本實(shí)用新型涉及一種土壤連作障礙處理機(jī)。

背景技術(shù)：

物理農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)部近幾年大力倡導(dǎo)的可有效減少農(nóng)藥和化肥使用量的植物病蟲害防治方法。它是物理技術(shù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有機(jī)結(jié)合，具有生物效應(yīng)的電、磁、聲、光、熱、核等物理因子操控動(dòng)植物的生長發(fā)育及其生活環(huán)境，最大限度地提高產(chǎn)量和杜絕使用農(nóng)藥和其他有害于人類的化學(xué)品。

土壤連作障礙處理機(jī)是物理農(nóng)業(yè)的重要形式之一。當(dāng)在同一塊土地連續(xù)種植同一作物時(shí)，土壤質(zhì)量會(huì)嚴(yán)重惡化，產(chǎn)生產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣、生育狀況會(huì)變差，并為病蟲害的發(fā)生提供了有利條件，稱為連作障礙。我國耕地面積少，為了提高土地利用率，土壤連作很常見，特別是溫室大棚中，幾乎一年四季都在種植，土壤幾乎沒有休息調(diào)整的時(shí)間。

傳統(tǒng)的消除連作障礙的方法主要是在土壤中撒殺蟲藥物，雖然一定程度上可以殺死病蟲害，但藥物殘留嚴(yán)重，而且會(huì)因?yàn)椴∠x害的耐藥性而逐漸失效。

土壤連作障礙處理機(jī)是利用給土壤加電的方法來解決連作障礙。土壤連作障礙電處理技術(shù)，主要用于解決土壤連作所帶來的有害微生物濃度過高、土傳病害猖獗、游離態(tài)營養(yǎng)元素匱乏、土壤PH值有較大改變等問題。該技術(shù)可使土壤分散性降低，膨脹性減弱，團(tuán)聚體增加，結(jié)構(gòu)疏松，空隙增大，滲透性提高和保水能力提高，促進(jìn)和提高日光溫室大棚蔬菜、瓜果的產(chǎn)量和品質(zhì)，解決了由于連作障礙造成的減產(chǎn)甚至絕收的難題。土壤連作障礙處理設(shè)備采用電物理而非添加化學(xué)試劑的方式為土壤進(jìn)行殺蟲、殺菌，使得同一土壤可以不間隔地連續(xù)種植同一作物。

土壤連作障礙處理機(jī)電源是土壤連作障礙電處理設(shè)備的核心設(shè)備，它將220V交流工頻電壓變換成幅度、頻率和脈寬均可調(diào)的脈沖電壓。脈沖電壓作用于土壤時(shí)，可以將根結(jié)線蟲等病蟲害殺死，同時(shí)還可以殺死細(xì)菌和微生物。利用土壤連作障礙處理機(jī)對土壤進(jìn)行電消毒處理，可以消除病蟲害、細(xì)菌和微生物對作物的危害，同時(shí)避免農(nóng)藥殘留，達(dá)到綠色環(huán)保的要求。

但是，土壤中除了根結(jié)線蟲等害蟲以外，還存在蚯蚓等對作物有益的動(dòng)物，在殺死害蟲的同時(shí)不能將這些有益的動(dòng)物同時(shí)殺死。另外，土壤中適量的細(xì)菌和微生物也是作物生長所必須的，微生物也不能全部殺死。傳統(tǒng)的脈沖電源難以選擇性地進(jìn)行殺蟲和滅菌。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種土壤連作障礙處理機(jī)，用以解決傳統(tǒng)的脈沖電源無法實(shí)現(xiàn)選擇性地進(jìn)行殺蟲和滅菌的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的方案包括：一種土壤連作障礙處理機(jī)，包括AC/DC整流模塊、脈沖電壓生成模塊和控制模塊，所述AC/DC整流模塊的直流輸出端輸出連接所述脈沖電壓生成模塊的輸入端，所述脈沖電壓生成模塊的輸出端用于輸出生成的脈沖電壓；

所述脈沖電壓生成模塊包括第一開關(guān)管和第二開關(guān)管，所述第一開關(guān)管的陽極連接所述AC/DC整流模塊的正極直流端，所述第二開關(guān)管的陰極接地，所述第一開關(guān)管的陰極與第二開關(guān)管的陽極連接，連接點(diǎn)為所述脈沖電壓生成模塊的輸出端；

