一種基于風(fēng)速風(fēng)向儀的變量噴霧噴嘴自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種噴霧系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于風(fēng)速風(fēng)向儀的變量噴霧噴嘴自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國(guó)的噴霧施藥技術(shù)還比較落后，自動(dòng)化水平較低，致使農(nóng)藥的利用效率較低，造成了農(nóng)藥的浪費(fèi)以及環(huán)境的污染。精密變量噴霧作為一種先進(jìn)的農(nóng)業(yè)施藥技術(shù)，能夠根據(jù)農(nóng)作物目標(biāo)有無(wú)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。然而，在噴霧施藥過(guò)程中往往會(huì)受到環(huán)境風(fēng)速的影響，霧滴漂移嚴(yán)重。如能控制噴霧機(jī)噴嘴組根據(jù)環(huán)境風(fēng)速的變化自動(dòng)調(diào)整相對(duì)于目標(biāo)植株的前后噴霧角度，使噴嘴在對(duì)目標(biāo)植株進(jìn)行噴施時(shí)，做到精確對(duì)靶噴霧，則可以減輕霧滴漂移的影響、提高農(nóng)藥的利用效率、減少農(nóng)藥的浪費(fèi)、減輕環(huán)境的污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)了一種基于風(fēng)速風(fēng)向儀的，能提高農(nóng)藥利用效率、減少農(nóng)藥的浪費(fèi)、減輕環(huán)境污染的噴嘴自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)及其控制方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]一種基于風(fēng)速風(fēng)向儀的變量噴霧噴嘴自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，包括噴嘴自動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)、測(cè)量與控制系統(tǒng)；所述噴嘴自動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)包括五指噴頭、支架、固定橫桿、風(fēng)道軟管、蝸輪蝸桿減速電機(jī)、管道夾件、五指噴頭固定螺栓、輪軸、支架固定螺栓、橫桿固定螺栓、墊板、渦輪蝸桿減速電機(jī)固定螺栓組、支架固定螺母；所述兩根支架與兩根固定橫桿通過(guò)螺栓螺母固定在一起；8個(gè)所述的風(fēng)道軟管與8組五指噴頭相連接，所述五指噴頭通過(guò)管道卡件以及螺栓固定在蝸輪蝸桿減速電機(jī)的輪軸的外側(cè)；8個(gè)蝸輪蝸桿減速電機(jī)分成左右兩組，分別通過(guò)墊板以及蝸輪蝸桿減速電機(jī)固定螺栓組固定在左右兩個(gè)支架上，一邊四個(gè)；
[0006]所述測(cè)量與控制系統(tǒng)包括嵌入式計(jì)算機(jī)控制單元、觸摸屏、風(fēng)速風(fēng)向儀、3G通信組件、激光傳感器、速度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、蝸輪蝸桿減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、蝸輪蝸桿減速電機(jī)Al?A8、多路電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊、電磁閥；所述的觸摸屏、風(fēng)速風(fēng)向儀、激光傳感器、速度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、蝸輪蝸桿減速電機(jī)Al?AS、電磁閥都與嵌入式計(jì)算機(jī)控制單元相連接；所述的3G通信組件、蝸輪蝸桿減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及多路電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊包含在嵌入式計(jì)算機(jī)控制單元內(nèi)；所述嵌入式計(jì)算機(jī)控制單元用于處理檢測(cè)到的植株距離數(shù)據(jù)，獲取目標(biāo)植株特征信息，并對(duì)渦輪蝸桿減速電機(jī)Al?AS以及電磁閥進(jìn)行控制；風(fēng)速風(fēng)向儀用于檢測(cè)周圍環(huán)境的風(fēng)速以及風(fēng)向信息。
[0007]進(jìn)一步，所述的渦輪蝸桿減速電機(jī)用于調(diào)整固定在其輪軸上的五指噴頭與風(fēng)道軟管組合的前后噴霧角度。
[0008]進(jìn)一步，所述的蝸輪蝸桿減速電機(jī)的輪軸是一個(gè)長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，與渦輪蝸桿減速電機(jī)底座的連接件是圓柱體。
[0009]進(jìn)一步，所述蝸輪蝸桿減速電機(jī)的輪軸內(nèi)側(cè)到支架有一段間隙，蝸輪蝸桿減速電機(jī)的輪軸帶動(dòng)其外側(cè)的五指噴頭與風(fēng)道軟管的組合體進(jìn)行前后小角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，前后最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度為45°。
