一種基于植株特征的風(fēng)送式柔性噴霧裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種噴霧裝置，尤其是涉及一種基于植株特征的風(fēng)送式柔性噴霧裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國的噴霧施藥技術(shù)還比較落后，致使農(nóng)藥的利用效率較低，大部分的農(nóng)藥流失在周圍環(huán)境中，造成了農(nóng)藥的浪費以及環(huán)境的污染。提高植保機械技術(shù)水平，進行高效、低污染施藥技術(shù)的研宄是一項迫切的任務(wù)。精密變量噴霧作為一種先進的農(nóng)業(yè)施藥技術(shù)，能夠根據(jù)農(nóng)作物目標有無及特征的變化，選擇性地噴霧施藥，在農(nóng)業(yè)中已逐步得到推廣。如能控制噴霧機噴嘴組根據(jù)植株的特征信息自動調(diào)整噴霧的上下位置，使其在理想的噴霧高度噴施，則可以提高農(nóng)藥的利用效率、減少農(nóng)藥的浪費、減輕環(huán)境的污染，同時有助于提高農(nóng)業(yè)的自動化水平以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于設(shè)計了一種依據(jù)植株特征的，能提高農(nóng)藥利用效率、減少農(nóng)藥的浪費、減輕環(huán)境污染的風(fēng)送式柔性噴霧裝置及其控制方法。
[0004]本發(fā)明的裝置的技術(shù)方案為:
[0005]一種基于植株特征的風(fēng)送式柔性噴霧裝置，包括五指噴頭自動跟蹤機構(gòu)、測量與控制系統(tǒng)；所述五指噴頭自動跟蹤機構(gòu)包括五指噴頭、支架、固定橫桿、風(fēng)道軟管、步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌、管道夾件；兩根豎直支架與兩根固定橫桿通過螺栓螺母緊密連接，共有四個連接點，每根固定橫桿通過螺栓水平固定在噴霧機上；多個所述的風(fēng)道軟管分別與多組五指噴頭一對一相連通，并且將其通過管道卡件固定在步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌的滑塊上，管道卡件與滑塊通過螺栓加以固定；多組五指噴頭、風(fēng)道軟管以及步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌的組合分成左右兩排，分別固定在兩邊的支架上；所述測量與控制系統(tǒng)包括激光傳感器、嵌入式控制單元、觸摸屏、信息采集模塊、速度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、噴霧控制模塊、直流步進電機驅(qū)動模塊、直流步進電機Al?A8、多路PWM電磁閥驅(qū)動模塊、電磁閥；所述激光傳感器、觸摸屏、信息采集模塊以及噴霧控制模塊都與嵌入式控制單元相連，所述信息采集模塊分別和速度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器相連，所述的直流步進電機驅(qū)動模塊以及多路PWM電磁閥驅(qū)動模塊包含在噴霧控制模塊內(nèi)，所述直流步進電機驅(qū)動模塊同直流步進電機Al?AS相連，所述多路PWM電磁閥驅(qū)動模塊和電磁閥相連。
[0006]進一步，所述步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌在控制系統(tǒng)的控制下實時調(diào)整五指噴頭與風(fēng)道軟管連接體的上下位置。
[0007]進一步，所述管道卡件將五指噴頭和風(fēng)道軟管的連接體沿五指噴頭的末端通過四個螺栓固定在步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌的滑塊上，使滑塊與五指噴頭具有一體性，滑塊與五指噴頭上下位置的調(diào)整具有同步性。
[0008]進一步，所述步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌通過四個螺栓豎直固定在在支架上，且滑塊卡在步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌的底座凹槽中，五指噴頭只能跟隨滑塊沿豎直方向進行上下位置的調(diào)整。