所述控制模塊包括控制信號產(chǎn)生單元和控制信號處理單元，所述控制信號產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生一路脈沖控制信號，所述控制信號處理單元包括反相器，所述控制信號產(chǎn)生單元輸出連接所述反相器的輸入端，所述反相器用于將所述一路脈沖控制信號變換為兩路互補(bǔ)的脈沖控制信號，所述反相器的輸出端對應(yīng)控制連接所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的控制端。

所述控制信號處理單元還包括隔離芯片，所述反相器的輸出端通過所述隔離芯片控制連接所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的控制端。

所述控制信號產(chǎn)生單元為控制芯片或者由555定時(shí)器構(gòu)成的脈沖控制信號產(chǎn)生電路。

所述AC/DC整流模塊包括依次連接的不可控整流單元、濾波單元和DC/DC單元。

所述DC/DC單元包括依次連接的逆變電路、變壓器和整流電路。

交流電通過AC/DC整流模塊之后能夠生成相應(yīng)電壓等級的直流電，脈沖電壓生成模塊將輸入的直流電進(jìn)行處理，處理之后生成脈沖電壓。并且，通過控制脈沖電壓生成模塊中的第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的交替導(dǎo)通的頻率以及兩個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間所占的比重，能夠輸出相應(yīng)脈沖頻率和脈沖寬度的脈沖電壓。所以，通過對整流后的直流電的幅值進(jìn)行控制能夠?qū)γ}沖電壓的電壓幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且通過調(diào)整兩個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間可以調(diào)節(jié)脈沖電壓的脈沖頻率和脈沖寬度，因此，本實(shí)用新型提供的脈沖電壓輸出裝置能夠輸出電壓幅度、脈沖頻率和脈沖寬度均可調(diào)的脈沖電壓，可根據(jù)不同蟲類、病毒和細(xì)菌的特點(diǎn)，調(diào)整輸出電壓形式，將有害病蟲害和病菌消除，同時(shí)保留有益的動(dòng)物和必要的細(xì)菌和微生物。

而且，該處理機(jī)中的脈沖產(chǎn)生部分只由兩個(gè)開關(guān)管構(gòu)成，并不涉及到其他的設(shè)備，比如：變壓器等，所以，該處理機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，投入成本低，相應(yīng)地，運(yùn)行可靠性較高；并且，由于變壓器中的電壓脈沖頻率與其體積成反比，所以，在所需電壓脈沖頻率較低時(shí)，就需要體積很大的變壓器來支持，這是不可能實(shí)現(xiàn)的，由于本實(shí)用新型的處理機(jī)中的脈沖產(chǎn)生部分沒有設(shè)置變壓器，所以，該脈沖產(chǎn)生部分產(chǎn)生的脈沖頻率不受限制，可以根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行控制輸出。

附圖說明

圖1是土壤連作障礙處理機(jī)脈沖電壓輸出裝置的整體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是AC/DC整流模塊的整體結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是整流濾波電路圖；

圖4是DC/DC變換器的電路圖；

圖5是控制驅(qū)動(dòng)電路圖；

圖6是脈沖電壓生成模塊和控制信號處理單元的電路圖；

圖7是控制信號產(chǎn)生單元的第一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是控制信號產(chǎn)生單元的第二個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

土壤連作障礙處理機(jī)能夠解決連作障礙的關(guān)鍵因素在于能夠輸出所需的脈沖電壓，因此，土壤連作障礙處理機(jī)的關(guān)鍵部分在于脈沖電壓輸出，以下對土壤連作障礙處理機(jī)中的脈沖電壓輸出裝置進(jìn)行具體說明，由于土壤連作障礙處理機(jī)的其他部分不是本實(shí)用新型的發(fā)明點(diǎn)，本實(shí)施例就不再具體說明。

