漁藥自動(dòng)噴施機(jī)的設(shè)計(jì)

摘要：為解決人工潑灑漁藥工效較低且施藥過程中漁藥對(duì)施藥人員身體的危害等問題，設(shè)計(jì)了能自動(dòng)混藥的無線遙控漁藥噴施機(jī)。該噴施機(jī)由動(dòng)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(jī)機(jī)身質(zhì)量約為32 kg，并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了測試。結(jié)果表明，該漁藥噴施機(jī)平均行駛速度為0.8 m/s，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，最大噴施效率為28 800 m2/h，

關(guān)鍵詞：漁藥；噴施機(jī)；無線遙控；水產(chǎn)養(yǎng)殖

中圖分類號(hào)：S969.39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(dòng)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(gè)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(diǎn)：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(dòng)強(qiáng)度大和潑灑不均勻等問題，在使用毒性較大的漁藥時(shí)，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(jī)械是生產(chǎn)上迫切需要解決的問題。對(duì)此研制了一種無線遙控漁藥噴施機(jī)，該噴施機(jī)主要用于中小型魚塘

1 噴施機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理

該噴施機(jī)由動(dòng)力裝置、混藥裝置、噴施裝置、轉(zhuǎn)舵裝置、供電系統(tǒng)和無線遙控系統(tǒng)等組成，噴施機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。當(dāng)需要對(duì)魚塘進(jìn)行施藥時(shí)，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(dòng)啟動(dòng)動(dòng)力裝置，將噴施機(jī)放入池塘中，由安裝在船體上的動(dòng)力裝置帶動(dòng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)。池塘水經(jīng)位于船體底部的濾網(wǎng)過濾后，被吸入水泵進(jìn)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(qū)動(dòng)噴頭噴出，推動(dòng)船體前進(jìn)，無線遙控系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)舵裝置帶動(dòng)船舵在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)從而改變船體行進(jìn)方向；另一部分水通過三通分流進(jìn)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(dòng)力裝置

動(dòng)力裝置為小型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)或者直流電機(jī)，動(dòng)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(diào)節(jié)開關(guān)等組成，其結(jié)構(gòu)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(jìn)水口相連，藥液調(diào)節(jié)開關(guān)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(gè)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(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。4個(gè)噴藥噴頭呈扇形排列，噴施裝置進(jìn)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(zhuǎn)舵裝置

轉(zhuǎn)舵裝置由轉(zhuǎn)舵電機(jī)、大鏈輪、鏈條、小鏈輪和船舵等組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。轉(zhuǎn)舵電機(jī)為12 V直流電機(jī)，轉(zhuǎn)舵電機(jī)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(dòng)實(shí)現(xiàn)減速，轉(zhuǎn)舵裝置通過支架固定在船體的尾部，船舵與驅(qū)動(dòng)噴頭垂直安裝，偏置于驅(qū)動(dòng)噴頭一側(cè)，轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)

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(hào)實(shí)時(shí)控制油門舵機(jī)和轉(zhuǎn)向舵機(jī)的運(yùn)行，從而控制漁藥噴施機(jī)的前進(jìn)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(kuò)展，選用普通的大功率7鍵遙控器，需要7個(gè)通道才能完成不重復(fù)編碼，而編碼電路中的專用編碼芯片PT2262本身只有4個(gè)通道（D0-D3），故采用按鍵組合電路實(shí)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(hào)理論有效范圍可達(dá)800 m。其傳輸距離較遠(yuǎn)，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(shí)，電路還是持續(xù)發(fā)送低電平信號(hào)，會(huì)造成電源的浪費(fèi)，故采用高速開關(guān)二極管1N4148使得按鍵開關(guān)還可作為發(fā)射模塊的電源開關(guān)，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(jī)系統(tǒng)采用AT89S52對(duì)遙控信號(hào)進(jìn)行處理以及舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電路控制。AT89S52的P1.0-P1.3口作為數(shù)據(jù)輸入端，對(duì)應(yīng)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(duì)，單片機(jī)輸出相應(yīng)的控制信號(hào)到P0.0-P0.7和P2.2-P2.6口，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)舵機(jī)電路。

舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊封裝在舵機(jī)內(nèi)部，只需根據(jù)設(shè)計(jì)要求提供PWM控制信號(hào)即可，PWM信號(hào)的計(jì)數(shù)和輸出電路如圖5所示。

3 試驗(yàn)測定

樣機(jī)試驗(yàn)地點(diǎn)為武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院武湖基地的魚塘，魚塘為標(biāo)準(zhǔn)的長方形，長120 m，寬60 m，平均儲(chǔ)水深度為2.4 m。經(jīng)對(duì)樣機(jī)的實(shí)際測試，其技術(shù)參數(shù)如表2所示。

為了體現(xiàn)測試結(jié)果的客觀性，樣機(jī)的遙控性能采用多點(diǎn)測試，通過多次對(duì)噴施機(jī)進(jìn)行遙控控制看其是否響應(yīng)來評(píng)價(jià)。理論遙控距離為800 m，通過測試保證有效遙控距離達(dá)到400 m。

將樣機(jī)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(jī)行駛30 m所需的時(shí)間計(jì)算行駛速度，測量3次，計(jì)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(kuò)散，考慮到噴藥幅寬為4 m，采取間隔10 m進(jìn)行漁藥噴施作業(yè)，噴施工作效率通過對(duì)噴施機(jī)單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際覆蓋面積的計(jì)算得出，為28 800 m2/h。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，人工潑灑漁藥的效率約為4 000 m2/h，可以得出漁藥噴施機(jī)的效率約是人工的7.2倍。

混藥比測試則通過多次對(duì)噴施機(jī)配制的漁藥噴施液同實(shí)際需要的配制液對(duì)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(jì)算混藥比。將吸藥開關(guān)調(diào)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(shí)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(jì)算可得混藥比為1∶165.5。

4 小結(jié)

研制的無線遙控漁藥噴施機(jī)根據(jù)漁藥的噴施特性、魚塘對(duì)漁藥的要求和噴施特點(diǎn)，利用無線電遙控技術(shù)控制漁藥噴施機(jī)的運(yùn)行，通過自動(dòng)藥水混合精確配比進(jìn)行噴施作業(yè)。

1）樣機(jī)的質(zhì)量為32 kg，其平均行駛速度為0.8 m/s。該設(shè)備每小時(shí)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(jī)采用無線遙控技術(shù)，有效遙控距離可達(dá)400 m，發(fā)射功率較大，抗干擾和靈敏度強(qiáng)。

3）該噴施機(jī)操作簡單，可以遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)噴施機(jī)的自動(dòng)控制，根據(jù)魚塘的面積進(jìn)行漁藥配制，科學(xué)施藥，不會(huì)造成浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染。

該樣機(jī)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(dá)到28 800 m2/h，節(jié)省勞動(dòng)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(duì)施藥人員身體的危害等問題，具有安全、高效、施藥均勻、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。

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