[0009]進一步，所述五指噴頭、風(fēng)道軟管、步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌均各為八個，通過組合均勻分成左右兩排，通過螺栓固定在兩邊的支架上。
[0010]本發(fā)明的方法技術(shù)方案為:一種基于植株特征的風(fēng)送式柔性噴霧裝置的控制方法，包括如下步驟:
[0011]步驟1，激光傳感器不斷對兩側(cè)空間進行掃描，獲取兩側(cè)植株距離數(shù)據(jù)信息，掃描后的數(shù)據(jù)傳輸給嵌入式控制單元；
[0012]步驟2，嵌入式控制單元對檢測到的數(shù)據(jù)進行處理，剔除無用數(shù)據(jù)信息，保留目標植株的距離信息，再據(jù)此信息結(jié)合噴施速度獲得目標植株的大小、形狀以及各個部分的枝葉密度信息，并且計算出噴霧延遲時間；
[0013]步驟3，在噴霧架到達目標植株位置之前，嵌入式控制單元根據(jù)目標植株特征信息對直流步進電機驅(qū)動模塊進行控制，進而控制直流步進電機，使得各組五指噴頭處于最佳的噴霧高度，在噴霧開始時實現(xiàn)精確對靶；
[0014]步驟4，延遲時間結(jié)束時，嵌入式控制單元根據(jù)目標植株的特征信息結(jié)合壓力傳感器、流量傳感器的反饋信息對多路PWM電磁閥驅(qū)動模塊進行控制，實現(xiàn)變量噴霧的目的。
[0015]進一步，所述步驟I中通過激光傳感器的檢測以及嵌入式控制單元的數(shù)據(jù)處理分析，獲取目標植株的特征信息，噴霧控制模塊根據(jù)植株的特征信息通過控制步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌的直流步進電機來控制五指噴頭的上下位置。
[0016]進一步，所述步驟1-4中嵌入式控制單元有以下判斷過程:
[0017]激光傳感器不斷對兩邊的植株進行掃描，若在植株行間檢測不到目標植株的存在，即所檢測的數(shù)據(jù)均為無用數(shù)據(jù)時，則不進行噴霧；
[0018]若激光傳感器檢測到的數(shù)據(jù)包含有用數(shù)據(jù)時，通過算法剔除無用數(shù)據(jù)，進而通過對有用數(shù)據(jù)處理獲得植株的特征信息，控制單元根據(jù)目標植株的特征信息控制各組五指噴頭進行上下位置調(diào)整并實施變量噴霧；
[0019]五指噴頭跟蹤目標過程中，當目標植株的上下枝葉密度相對均勻時，控制單元根據(jù)植株的大小、形狀信息對植株對應(yīng)側(cè)的四組五指噴頭進行上下位置調(diào)整，使得四組五指噴頭在能保證目標植株待噴霧區(qū)域全部覆蓋的情況下沿目標植株待噴霧區(qū)域豎直方向均勾分布；
[0020]當目標植株上下枝葉密度較不均勻時，控制單元根據(jù)目標植株枝葉密度分布特點控制目標植株相應(yīng)側(cè)的四組五指噴頭組合向植株枝葉密度較大處進行一定范圍的上下位置調(diào)整，同時遵循噴霧能夠覆蓋目標植株全部待噴霧區(qū)域的原則，合理調(diào)整目標植株側(cè)的4組五指噴頭的高度，達到既能對目標植株密度較大區(qū)域進行集中噴霧，又能使目標植株待噴霧區(qū)域全部被噴霧范圍覆蓋的目的。
[0021]本發(fā)明的有益效果是，一種基于植株特征的風(fēng)送式柔性噴霧裝置，由激光傳感器對目標植株進行檢測，嵌入式控制單元對檢測到的數(shù)據(jù)分析處理，得出目標植株的大小、形狀以及各部分的枝葉密度信息，然后對多組五指噴頭所處的上下位置進行調(diào)整，使其保持在最佳的噴霧位置，從而提高了噴霧施藥的精確度，極大地降低了施藥量，達到了增加植株冠層藥液沉積量、提高噴霧效率、保護生態(tài)環(huán)境的目的。通過對五指噴頭噴霧高度的調(diào)整，使得五指噴頭在最佳的噴霧位置進行噴霧，提高了噴霧過程中農(nóng)藥的利用效率，減少了農(nóng)藥的浪費，減輕了環(huán)境的污染。
【附圖說明】
[0022]圖1是一種基于植株特征的風(fēng)送式柔性噴霧裝置噴嘴自動跟蹤機構(gòu)正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是一種基于植株特征的風(fēng)送式柔性噴霧裝置噴嘴自動跟蹤機構(gòu)側(cè)面部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是一種基于植株特征的風(fēng)送式柔性噴霧裝置測量與控制系統(tǒng)原理圖。