脈沖電壓輸出裝置的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括AC/DC整流模塊、脈沖電壓生成模塊和控制模塊三部分，其中，AC/DC整流模塊用于將交流220V轉(zhuǎn)化為所需的直流電壓(如100V)；脈沖電壓生成模塊將直流電壓轉(zhuǎn)化成脈沖電壓，為土壤連作障礙處理提供脈沖供電電源；控制模塊對脈沖電壓的生成進(jìn)行控制，可以根據(jù)需要調(diào)整電壓幅度、脈沖頻率和脈沖寬度。控制模塊可以整體是一個(gè)控制器，通過執(zhí)行內(nèi)部設(shè)置的軟件程序來輸出相應(yīng)的控制信號；當(dāng)然，控制模塊還可以是由若干個(gè)控制電路構(gòu)成，各控制電路對應(yīng)控制各個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)地控制功能。在本實(shí)施例中，控制模塊由若干個(gè)控制電路構(gòu)成。

AC/DC整流模塊用于將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為特定幅度的恒定直流電壓。因此，如圖2所示，該AC/DC整流模塊包括輸入整流濾波部分和主變換器部分，其中，輸入整流濾波部分包括不可控整流單元和濾波單元，主變換器部分為DC/DC變換器。不可控整流單元、濾波單元和DC/DC變換器依次連接。因此，首先通過整流濾波電路將交流電壓整流成直流電壓。這一路直流電壓大約300V左右，而且不可調(diào)，不穩(wěn)定。要想得到土壤連作障礙處理所需的電壓幅度，后一級還需要DC/DC變換器，將不穩(wěn)定的300V左右的直流電壓變換成我們所需要的幅度，并且在負(fù)載和電壓變化時(shí)能保持穩(wěn)定輸出。由于實(shí)際應(yīng)用功率較大，DC/DC變換器可以采用半橋或者全橋結(jié)構(gòu)，控制模塊中的控制驅(qū)動(dòng)部分控制連接該DC/DC變換器中的開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)直流輸出電壓的幅值控制。另外，控制驅(qū)動(dòng)部分取樣輸出電壓，并將其與基準(zhǔn)進(jìn)行比較，通過閉環(huán)控制達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。取樣電壓由兩個(gè)電阻構(gòu)成，調(diào)整取樣電阻或者基準(zhǔn)電壓可以按比例調(diào)整輸出電壓大小。本實(shí)施例給出一種整流濾波的具體電路，如圖3所示；給出一種DC/DC變換器的具體電路，如圖4所示，該DC/DC變換器包括依次連接的逆變電路、變壓器和整流電路；圖5是圖2中的控制驅(qū)動(dòng)部分的電路圖。

由于整個(gè)AC/DC整流模塊的結(jié)構(gòu)，以及內(nèi)部組成部分：不可控整流單元、濾波單元和DC/DC變換器均屬于常規(guī)技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)中已有了廣泛的應(yīng)用，并且，本實(shí)用新型的主要發(fā)明點(diǎn)在于脈沖電壓生成模塊的結(jié)構(gòu)，所以，本實(shí)用新型并不局限于上述三個(gè)具體的電路。

該AC/DC整流模塊的直流電輸出端輸出連接脈沖電壓生成模塊的輸入端，脈沖電壓生成模塊用于將輸入的直流電變換成方波脈沖電壓。

該脈沖電壓生成模塊包括兩個(gè)開關(guān)管，開關(guān)管為現(xiàn)有的電控型開關(guān)器件，比如：全控型開關(guān)器件，本實(shí)施例中，這兩個(gè)開關(guān)管為MOS管Q1和Q2，MOS管Q1的陽極連接AC/DC整流模塊的正極直流端(Vi)，MOS管Q2的陰極接GND地，MOS管Q1的陰極與MOS管Q2的陽極連接，連接點(diǎn)為該脈沖電壓生成模塊的輸出端(Vo)，輸出脈沖電壓，如圖6所示。

本實(shí)施例中，控制模塊還包括控制信號產(chǎn)生單元和控制信號處理單元，其中，控制信號產(chǎn)生單元的作用是產(chǎn)生一路脈沖控制信號，控制信號處理單元的作用是對該路脈沖控制信號進(jìn)行一定的處理。

