一种用于农业植保的低温烟雾发生系统

技术领域

本发明涉及程序控制农业机械装置领域，尤其涉及一种用于农业植保的低温烟雾发生系。

背景技术

采用烟雾辅助农药喷洒在农业或林业上具有传统水雾喷洒无法比拟的优势，因为烟雾撞击农药并混合后具有药液雾化充分、药雾颗粒小、药雾能长时间弥漫于作业区等优点，在果树高植株植保领域具有良好的作业效果，也可用于防治卫生害虫和消毒等，具有提高效率和减少农药用量和农药残留等优势。

目前现有的烟雾型植保机，以专利“一种电动烟雾机(CN201721245093.X)”“一种新型农用弥雾机(CN202022708057.0)”为例，普遍存在发烟温度过高导致对农药破坏大、功能单一、不能兼容高植株果树、低矮农作物及生物农药应用等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于农业植保的低温烟雾发生系统，以解决上述技术背景中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于农业植保的低温烟雾发生系统，包括：主控器、调控装置、发烟管、喷头、手机端程序、喷火枪、背负容器；

其中，所述一键实现电源开关及模式切换操作，可在当前作业中选择树木作业、蔬菜作业、生物农药作业或自定义作业中一种，还可进入手机端程序设置模式，通过蓝牙通信，设置开机默认作业模式的顺序，以及手机端程序设置各作业模式的具体参数，设置的数据在关机及断电后有效，手机端程序可读取保存于主控器中历史作业数据，包括作业时间、作业轨迹、工作时长、烟剂消耗量、农药消耗量、温度数据、电池电量等，上传后手机端程序可查看历史作业中每次的相关作业轨迹地图及工作数据统计。

其中，主控器通过喷头上的温度传感器采集烟雾的温度，通过发烟压力传感器采集发烟管发烟压强。所述温度传感器安装于烟雾与农药混合之前的喷头的侧壁，所述发烟压力传感器安装于发烟管输入口与烟剂止逆阀之间的管路。主控器根据实时烟雾温度反馈调节烟剂的流量，控制发烟管发出的烟雾温度在115～180℃之间，主控器根据不同作业模式，通过控制喷火枪的燃气压强P

其中，主控器通过烟剂流量计采集烟剂的实时流量，通过脉宽调制控制烟剂泵调节流量，所述烟剂流量计安装于烟剂止逆阀之前的管路，并与主控器电连接，用于检测烟剂实时流量，主控器根据温度传感器采集的实时温度与目标控制温度的差距实时动态调整输入的烟剂流量，主控器根据温度传感器采集的实时温度T

优选的，所述发烟管为内径4～9mm的金属管，通过若干圈螺旋绕成圆筒状盘管，该圆筒状盘管的盘绕直径为金属管内径的5～8倍，金属管总长度为管内径的15～30倍，圆筒状盘管后端固定有圆形挡片，用于引导火焰从圆筒内穿过金属管之间的缝隙流向圆筒外侧，盘管的螺距P

优选的，所述圆筒状盘管的前端固定有喷火枪，喷火枪的口径比圆筒内径小，为圆筒内径的0.5～0.85倍，喷火枪与圆筒有间距为2～5厘米，点火器与主控器电连接，用于实现自动点火。

优选的，所述发烟管输出口与喷头对接，喷头上设置有农药输入口，输入农药受高速流过喷头的烟雾冲击而雾化，形成烟药混合物喷出。

优选的，所述调控装置用于对烟剂、农药、燃料所在管路的调节，调控装置包括烟剂泵、烟剂电磁阀、农药泵、农药电磁阀、燃料电磁阀、燃料调压阀、点火器，其均与主控器电连接，调控装置还包含烟剂止逆阀、农药止逆阀；其中，烟剂止逆阀安装于靠近发烟管输入口处，用于防止发烟管高压强导致烟剂回流；农药止逆阀安装于喷头的农药输入口处，用于防止农药回流。

