泵混合几分钟使药液与水混合均匀，混合好的液体由水泵从混药罐中抽出，为了避免混有的杂质堵塞喷嘴和管道，加入一个过滤器除杂。压力传感器测量从水泵出来的药液的水压，并将水压值反馈给下位机PLC，若当前值小于设定值则自动调节变频器频率，从而改变水泵转速，直至达到设置水压值。喷药阀打开后，即可对温室进行喷药，安装在喷药阀后面的流量传感器用来测量喷雾流量，并与下位机PLC中的设定值相比较，达到设置喷雾量则停止工作。下位机PLC采集温湿度传感器、压力传感器、流量传感器和液位传感器的信息，将信息通过RS232接口传送给HMI控制器，并根据上位机选择的工作模式，执行相应的命令包括喷雾命令和降温命令。上位机HMI控制器实现显示、设置喷药参数等功能，包括农药雾化模式、压力设置、农药雾化流量设置等。本实用新型中农药喷洒和室内降温是集成在一起的，工作的时候，混药罐加入配好的某种农药即为农药喷洒，如果要降低室内温度只要在罐里换成灌溉水即可。温湿度传感器检测到温室中空气温度和湿度的状况，若高于某一上限，发出报警信息提示需执行降温喷雾。混药罐采用的是不透光材料，并且置于阴凉处，目的是尽量避免其在光照下农药发生化学反应，失去药效。并且药液最好要现用现配，以保证其药效。
[0023]请阅图2，农药雾化与降温一体化装置电路主要包括电源、传感器、下位机PLC控制器、上位机HMI控制器和执行设备。电源包括开关电源和交流电源，开关电源为220VAC转换为24VDC和5VDC，为下位机PLC、上位机HMI控制器、传感器供电，交流电源为220V，为变频器供电。下位机PLC控制器具有多输入、多输出接口的优点，本实用新型中PLC控制器通过模拟量输出连接变频器，控制变频器的启停和频率的大小。下位机控制器具有多路模数转换接口、开关量/脉冲量接口和输出接口。温湿度传感器、压力传感器和液位传感器为模拟信号，接入模数接口 ；流量传感器为脉冲信号，接入开关量接口 ；系统可以手动工作，进水开关、混合开关和喷雾开关设置在输入端XOO、XOl和X02，输出混合电磁阀、进水泵和喷雾泵设置在YOO、YOI和DAO。下位机PLC控制器与上位机HMI控制器通过RS232通信接口连接。上位机HMI控制器显示与存储各输入信号的实时数据，系统工作时，可通过HMI控制器设置喷洒参数，下位机PLC根据上位机设置的参数执行相应的农药雾化命令，驱动变频器的通断和改变频率，从而实现整个系统的电路连接。
[0024]请阅图3，选定需要的药液配置好后启动程序并初始化，设置喷雾压力或者直接选择喷雾模式(分别为喷洒昆虫类农药、喷洒杀菌和杂草类农药和降温三个等级)、设置喷雾流量，然后执行混药罐进水命令，若混药罐的液位低于设置值则继续加水，否则执行人工加药，启动混合泵混合lmin，使药液分布均匀，接着开始喷雾并检测水压值，压力传感器检测值若小于设置值，则改变变频器频率来改变水压。压力的调整是一个闭环控制过程，以保证压力的实时动态调整。当喷雾量达到设置值或者手动停止程序则停止喷雾过程。
[0025]请阅图4，HMI触控系统实现农药雾化装置的参数显示、存储和参数设置功能。通过在计算机上编辑软件，然后通过USB接口向HMI控制器下载控制程序。HMI触控系统界面上显示各传感器的实时数据，包括温湿度传感器、流量传感器、液位传感器和压力传感器的反馈值，即温度、湿度、喷雾流量、喷雾压力、混药箱液位和电机频率等。上位机系统模式选择设置了三个档位，分别为喷洒昆虫类农药、喷洒杀菌和杂草类农药和降温三个等级，为了提高其使用性，用户在使用时可以直接根据需求选择这三种模式中的一种，也可以手动进行压力设置。喷洒昆虫类为细雾滴，雾滴直径为几十微米，压强为3Mpa左右，杀菌类和除草类雾滴可稍大，而降温用可以再大一些，这样设置的目的是细雾滴更能包裹较小的目标对象，用较少的药液量就可以达到较小目标的较大面积覆盖，降低农药的使用量，减少农药浪费和对环境的影响，也减少了温室中植物的带药量。杀菌和除草类药剂的目标是植物叶片，因此可稍大，获得较大面积的覆盖。而温室降温从能量的角度考虑，雾滴可再大一点，选择较小的压强即可达到目的。流量设置中有上、下、左、右、中五个按键，其中左右两个按键用来选择数码管的四个数字位，上下两个按键用于加一和减一，数字范围为0-9，中间按键按下一次显示1，表示流量设置，按下两次显示2，为压力设置。开机后，选择相应的工作模式，设置喷雾量和喷雾压力，然后点击启动键即可开始工作。如果需要中途停止工作点击停止按钮即可，否则喷药量达到预设值时停止工作。
[0026]本实用新型特别适用于大型温室大棚农药喷洒和降温的场合。因此提高农药的使用效率，用最少的农药得到最佳的使用效果是设施农业中重要的环节。本实用新型就是改变传统的大容量、大雾滴理念，用变频器控制水泵，农药在加压后产生细雾，可以使喷洒更均勾更合理。
【权利要求】
1.一种基于变频控制的温室作物雾化施药与降温装置，其特征在于，包括温湿度传感器、流量传感器、压力传感器、液位传感器；上位机、下位机、变频器、水泵、喷药阀、过滤器、混药罐、混合泵和进水泵； 所述的上位机与下位机通信；下位机的控制输出端口与变频器的控制输入端口相连，变频器控制水泵的转速，水泵的出水口设置喷药阀，用于检测喷药阀出水流量的流量传感器的信号输出端连接下位机的信号输入端，用于检测水泵出水压力的压力传感器的信号输出端连接下位机的信号输入端，用于检测温室环境中温度和湿度的温湿度传感器的信号输出端连接下位机的信号输入端； 所述的进水泵的出水口连接混药罐的进水口，混药罐的出水口连接过滤器的进水口，过滤器的出水口连接水泵的进水口，液位传感器设置于混药罐内部，液位传感器的信号输出端连接下位机的信号输入端；所述的混合泵的出口与混药罐的药物混合输入口相连。2.根据权利要求1所述的一种基于变频控制的温室作物雾化施药与降温装置，其特征在于，所述的下位机采用PLC控制器。3.根据权利要求1或2所述的一种基于变频控制的温室作物雾化施药与降温装置，其特征在于，所述的下位机与上位机通过RS232通信。4.根据权利要求1所述的一种基于变频控制的温室作物雾化施药与降温装置，其特征在于，所述的上位机采用HMI触控系统。5.根据权利要求1或4所述的一种基于变频控制的温室作物雾化施药与降温装置，其特征在于，所述的混药罐采用的是不透光材料制备。6.根据权利要求1所述的一种基于变频控制的温室作物雾化施药与降温装置，其特征在于，温湿度传感器、压力传感器和液位传感器的信号输出端连接下位机的模拟信号输入端。7.根据权利要求1所述的一种基于变频控制的温室作物雾化施药与降温装置，其特征在于，流量传感器的信号输出端连接下位机的开关量信号输入端。
【文档编号】A01M7-00GK204292058SQ201420773210
【发明者】汪小旵, 鲁伟, 陈景波, 丁跃林, 李玉同, 孙国祥 [申请人]南京农业大学