漁藥自動噴施機的設計

摘要：為解決人工潑灑漁藥工效較低且施藥過程中漁藥對施藥人員身體的危害等問題，設計了能自動混藥的無線遙控漁藥噴施機。該噴施機由動力裝置、混藥裝置、噴施裝置、供電系統(tǒng)和無線遙控系統(tǒng)等組成，樣機機身質量約為32 kg，并對樣機進行了測試。結果表明，該漁藥噴施機平均行駛速度為0.8 m/s，運行平穩(wěn)可靠，最大噴施效率為28 800 m2/h，

關鍵詞：漁藥；噴施機；無線遙控；水產(chǎn)養(yǎng)殖

中圖分類號：S969.39 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）19-4792-03

隨著我國淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，水產(chǎn)動物病害已成為影響我國淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的主要制約因素。漁藥的使用是水產(chǎn)養(yǎng)殖中的一個必不可少的環(huán)節(jié)[1]。根據(jù)大多數(shù)漁藥的特性，在施藥過程中需要保證如下幾點：不能采用金屬容器盛裝漁藥；要保證全池均勻潑灑漁藥[2]，且潑灑濃度在安全濃度范圍內(nèi)；盡量避免和人體直接接觸。

傳統(tǒng)的人工施用漁藥[3，4]要完成混藥和人工潑灑，存在工作效率低、勞動強度大和潑灑不均勻等問題，在使用毒性較大的漁藥時，還易造成人、畜、魚中毒，因此研究開發(fā)適合我國淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的漁藥噴施機械是生產(chǎn)上迫切需要解決的問題。對此研制了一種無線遙控漁藥噴施機，該噴施機主要用于中小型魚塘

1 噴施機的結構和原理

該噴施機由動力裝置、混藥裝置、噴施裝置、轉舵裝置、供電系統(tǒng)和無線遙控系統(tǒng)等組成，噴施機的總體結構示意圖如圖1。當需要對魚塘進行施藥時，將漁藥原液裝入藥箱，按比例加入一定量的水，將漁藥原液初步稀釋。手動啟動動力裝置，將噴施機放入池塘中，由安裝在船體上的動力裝置帶動水泵運轉。池塘水經(jīng)位于船體底部的濾網(wǎng)過濾后，被吸入水泵進水口，經(jīng)過水泵加壓后，通過水泵的出水口排出，一部分水由位于船尾的驅動噴頭噴出，推動船體前進，無線遙控系統(tǒng)控制轉舵裝置帶動船舵在豎直平面內(nèi)擺動從而改變船體行進方向；另一部分水通過三通分流進入混藥裝置，稀釋過的漁藥在混藥裝置內(nèi)與池塘水混合后，由噴施裝置向池塘噴灑。

1.1 動力裝置

動力裝置為小型汽油發(fā)動機或者直流電機，動力裝置和水泵固定連接，通過螺栓連接安裝在船體底部。

1.2 混藥裝置

混藥裝置[5]由電磁閥、球閥、文丘里管和藥液調節(jié)開關等組成，其結構示意圖如圖2。該裝置通過管道連接固定在船的尾部，電磁閥的出水口與球閥和文丘里管的進水口相連，藥液調節(jié)開關與文丘里管的吸藥口相連，球閥和文丘里管的出水口與三通相連，三通的出口為整個裝置的出藥口。

1.3 噴施裝置

噴施裝置由若干輸藥管通過三通與噴藥噴頭連接組成，其結構示意圖如圖3所示。4個噴藥噴頭呈扇形排列，噴施裝置進藥口與混藥裝置的出藥口相連，通過支架固定在船體的尾部。

1.4 轉舵裝置

轉舵裝置由轉舵電機、大鏈輪、鏈條、小鏈輪和船舵等組成，其結構示意圖如圖4所示。轉舵電機為12 V直流電機，轉舵電機的輸出軸穿過小鏈輪，通過鏈條與大鏈輪相連，大鏈輪輸出軸與船舵相連，通過鏈輪鏈條傳動實現(xiàn)減速，轉舵裝置通過支架固定在船體的尾部，船舵與驅動噴頭垂直安裝，偏置于驅動噴頭一側，轉舵裝置外有防水罩，通過支架與船體固定。

2 無線遙控系統(tǒng)的設計

無線遙控系統(tǒng)包括手持遙控器和無線接收裝置。無線接收裝置以AT89S52微處理器為核心，通過接收遙控器的信號實時控制油門舵機和轉向舵機的運行，從而控制漁藥噴施機的前進速度和方向。

