自动变量喷药系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种自动变量喷药系统及其控制方法，包括行动小车以及安装在行动小车上的药箱和变频泵，所述药箱通过送药管道与变频泵的进口相连，变频泵的出口通过送药主管与N条送药支管相连，在每条送药支管的端头安装有喷头，所述变频泵输出的药液还通过回流管送回所述药箱中，该回流管上设置有第一流量阀，在回流管与送药支管之间的送药主管上还设置有流量传感器和压力传感器，在每条送药支管上设置有第二流量阀。其显著效果是：能够根据获取的农田害虫的小面积差异信息,采用变量施药技术按需喷药，对喷药量进行精准控制，不会造成农药的浪费，避免污染环境，且本系统喷药均匀、雾化效果好。
【专利说明】【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明涉及到精准农业【技术领域】，具体地说，是一种自动变量喷药系统及其控制 方法。 自动变量喷药系统及其控制方法 【背景技术】
[0002] 在我国，农业一直都是国民经济、国家自立和社会安定的根基，人们的切身利益和 社会的安定都时刻受到农业发展的影响。近年来，精准农业已成为国际农业领域的一个热 门话题。精准农业的定义为：在微观层次上按照田间每一操作单元的具体条件，精细准确地 调整土壤和作物的各项管理措施，最大限度地优化各项农业投入，在保护自然生态环境、保 护土地等自然资源的前提下，以获取最大经济、生态和环境效益。
[0003] 目前，国外在精准农业领域已经取得了一系列技术成果。然而，我国还没有实现精 准变量喷药的成型的机械，传统的喷雾作业方法是将一整片土地上的农作物看做病虫害程 度一致的对象来进行施药。对农作物实施统一的喷药，虽然可以防治害虫，但是容易造成农 药浪费，导致污染环境，不利于生态发展。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种自动变量喷药系统，该系统能够 根据获取的农田害虫的小面积差异信息，采用变量施药技术按需喷药，且喷药均匀、雾化 效果好。
[0005] 为达到上述目的，本发明表述一种自动变量喷药系统，包括行动小车以及安装在 行动小车上的药箱和变频泵，所述药箱通过送药管道与变频泵的进口相连，变频泵的出口 通过送药主管与N条送药支管相连，在每条送药支管的端头安装有喷头，其关键在于：所述 变频泵输出的药液还通过回流管送回所述药箱中，该回流管上设置有第一流量阀，在回流 管与送药支管之间的送药主管上还设置有流量传感器和压力传感器，在每条送药支管上设 置有第二流量阀，所述流量传感器与压力传感器分别与控制模块的信号输入端相连，该控 制模块的控制输出端分别用于控制所述变频泵、第一流量阀以及N个所述第二流量阀。
[0006] 控制模块计算出喷药系统所在地块的具体位置后，提取该地块位置对应处方图中 的喷药量等信息，再结合系统行进速度和喷药幅宽得出喷药流量值。系统运行时，控制模块 控制变频泵的驱动模块运行使变频泵达到一个固定的转速，控制模块调节第一流量阀的开 度从而使管道液压维持在系统要求范围内。控制模块根据实际喷药量与喷药处方量进行对 t匕，运算得出控制量并且把控制量传给第二流量阀驱动模块控制第二流量阀的打开和关闭 时间长短来控制喷头喷出的药量，实现自动变量喷药。回流管的作用是调节管道液压，回流 到药箱的药液还起到搅拌的作用。本系统能够根据获取的农田害虫的小面积差异信息，采 用变量施药技术按需喷药，对喷药量进行精准控制，不会造成农药的浪费，避免污染环境， 有利于农田的生态发展，且本系统喷药均匀、雾化效果好，可以更好地发挥农药的杀虫作 用。
[0007] 为了获取系统行进速度，以便于对喷药量进行控制，在所述行动小车上还设置有 速度传感器。
[0008] 为了提高控制精度，所述控制模块采用PLC控制器，该PLC控制器分别设置有输入 模块与输出模块，所述输入模块用于接收所述速度传感器、流量传感器以及压力传感器所 采集的信号，所述输出模块用于控制所述变频泵、第一流量阀以及N个所述第二流量阀。
[0009] 为了便于对送药管道的流量进行控制，所述第一流量阀为电动阀，该电动阀上连 接有电动阀驱动模块，所述第二流量阀为电磁阀，该电磁阀上连接有电磁阀驱动模块，所述 变频泵上连接有变频泵驱动模块。
[〇〇1〇]为了增加系统的有效幅宽，减少喷药的工作量，所述送药支管的条数为4-10条， 且在所述送药主管的端头并排设置。
[〇〇11] 结合上述喷药装置的结构，本发明提出一种自动变量喷药系统的控制方法，具体 方案如下：
[0012] 步骤1 :参数设置，设置单位面积的处方量q，喷药系统的有效幅宽d，喷药管道压 力的期望值PQ;
[0013] 步骤2 :获取系统瞬时行走速度v，控制模块（9)按照％ = qXvXd计算出瞬时喷 药量的期望值Qo; 12345
