本发明涉及一种脉宽调制(pwm)控制混药比的在线混药方法及装置，属于植保技术领域。
背景技术：
在我国农业生产中，化学防治一直是作物病、虫、草害防治的主要手段。然而，在传统的农药喷洒过程中，农药的混合和搅拌都是在喷洒之前事先进行，存在着诸多不足。传统的预混药方式中，施药人员要与农药接触，农药对施药人员产生一定的危害，而且预先混药方式的混药量很难掌握，大多数情况下需要施药人员根据自己的实际经验进行混药，一旦农药用量把握不精确，混药量不够需要进行二次混药，这样容易产生浪费。而剩余的农药一般被直接倾倒于田间地头，这样不仅浪费农药，还对周围环境造成污染。
对于农药预混存在的农药浪费、污染严重问题，近年来国内外开展了在线混药技术研究。在线混药技术将水与农药分离，不需要施药人员预先混合农药，与进行接触，避免了农药对施药人员的健康危害。而且在线混药系统能根据实际需要进行边施边混，既满足施药量的需求，也能够节约农药，避免了农药浪费，提高了农药有效利用率，还能够解决多余农药的处理问题，避免多余农药对环境造成污染，提高整个施药过程的操作安全性。
在线混药技术研究研究方面，国内外经历了由预混式喷雾混药装置到外加能源在线混合式喷雾混药装置到农药浓度随喷雾机前进速度同步变化的农药直接注入式喷雾混药装置，最后到水流量和农药注入量都随前进速度同步变化的农药直接注入式流量控制的喷雾混药的发展过程。我国在线混药技术的研究尚不成熟，注入式混药技术依靠计算机控制，对注药泵要求较高，且不能监测混药效果进行反馈控制，存在一定的滞后性，且成本较高，很难在国内进行推广应用；射流式混药技术结构简单，成本低，但其混药比较低且为固定值，难以适应不同药液喷施工作，限制其推广应用。
技术实现要素：
本发明针对射流混药装置混药比低、混药比不能在线调节问题，采用脉宽调制控制技术控制射流混药装置的吸入药液流量，可大幅提高其混药比，并能实现混药比的在线调节。同时，监测管路实际混药比，对混药进行闭环控制，实现高精度混药。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种脉宽调制控制混药比的在线混药装置，其包括水箱、柱塞泵、控制单元、高速电磁阀、药箱、压力表、流量传感器、真空压力表、微流量传感器、射流混药装置和喷头；在射流混药装置吸药管路上布置高速电磁阀，采用pwm(脉宽调制)信号，对高速电磁阀进行脉宽调制，以控制吸入药液流量，使其可在一定范围内调节，可大幅提高传统射流混药装置的混药比，并通过调节pwm信号的频率和占空比，实现混药比的在线调节。同时，在水路和吸药管路安装流量传感器及微流量传感器，实时监测管路中水流量和药液流量，利用控制单元采集流量传感器信号，可计算得到实际混药比，将其与设定混药比进行比较，采用模糊pid算法，调整高速电磁阀的开关频率和占空比，实现混药比的闭环控制。
一种脉宽调制控制混药比的在线混药方法，按照下述步骤进行：柱塞泵将水从水箱中抽出加压后以一定压力流经流量传感器进入射流混药装置，药箱内的药液受到射流混药装置文丘里效应影响流经高速电磁阀和微流量传感器被吸入射流混药装置，药液和水在射流混药装置混合后流出进入喷头进行喷雾作业。同时，控制单元根据设定的混药比计算输出一定频率和占空比的pwm信号来控制高速电磁阀的工作状态，控制单元同时采集流量传感器和微流量传感器数据来计算实际混药比，将其与设定混药比进行比较，并采用模糊pid算法，不断调整高速电磁阀的开关频率和占空比，实现混药比的闭环控制。
本发明的有益效果是，通过脉宽调控控制及反馈信号闭环控制，可以实现高精度在线混药，且混药比可调。本发明结构简单，成本低，易于实施。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是在线混药系统结构图。图1中：1.水箱2.三缸柱塞泵3.流量积算仪4.控制单元5.高速电磁阀6.药箱7.压力表8.流量传感器9.真空压力表10.微流量传感器11.射流混药装置12.喷头。