优选的，所述烟剂、农药、燃料可存储于背负容器内，通过管路输入到该烟雾发生系统，背负容器上还包括电池，通过导线与主控模块连接，用于给该系统供电。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中，通过多个传感器在主控器算法控制下调整发烟管输出烟雾温度、发烟输出压强，适应多种类型农药和作业场景，烟药混合后的农药粒径可调，实现树木作业、蔬菜作业、生物农药作业；

本发明中，整体通过多个传感器采集和检测信号，实现工作状态、故障检测，提高设备安全性，降低维护成本，通过烟剂泵和燃料调压阀精准控制出烟量和燃料用量，同时发烟压力传感器、农药泵的配合，同等发烟性能下燃料更少，农药雾化效果更理想，各部件之间配合使该系统的性能更为突出。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明内部其中一个视角的结构示意图；

图3为本发明部分内部组件的结构示意图；

图4为本发明的主控器的结构示意图；

图5为本发明的背负容器的结构示意图；

图6为本发明的农药管路、燃料管路、烟剂管路之间关联性的流程图；

图7为本发明的农药管路连接图；

图8为本发明的烟剂管路连接图；

图9为本发明的燃料管路连接图。

图中：

1、喷头；4、背负容器集合；5、手机端程序；101、农药输入口；102、温度传感器；103、农药止逆阀；202、发烟管；203、喷火枪；204、点火针；205、发烟管圆挡板；206、发烟管输入口；207、发烟管输出口；208、防烫网罩；301、烟剂流量计；302、农药流量计；303、烟剂电磁阀；304、农药电磁阀；305、烟剂输入管；306、农药输入管；307、电源插头；308、燃料输入管；309、点火器；310、烟剂泵；311、农药泵；312、燃料电磁阀；313、提手；314、发烟压力传感器；315、烟剂止逆阀；316、蜂鸣器；317、承载盒；318、主控器；319、电源按键；320、燃料压力传感器；321、燃料调压阀；401、烟剂容器；402、燃料减压阀；403、农药容器；404、燃料容器；405、电池；406、燃料总阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创施例，都属于本发明保护的范围。

实施例附图对部分连接的导线做隐藏处理，可以理解在公知常识范围内的结构无需在本实施例赘述。

请参阅图1～图9，本发明提供一种技术方案：

一种用于农业植保的低温烟雾发生系统，包括：主控器318、调控装置、发烟管202、喷头1、手机端程序5。

如图1、图2所示，承载盒317为由多面板材连接构成的方形盒子，用于集中固定调控装置、主控器318、喷火枪203、点火器309等，提手313固定在承载盒317上面，防烫网罩208与承载盒317连接，图2为承载盒317、防烫网罩208、主控器318及电源插头307后内部组件的示意图。调控装置用于对烟剂、农药、燃料所在管路的调节，调控装置包括烟剂泵310、烟剂电磁阀303、农药泵311、农药电磁阀304、燃料电磁阀312、燃料调压阀321、点火器309，均与主控器318电连接。如图3所示，调控装置还包括烟剂止逆阀315、农药止逆阀103、喷火枪；其中，烟剂止逆阀315安装于靠近发烟管输入口处，用于防止发烟管202高压强导致烟剂回流；农药止逆阀103安装于喷头的农药输入口101处，用于防止农药回流。

如图7～图9所示，主控器318与多个传感器电连接，包括温度传感器102、发烟压力传感器314、烟剂流量计301、农药流量计302、燃料电磁阀312、燃料调压阀321、燃料压力传感器320；其中，如图3所示，温度传感器102安装于烟雾与农药混合之前的喷头1的侧壁，用于探测烟雾混合前的温度；如图3所示，发烟压力传感器314安装于发烟管输入口与烟剂止逆阀315之间的管路，用于采集发烟管202内部的压强；如图8所示，烟剂流量计301安装于烟剂止逆阀315之前的管路，并与主控器318电连接，用于检测烟剂实时流量；如图7所示，农药流量计302安装于农药所在的管路，位于农药止逆阀103之前的管路，用于检测农药的流量；如图9所示，燃料压力传感器320安装于燃料调压阀321之后的管路，并控制燃料调压阀321确保工作压强处于预设值。