【权利要求】
1. 一种自动变量喷药系统，包括行动小车（1)以及安装在行动小车（1)上的药箱（2) 和变频泵（3)，所述药箱（2)通过送药管道与变频泵（3)的进口相连，变频泵（3)的出口通 过送药主管与N条送药支管相连，在每条送药支管的端头安装有喷头（8)，其特征在于：所 述变频泵（3)输出的药液还通过回流管（2a)送回所述药箱（2)中，该回流管（2a)上设置 有第一流量阀（4)，在回流管（2a)与送药支管之间的送药主管上还设置有流量传感器（5) 和压力传感器（6)，在每条送药支管上设置有第二流量阀（7)，所述流量传感器（5)与压力 传感器（6)分别与控制模块（9)的信号输入端相连，该控制模块（9)的控制输出端分别用 于控制所述变频泵（3)、第一流量阀（4)以及N个所述第二流量阀（7)。
2. 根据权利要求1所述的自动变量喷药系统，其特征在于：在所述行动小车（1)上还 设置有速度传感器（la)。
3. 根据权利要求2所述的自动变量喷药系统，其特征在于：所述控制模块（9)采用PLC 控制器，该PLC控制器分别设置有输入模块（9a)与输出模块（9b)，所述输入模块（9a)用于 接收所述速度传感器（la)、流量传感器（5)以及压力传感器（6)所采集的信号，所述输出模 块（9b)用于控制所述变频泵（3)、第一流量阀（4)以及N个所述第二流量阀（7)。
4. 根据权利要求1所述的自动变量喷药系统，其特征在于：所述第一流量阀（4)为电 动阀，该电动阀上连接有电动阀驱动模块（41)，所述第二流量阀（7)为电磁阀，该电磁阀上 连接有电磁阀驱动模块（71)，所述变频泵（3)上连接有变频泵驱动模块（31)。
5. 根据权利要求1所述的自动变量喷药系统，其特征在于：所述送药支管的条数为 4-10条，且在所述送药主管的端头并排设置。
6. -种如权利要求1-5所述的自动变量喷药系统的控制方法，其特征在于按照以下步 骤进行： 步骤1 :参数设置，设置某地块单位面积的处方量q，喷药系统的有效幅宽d，喷药管道 压力的期望值P。； 步骤2 :获取系统瞬时行走速度V，控制模块（9)按照％ = qXvXd计算出瞬时喷药量 的期望值Q。； 步骤3 :获取系统的实际流量值Q与实际压力值P，根据模糊PID控制算法，控制模块 (9)按照ei = QfQ与eq = 计算得出流量的误差ei与误差变化率eCl，控制模块（9) 按照e2 = Ρ(ΤΡ与ec2 = 计算得出压力的误差e2与误差变化率ec2 ; 步骤4 :将步骤3所得的流量的误差ei与误差变化率eCl进行模糊化处理，得到适于模 糊运算的流量的模糊量误差Ei与模糊量误差变化率EQ，将压力的误差e2与误差变化率ec2 进行模糊化处理，得到压力的模糊量误差E2与模糊量误差变化率EC2 ; 步骤5 :确立模糊控制规则表，并根据模糊控制规则表对流量的模糊量误差Ei与模糊 量误差变化率EQ进行模糊推理，查表得到流量调整参数的增量ΛΚΡ1、ΛΚη、ΛΚΜ，根据模 糊控制规则表对压力的模糊量误差Ε 2与模糊量误差变化率EC2进行模糊推理，查表得到压 力调整参数的增量ΛΚΡ2、ΛΚ Ι2、AKD2 ; 步骤6 :对步骤5所得结果分别进行逆模糊化处理，得到流量调整参数KP1、Kn、KD1，以及 压力调整参数KP2、KI2、KD2 ; 步骤7 :控制模块（9)将步骤3所获得的流量的误差ei与误差变化率eCl和步骤6所 得的流量调整参数KP1、Kn、KD1 采用 PID控制法，按照Ul(t) =0. 5ei+0. 7KPiei+6 / eidt+0. 1& 而/ ejt+0. ΟδΙ^θΑ+Ο. Oleq进行线性组合构成控制量ujt),然后传输至电磁阀驱动模块 (71)对第二流量阀（7)进行控制，调节实际输出的流量；控制模块（9)将步骤3所得压力 的误差e 2与误差变化率ec2和步骤6所得的压力调整参数KP2、KI2、K D2采用PID控制算法， 按照 u2(t) = 0· 45e2+0. 6KP2e2+4. 5 / e2dt+0. 15KI2e2 / e2dt+0. 15KD2ec2+0. 02ec2 进行线性 组合构成控制量u2(t)，然后传输至电动阀驱动模块（41)对第一流量阀（4)进行控制，调节 喷药管道中的压力； 步骤8 :返回步骤2循环控制，直至喷药完成。
7.根据权利要求6所述的自动变量喷药系统的控制方法，其特征在于：所述步骤2中 系统瞬时行走速度v通过速度传感器（la)获取，步骤3中所述系统的实际流量值Q与实际 压力值P分别通过流量传感器（5)与压力传感器（6)获取。
【文档编号】A01M7/00GK104082267SQ201410321827
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】宋乐鹏, 张海燕, 梁宝运, 张跃辉 申请人:重庆科技学院