[0010]進(jìn)一步，所述蝸輪蝸桿減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與8個(gè)蝸輪蝸桿減速電機(jī)相連接，同時(shí)控制8個(gè)渦輪蝸桿減速電機(jī)同時(shí)工作。
[0011]本發(fā)明的方法的技術(shù)方案為:
[0012]一種基于風(fēng)速風(fēng)向儀的變量噴霧噴嘴自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟:
[0013]步驟1，采用風(fēng)速風(fēng)向儀實(shí)時(shí)對(duì)噴霧環(huán)境風(fēng)速以及風(fēng)向進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量的風(fēng)速以及風(fēng)向信息通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)傳輸給嵌入式計(jì)算機(jī)控制單元；
[0014]步驟2，與此同時(shí)，激光傳感器不斷對(duì)兩側(cè)植株進(jìn)行掃描，將掃描的數(shù)據(jù)傳輸給嵌入式計(jì)算機(jī)控制單元，嵌入式控制單元再結(jié)合噴霧速度獲得目標(biāo)植株的有無(wú)、大小、形狀以及枝葉密度信息，并且計(jì)算出噴霧延遲時(shí)間；
[0015]步驟3，嵌入式計(jì)算機(jī)控制單元根據(jù)目標(biāo)植株的特征信息結(jié)合風(fēng)速、風(fēng)向信息以及速度傳感器、壓力傳感器反饋的數(shù)據(jù)計(jì)算出五指噴霧需要前后調(diào)整的角度，然后驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿減速電機(jī)進(jìn)行前后噴霧角度的調(diào)整；
[0016]步驟4，延遲時(shí)間結(jié)束后，嵌入式計(jì)算機(jī)控制單元根據(jù)植株特征信息，同時(shí)結(jié)合壓力傳感器、流量傳感器反饋的信息控制多路電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)植株的變量噴霧。
[0017]進(jìn)一步，所述步驟I中，風(fēng)速風(fēng)向儀放置在噴霧區(qū)域周圍，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境風(fēng)速與風(fēng)向信息，通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸?shù)角度胧接?jì)算機(jī)控制單元，嵌入式計(jì)算機(jī)控制單元綜合風(fēng)速與風(fēng)向信息并結(jié)合其他傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算出固定有五指噴頭的輪軸需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。
[0018]進(jìn)一步，還包括步驟:激光傳感器不斷對(duì)兩側(cè)植株進(jìn)行檢測(cè)，在植株行間時(shí)，激光傳感器檢測(cè)不到植株的存在，此時(shí)不進(jìn)行噴霧，五指噴頭的前后噴霧角度不需要調(diào)整，風(fēng)速風(fēng)向儀實(shí)時(shí)測(cè)量風(fēng)速以及風(fēng)向信息，但此時(shí)嵌入式計(jì)算機(jī)控制單元對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)不進(jìn)行接收；當(dāng)激光傳感器檢測(cè)到目標(biāo)植株的存在，嵌入式計(jì)算機(jī)控制單元根據(jù)激光傳感器以及速度傳感器檢測(cè)的信息獲得目標(biāo)植株的大小、形狀以及枝葉密度信息，嵌入式計(jì)算機(jī)控制單元據(jù)此信息結(jié)合風(fēng)速、風(fēng)向信息以及壓力傳感器、速度傳感器反饋的信息對(duì)五指噴頭的前后噴霧角度進(jìn)行調(diào)整
[0019]本發(fā)明的有益效果是，一種基于風(fēng)速風(fēng)向儀的變量噴霧噴嘴自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)及其控制方法，控制單元綜合風(fēng)速風(fēng)向儀的實(shí)時(shí)檢測(cè)結(jié)果以及激光傳感器、壓力傳感器、速度傳感器檢測(cè)的信息，控制渦輪蝸桿減速電機(jī)進(jìn)行一定角度的旋轉(zhuǎn)，使五指噴頭在最佳的噴霧角度進(jìn)行農(nóng)藥的噴施，達(dá)到即使在風(fēng)速和風(fēng)向的影響下也能準(zhǔn)確對(duì)目標(biāo)植株進(jìn)行農(nóng)藥噴灑的目的，從而減輕了霧滴漂移的影響，提高了噴霧施藥的精確度，達(dá)到了減少農(nóng)藥使用量、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的，減輕了環(huán)境的污染。