如图3所示，发烟管202由金属管通过若干圈螺旋绕成圆筒状盘管，圆筒状盘管后端固定有圆形挡片，用于引导火焰从圆筒内穿过发烟管202之间的缝隙流向圆筒外侧，盘管的螺距P

如图3所示，圆筒状盘管的前端固定有喷火枪203，喷火枪203的口径比圆筒内径小，为圆筒内径的0.5～0.85倍，喷火枪203与圆筒有间距为2～5厘米，点火器309与主控器318电连接，点火针204安装与喷火枪203外侧，用于实现自动点火。

如图3所示，发烟管输出口207与喷头1对接，喷头1上设置有农药输入口101，用于输入农药，输入农药受高速流过喷头1的烟雾冲击而雾化，形成烟药混合物喷出，如图4所示，喷头1上设置有温度传感器102，用于探测烟雾的温度。

如图5，背负容器集合4包含烟剂容器401、农药容器403、燃料容器404，分别用于储存烟剂、农药、燃料，并分别通过烟剂输入管305、农药输入管306、燃料输入管308输到该烟雾发生系统，背负容器上还包括电池405，电池405通过电源插头307与主控器318电连接，用于给系统供电；燃料容器404上设置有燃料总阀406及燃料减压阀402。

如图7所示，农药依次通过的管路为：农药容器403、农药输入管306、农药电磁阀304、农药泵311、农药流量计302、农药止逆阀103、农药输入口101、喷头1。

如图8所示，烟剂依次通过的管路结构为：烟剂容器401、烟剂输入管305、烟剂电磁阀303、烟剂泵310、烟剂流量计301、烟剂止逆阀315、发烟压力传感器314、发烟管202、喷头1。

如图9所示，燃料依次通过的管路结构为：燃料容器404、燃料总阀406、燃料输入管308、燃料电磁阀312、燃料调压阀321、燃料压力传感器320、喷火枪203。

主控器318根据温度传感器102采集的实时温度T

如图7～图8所示，主控器318根据实时烟雾温度反馈调节烟剂的流量后，主控器318采集发烟压力传感器314的数据，实时调节农药流量，农药实时流量G

在本实施例中，主控器318通过蓝牙与手机端程序5通信，可以设置开机默认作业模式的顺序，以及手机端程序5设置各作业模式的具体参数，设置的数据在关机及断电后有效。手机端程序5可读取保存于主控器318中历史作业数据，包括作业时间、作业轨迹、工作时长、烟剂消耗量、农药消耗量、温度数据、电池405电量等，给出相关地图坐标数据及工作统计数据，上传后手机端程序5可查看历史作业中每次的相关作业轨迹地图及工作数据统计。

在本实施例中，该低温烟雾发生系统启动的过程为：

步骤一：工作状态设置及参数设置，一键实现电源开关及模式切换操作，在电池405通电或关机状态下，长按电源键3秒，机器启动并给出提示音，听到提示音后的3秒内，若不操作电源按键319，按默认模式一作业，若短按1次，切换为默认模式二作业，短按2次，切换为默认模式三作业，短按3次，进入蓝牙与手机的通信模式，手机端程序5可配置默认模式一、默认模式二、默认模式三分别对应树木作业、蔬菜作业、生物农药作业中的哪种外，还可使用自定义，配置符合自己需求的新模式。对应于每种作业模式，可进行发烟温度参数、m值、K值、燃气工作压强、农药雾化粒径范围等的设置，所设置的参数在关机及断电后有效。

步骤二：工作条件检测，开机后，主控器318检查电池405电量、农药、烟剂、燃气的状况，对于电池405的检测，正常作业需要电量高于20％，农药和烟剂的检测为，启动农药泵311、农药电磁阀304、烟剂泵310和烟剂电磁阀303，通过农药流量计302和烟剂流量计301检测农药和烟剂的有无。燃气的检测为在人工打开燃料总阀406，通过燃料减压阀402输出0.4MPa燃气后，主控器318打开燃料电磁阀312，控制燃料调压阀321，检测是否达到预设的压强，若主控器318对电池405、农药、烟剂、燃气任意一项检测不通过，则通过蜂鸣器316发出声音提醒并停止执行后续步骤。