[0025]其中:1_五指噴頭；2_支架；3_固定橫桿；4_風(fēng)道軟管；5_步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌；6_管道卡件；7_五指噴頭固定螺栓；8_滑臺導(dǎo)軌固定螺栓；9_支架固定螺栓；10_橫桿固定螺栓；11_支架固定螺母；12_激光傳感器；13_嵌入式控制單元；14_觸摸屏；15_信息采集模塊；16-速度傳感器；17-壓力傳感器；18-流量傳感器；19_噴霧控制模塊；20_直流步進電機驅(qū)動模塊；21_直流步進電機Al?A8 ;22_多路PWM電磁閥驅(qū)動模塊；23_電磁閥。
【具體實施方式】
[0026]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
[0027]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0028]如圖1所示，一種基于植株特征的風(fēng)送式柔性噴霧裝置噴嘴自動跟蹤機構(gòu)正面結(jié)構(gòu)示意圖，由五指噴頭1、支架2、固定橫桿3、風(fēng)道軟管4、步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌5、管道卡件6、五指噴頭固定螺栓7、滑臺導(dǎo)軌固定螺栓8、支架固定螺栓9、橫桿固定螺栓10等部分構(gòu)成。所述兩根支架與兩根固定橫桿通過支架固定螺栓9相連接，共有四個連接點，且每根固定橫桿通過兩個橫桿固定螺栓10水平固定在噴霧機上，保證兩根支架的豎直穩(wěn)定；8個所述的風(fēng)道軟管與8組五指噴頭相連接，并且將每個五指噴頭與風(fēng)道軟管的組合通過管道卡件以及4個五指噴頭固定螺栓7固定在步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌的滑塊上，控制系統(tǒng)通過控制步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌的直流步進電機，進而使得固定有五指噴頭的滑塊在直流步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌上進行上下位置的移動；8個步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌同樣是分成兩排，每排4個，分別用4個螺栓固定在兩側(cè)支架上，所以8個五指噴頭、風(fēng)道軟管以及步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌的組合被固定在支架上。通過以上的機構(gòu)對噴嘴噴霧高度進行調(diào)整，使得各噴嘴處于最佳的噴霧位置，進而執(zhí)行變量噴霧動作，通過這個過程可以減少農(nóng)藥的浪費、提高農(nóng)藥噴施的效率以及減輕環(huán)境的污染。
[0029]如圖2所示，一種基于植株特征的風(fēng)送式柔性噴霧裝置自動跟蹤機構(gòu)側(cè)面部分結(jié)構(gòu)示意圖，由五指噴頭1、支架2、固定橫桿3、步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌5、管道卡件6、五指噴頭固定螺栓7、滑臺導(dǎo)軌固定螺栓8、支架固定螺栓9以及支架固定螺母11等部分構(gòu)成。噴嘴自動跟蹤機構(gòu)部分結(jié)構(gòu)示意圖清楚地展示出了五指噴頭、步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌、支架、固定橫桿的位置結(jié)構(gòu)關(guān)系以及相互之間的連接方式。管道卡件與螺栓將五指噴頭固定在步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌上的滑塊上，使滑塊與五指噴頭具有一體性，則滑塊與五指噴頭上下位置的調(diào)整具有同步性。步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌同樣通過螺栓固定在支架的外側(cè)，即五指噴頭、風(fēng)道軟管以及步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌5的組合通過螺栓固定在支架外側(cè)。步進電機絲桿滑臺導(dǎo)軌通過4個螺栓豎直固定在在支架上，支架通過螺栓與螺母豎直固定在個固定橫桿上，且滑塊