控制信號處理單元控制連接MOS管Q1和Q2的控制端，根據(jù)輸出相應(yīng)的脈沖控制信號來控制MOS管Q1和Q2交替導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)輸出脈沖電壓的作用。正極直流電壓從圖6中的Vi輸入，從Vo處輸出。MOS管Q1和Q2輪流互補(bǔ)導(dǎo)通和關(guān)斷。當(dāng)Q1導(dǎo)通，Q2截止時(shí)，Vo處電壓等于Vi；當(dāng)Q2導(dǎo)通，Q1截止時(shí)，Vo處電壓等于0。這樣就將直流輸入電壓Vi變?yōu)榉讲}沖電壓Vo。

在本實(shí)施例中，如圖6所示，控制信號處理單元包括一個(gè)反相器，具體地，該反相器的型號為74HC14?？刂菩盘柈a(chǎn)生單元輸出連接該反相器的輸入端，控制信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生的脈沖控制信號Vp輸入給該反相器，將該路脈沖控制信號Vp變換為兩路互補(bǔ)的脈沖控制信號，這兩路互補(bǔ)的脈沖控制信號送到隔離芯片Si8235。隔離芯片Si8235實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)的兩路脈沖控制信號之間的隔離，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)兩路脈沖控制信號的電平轉(zhuǎn)換，其脈沖控制信號的輸入電壓幅度為5V，而輸出電壓幅度由輸出端供電電源決定，一般可設(shè)為12V。從隔離芯片Si8235輸出的兩路脈沖控制信號分別用于驅(qū)動(dòng)MOS管Q1和Q2。另外，進(jìn)一步地，由于驅(qū)動(dòng)Q1的脈沖信號參考點(diǎn)在Vo處，因此其對應(yīng)的供電電壓需要與Q2端驅(qū)動(dòng)脈沖信號的供電電壓隔離，使用隔離電源芯片B1212S即可實(shí)現(xiàn)。

控制信號產(chǎn)生單元能夠產(chǎn)生脈沖控制信號，其可以為控制芯片，比如單片機(jī)，也可以由555定時(shí)芯片及其外圍電路構(gòu)成。

采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電路方案如圖7所示，對單片機(jī)MCU進(jìn)行編程控制，使得其可以輸出幅值為5V的方波Vp。該MCU還能夠產(chǎn)生圖2中的基準(zhǔn)電壓。而且，該MCU還有輸入控制接口，分別為頻率輸入、脈寬輸入和幅度輸入，通過這些輸入接口我們可以調(diào)節(jié)脈沖控制信號的頻率、脈寬以及基準(zhǔn)電壓的電壓數(shù)值。

采用555控制芯片的電路方案如圖8所示。此電路采用555定時(shí)器這種數(shù)字-模擬混合集成電路，其中R1、R2為電位器，OUT端能夠輸出脈沖控制信號。通過調(diào)節(jié)電位器R1可以改變脈沖控制信號的頻率；調(diào)節(jié)電位器R2可以改變脈沖控制信號的脈沖寬度，最終實(shí)現(xiàn)脈沖控制信號的頻率和寬度調(diào)節(jié)。

因此，該控制模塊能夠調(diào)整脈沖電壓的幅度、頻率和脈寬，以滿足不同土壤連作障礙處理的要求。

上述實(shí)施例中，反相器輸出的兩路脈沖控制信號通過隔離芯片的隔離之后控制MOS管Q1和Q2，這只是一種優(yōu)化的實(shí)施方式，作為其他的實(shí)施例，反相器輸出的兩路脈沖控制信號可不經(jīng)隔離芯片，而是直接用于控制MOS管Q1和Q2。

上述實(shí)施例中，AC/DC整流模塊包括依次連接的不可控整流單元、濾波單元和DC/DC單元，作為其他的實(shí)施例，AC/DC整流模塊中的整流部分還可以為由可控開關(guān)器件構(gòu)成的整流電路，這樣的話，就無需后續(xù)的DC/DC單元，只包括整流電路和濾波電路。其中，濾波電路也為進(jìn)一步的實(shí)施方式。

以上給出了具體的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型不局限于所描述的實(shí)施方式。本實(shí)用新型的基本思路在于上述基本方案，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本實(shí)用新型的教導(dǎo)，設(shè)計(jì)出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)。在不脫離本實(shí)用新型的原理和精神的情況下對實(shí)施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變型仍落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。