步骤三：点火检测，主控器318打开燃料电磁阀312、控制燃料调压阀321输出0.2MPa燃气、启动点火器309点火、5秒后打开烟剂泵310及烟剂电磁阀303。主控器318调节烟剂流量到0.5Q

步骤四：在本实施例中，该低温烟雾发生系统实现稳定工作的过程为：

针对所列举的树木作业、蔬菜作业、生物农药作业三种作业模式，其烟雾撞击农药前温度控制算法如下：温度传感器102采集的实时温度T

对于树木作业，这里包括果树、林木及一些搭架生长的菜蔬，如冬瓜、豆角等，其特点是植株较高，一般在1米以上甚至10多米，需要达到烟雾撞击农药时使农药粒径低于100um并与烟雾混合后形成白色药雾，在空中具有一定距离内悬浮的特性，达到高植株果树作业时被悬浮农药浸润的效果。实现上述要求既要考虑高温高压烟雾撞击农药较容易实现农药的小粒径雾化，又要考虑撞击温度要低于莱顿弗罗斯特现象(LeidenfrostPhenomenon)的温度，此外，使用普通农药时极短时间的撞击还需确保农药不会高温分解，在果树作业模式下，主控器318通过调节燃料调压阀321和烟剂泵310流量，可以改变发烟管输出口207的温度和工作压强。其中烟剂泵310流量和发烟管输出口207的温度成反比，燃料压强和发烟压强成正比，同时燃料压强的大小对发烟管输出温度及压强具有关联。通过对烟剂泵310流量和燃料压强的控制，m取值为2，使温度传感器102测出的温度在170～180℃内，发烟管202压强有效值P

对于低矮的蔬菜作业，其特点是植株较矮，需要烟雾撞击农药时农药粒径在150～220um范围，药雾具有主体向下沉降但同时具有一定穿透性。在蔬菜作业模式下，主控器318通过调节燃料调压阀321和烟剂泵310，m取值为2，达到温度传感器102测出的温度处于150～160℃间，发烟管202压强有效值P

对于生物农药作业，其特点是农药的高温耐受性差，应采取高压低温烟雾，短时撞击农药，在生物农药作业模式下，主控器318通过调节燃料调压阀321和烟剂泵310，m取值为3，达到温度传感器102测出的温度在115～125℃之间，发烟管202有效压强80kPa≤P

以上细节参数的调节，通过手机端程序5进行设置。手机端程序5设置生效后，后续每次作业均有效。

步骤五：在本实施例中，该低温烟雾发生系统实现农药输出的工作过程为：

农药实时流量G

步骤六：在本实施例中，该低温烟雾发生系统自动停机的依据为：

农药用完：主控器318通过农药流量计302不能采集到流量数据，同时农药泵311工作电流降低至空载范围；

烟剂用完：主控器318通过烟剂流量计301不能采集到流量数据，同时烟剂泵310工作电流降低至空载范围；

燃料用完：工作中主控器318通过控制燃料调压阀321，仍不能达到预设的燃料压强；

电量报警：通过主控器318采集电池405容量剩余在20％时提醒，低于10％关闭系统；

在上述问题任意一项产生时，通过蜂鸣器316给出不同的提醒并自动关机；

步骤七：在本实施例中，该低温烟雾发生系统故障告警包含：

对农药泵311、烟剂泵310、燃料调压阀321电路故障的检测，主控器318分别监测农药泵311、烟剂泵310、燃料调压阀321工作状态时的工作电流。电流为零提醒开路故障，电流超额定值时提醒短路故障并自动保护；

对发烟通路、农药支路堵塞的检测，对应泵的工作电流超过正常值，但对应流量计不能采集到流量数据，判为对应支路堵塞；

对燃料通道的检测，若燃料调压阀工作电流正常，输出压强不能调小的为燃料调压阀故障；

在上述问题产生时，通过蜂鸣器316给出不同的提醒并自动关闭系统。

本发明中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下，对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。