2.1 手持遙控器

手持遙控器主要由按鍵組合電路和無線發(fā)射模塊組成，為了方便功能擴展，選用普通的大功率7鍵遙控器，需要7個通道才能完成不重復編碼，而編碼電路中的專用編碼芯片PT2262本身只有4個通道（D0-D3），故采用按鍵組合電路實現(xiàn)數(shù)據(jù)編碼的惟一，具體組合如表1所示。

發(fā)射電路采用315 MHz的無線發(fā)射模塊，在空曠地信號理論有效范圍可達800 m。其傳輸距離較遠，發(fā)射功率較大，適合大面積的魚塘施藥作業(yè)。無按鍵操作時，電路還是持續(xù)發(fā)送低電平信號，會造成電源的浪費，故采用高速開關二極管1N4148使得按鍵開關還可作為發(fā)射模塊的電源開關，以降低遙控器的能量消耗[6]。

2.2 無線接收裝置

。

最小單片機系統(tǒng)采用AT89S52對遙控信號進行處理以及舵機驅動模塊的電路控制。AT89S52的P1.0-P1.3口作為數(shù)據(jù)輸入端，對應連接PT2272的D0-D3引腳。通過軟件查詢I/O口狀態(tài)，與數(shù)據(jù)碼組合表比對，單片機輸出相應的控制信號到P0.0-P0.7和P2.2-P2.6口，進而驅動舵機電路。

舵機驅動模塊封裝在舵機內(nèi)部，只需根據(jù)設計要求提供PWM控制信號即可，PWM信號的計數(shù)和輸出電路如圖5所示。

3 試驗測定

樣機試驗地點為武漢市農(nóng)業(yè)科學技術研究院武湖基地的魚塘，魚塘為標準的長方形，長120 m，寬60 m，平均儲水深度為2.4 m。經(jīng)對樣機的實際測試，其技術參數(shù)如表2所示。

為了體現(xiàn)測試結果的客觀性，樣機的遙控性能采用多點測試，通過多次對噴施機進行遙控控制看其是否響應來評價。理論遙控距離為800 m，通過測試保證有效遙控距離達到400 m。

將樣機裝滿漁藥，打開噴藥閥門，油門開至正常工作狀態(tài)（最大油門的2/3處），通過測量樣機行駛30 m所需的時間計算行駛速度，測量3次，計算平均行駛速度為0.8 m/s。由于漁藥在噴施過程中不斷擴散，考慮到噴藥幅寬為4 m，采取間隔10 m進行漁藥噴施作業(yè)，噴施工作效率通過對噴施機單位時間內(nèi)實際覆蓋面積的計算得出，為28 800 m2/h。根據(jù)實際經(jīng)驗，人工潑灑漁藥的效率約為4 000 m2/h，可以得出漁藥噴施機的效率約是人工的7.2倍。

混藥比測試則通過多次對噴施機配制的漁藥噴施液同實際需要的配制液對比得出（其中每配制一次的總體積為1 000 mL）。通過測量吸藥最小速度和各噴頭總噴量計算混藥比。將吸藥開關調至最小允許吸藥位置，多次測量最小吸藥速度，取平均值為0.875 mL/s。測得各噴頭單位時間的平均噴量分別為37.53、34.75、34.32、38.23 mL/s，則各噴頭總噴量為144.83 mL/s，計算可得混藥比為1∶165.5。

4 小結

研制的無線遙控漁藥噴施機根據(jù)漁藥的噴施特性、魚塘對漁藥的要求和噴施特點，利用無線電遙控技術控制漁藥噴施機的運行，通過自動藥水混合精確配比進行噴施作業(yè)。

1）樣機的質量為32 kg，其平均行駛速度為0.8 m/s。該設備每小時最大噴施覆蓋面積為28 800 m2。噴施效率約是人工的7.2倍。

2）該噴施機采用無線遙控技術，有效遙控距離可達400 m，發(fā)射功率較大，抗干擾和靈敏度強。

3）該噴施機操作簡單，可以遠距離實現(xiàn)噴施機的自動控制，根據(jù)魚塘的面積進行漁藥配制，科學施藥，不會造成浪費和對環(huán)境的污染。

該樣機與傳統(tǒng)施藥方式相比較漁藥噴灑效率大大提高，噴灑效率達到28 800 m2/h，節(jié)省勞動力，有效解決了人工潑灑漁藥工效較低且施藥過程中漁藥對施藥人員身體的危害等問題，具有安全、高效、施藥均勻、自動化程度高等優(yōu)點。

參考文獻：

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[4] 張林華，吳秋平，高小忠，等.船用型魚塘藥液均勻噴灑裝置[P].中國專利：CN201404876，2010-02-17.

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[6] 何金伊，楊福增，徐秀棟.山地履帶式遙控微耕機控制系統(tǒng)設計[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車，2011，38（2）：19-22.