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是一種基于風(fēng)速風(fēng)向儀的變量噴霧噴嘴自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)噴嘴自動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是一種基于風(fēng)速風(fēng)向儀的變量噴霧噴嘴自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)噴嘴自動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)反面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是一種基于風(fēng)速風(fēng)向儀的變量噴霧噴嘴自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)噴嘴自動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)側(cè)面部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4是一種基于風(fēng)速風(fēng)向儀的變量噴霧噴嘴自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)測(cè)量與控制系統(tǒng)原理圖。
[0024]其中:1_五指噴頭；2_支架；3_固定橫桿；4_風(fēng)道軟管；5_渦輪蝸桿減速電機(jī)；6-管道卡件；7-五指噴頭固定螺栓；8_輪軸；9_支架固定螺栓；10_橫桿固定螺栓；11_墊板；12-渦輪蝸桿減速電機(jī)固定螺栓組；13-支架固定螺母；14-嵌入式計(jì)算機(jī)控制單元；15-觸摸屏；16_風(fēng)速風(fēng)向儀；17-3G通信組件；18-激光傳感器；19_速度傳感器；20_壓力傳感器；21_流量傳感器；22_渦輪桿減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；23_渦輪蝸桿減速電機(jī)Al?AS ;24-多路電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊；25_電磁閥。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合示意圖具體說(shuō)明所發(fā)明的一種基于風(fēng)速風(fēng)向儀的變量噴霧噴嘴自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的工作過(guò)程。
[0026]如圖1、圖2所示，一種基于風(fēng)速風(fēng)向儀的變量噴霧噴嘴自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)噴嘴自動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)正面與反面結(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、渦輪蝸桿減速電機(jī)5、管道卡件6、五指噴頭固定螺栓7、輪軸8、支架固定螺栓9、橫桿固定螺栓10、墊板
11、渦輪蝸桿減速電機(jī)固定螺栓組12、支架固定螺母13等部分構(gòu)成。所述兩根支架與兩根固定橫桿通過(guò)螺栓螺母結(jié)構(gòu)相連接，共有四個(gè)連接點(diǎn)，且每根固定橫桿通過(guò)兩個(gè)螺栓水平地固定在噴霧機(jī)上；8個(gè)所述的渦輪蝸桿減速電機(jī)分成兩排，每排4個(gè)，分別通過(guò)墊板以及6個(gè)螺栓的組合牢靠安裝在兩根支架上；8個(gè)所述的風(fēng)道軟管與8組五指噴頭相連接，并且每個(gè)五指噴頭與風(fēng)道軟管的組合通過(guò)管道卡件以及4個(gè)螺栓固定在渦輪蝸桿減速電機(jī)的輪軸外側(cè)上；控制系統(tǒng)控制蝸輪蝸桿減速電機(jī)的輪軸緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而調(diào)整安裝在其輪軸上的五指噴頭相對(duì)目標(biāo)植株的角度。通過(guò)以上的機(jī)構(gòu)對(duì)噴嘴相對(duì)目標(biāo)植株的角度進(jìn)行調(diào)整，使得各噴嘴處于最佳的噴霧角度進(jìn)行噴霧，通過(guò)這個(gè)過(guò)程可以減少農(nóng)藥的浪費(fèi)、減輕霧滴漂移的不良影響、提高農(nóng)藥噴施的效率以及減輕環(huán)境的污染。
[0027]如圖3所示，一種基于風(fēng)速風(fēng)向儀的變量噴霧噴嘴自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)噴嘴自動(dòng)跟蹤機(jī)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、渦輪蝸桿減速電機(jī)5、管道卡件6、五指噴頭固定螺栓7、輪軸8、支架固定螺栓9、墊板11、渦輪蝸桿減速電機(jī)固定螺栓組
12、支架固定螺母13等部分構(gòu)成。噴嘴自動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)部分結(jié)構(gòu)示意圖清楚地展示出了五指噴頭、蝸輪蝸桿減速電機(jī)及其輪軸、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。蝸輪蝸桿減速電機(jī)的輪軸是一個(gè)長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，與渦輪蝸桿減速電機(jī)底座的連接件是圓柱體，采用長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)方便五指噴頭與風(fēng)道軟管的連接體通過(guò)管道卡件以及螺栓牢靠固定在長(zhǎng)方體的外側(cè)。蝸輪蝸桿減速