图2是射流混药器结构图。图2中：13.进口14.出口15.吸药口。
图3是pwm药液流量控制系统原理图。
具体实施方式
在图1中，一种脉宽调制控制混药比的在线混药装置，其包括水箱(1)、三缸柱塞泵(2)、控制单元(4)、高速电磁阀(5)、药箱(6)、压力表(7)、流量传感器(8)、真空压力表(9)、微流量传感器(10)、射流混药装置(11)和喷头(12)。
水箱(1)内水由三缸柱塞泵(2)抽出，经过流量传感器(8)及压力表(7)进入射流混药装置(11)的进水口。药箱(6)经过高速电磁阀(5)、真空压力表(9)、微流量传感器(10)接入射流混药装置(11)的吸药口。流量传感器(8)信号连接至控制单元(4)，微流量传感器(10)信号经流量积算仪(3)处理后，连接至控制单元(4)。控制单元(4)输出信号连接到高速电磁阀(5)。射流混药装置(11)出口混合好的药液经过流量传感器(8)及压力表(7)后经喷头(12)进行喷雾施药。
在图2中，射流混药装置(11)的进水经进口(13)进入射流混药装置(11)，药液经吸药口(15)进入射流混药装置(11)，进水与药液混合后经出口(14)出射流混药装置(11)。
在图3所示实施例中，按键模块输入混药比信号至控制单元(4)，并利用数码管显示模块显示，控制单元(4)根据混药比控制模型输出相应pwm信号经驱动放大后连接到高速电磁阀(5)。
一种脉宽调制控制混药比的在线混药方法，按照下述步骤进行：三缸柱塞泵(2)将水从水箱(1)中抽出加压后以大于1mpa的压力流经流量传感器(8)进入射流混药装置(11)，药箱(6)内的药液受到射流混药装置(11)文丘里效应影响流经高速电磁阀(5)和微流量传感器(10)被吸入射流混药装置(11)，药液和水在射流混药装置(11)混合后流出进入喷头(12)进行喷雾作业。同时，控制单元(4)根据设定的混药比计算输出一定频率和占空比的pwm信号来控制高速电磁阀(5)的工作状态，控制单元同时采集流量传感器(8)和微流量传感器(10)数据来计算实际混药比，将其与设定混药比进行比较，并采用模糊pid算法，不断调整高速电磁阀(5)的开关频率和占空比，实现混药比的闭环控制。
1.一种脉宽调制控制混药比的在线混药装置，其特征在于其包括水箱、柱塞泵、控制单元、高速电磁阀、药箱、压力表、流量传感器、真空压力表、微流量传感器、射流混药装置和喷头；在射流混药装置吸药管路上布置高速电磁阀，采用pwm(脉宽调制)信号，对高速电磁阀进行脉宽调制，以控制吸入药液流量，使其可在一定范围内调节，可大幅提高传统射流混药装置的混药比，并通过调节pwm信号的频率和占空比，实现混药比的在线调节；同时，在水路和吸药管路安装流量传感器及微流量传感器，实时监测管路中水流量和药液流量，利用控制单元采集流量传感器信号，可计算得到实际混药比，将其与设定混药比进行比较，采用模糊pid算法，调整高速电磁阀的开关频率和占空比，实现混药比的闭环控制。
2.基于权利要求1所述的一种脉宽调制控制混药比的在线混药装置的在线混药方法，其特征在于按照下述步骤进行：柱塞泵将水从水箱中抽出加压后以一定压力流经流量传感器进入射流混药装置，药箱内的药液受到射流混药装置文丘里效应影响流经高速电磁阀和微流量传感器被吸入射流混药装置，药液和水在射流混药装置混合后流出进入喷头进行喷雾作业；同时，控制单元根据设定的混药比计算输出一定频率和占空比的pwm信号来控制高速电磁阀的工作状态，控制单元同时采集流量传感器和微流量传感器数据来计算实际混药比，将其与设定混药比进行比较，并采用模糊pid算法，不断调整高速电磁阀的开关频率和占空比，实现混药比的闭环控制。
技术总结