一种农业智能喷洒系统的制作方法

本实用新型涉及一种农业用喷洒系统和喷洒方法领域，尤其涉及一种农业智能喷洒系统。

背景技术：

我国是一个农业大国，几千年来传统的漫灌方式沿袭至今。传统的漫灌方式虽然在一定程度上为农户提供了便利，但这种灌溉方法存在如下缺点：

1、全靠人工灌溉，占用大量的劳动力，成本较高；

2、不能准确定量的对大田进行喷洒，浪费水资源，不符合当今精细农业的要求。

3、传统的漫灌方式很难使土壤湿度持续保持在适合作物生长的最佳范围内，影响种子品质和发芽率。现有的喷洒系统有效的解决了以上弊端。现有技术中提供的喷洒设备种类众多，但都需要人工手动操作，操作复杂，存在占用大量的人力和时间，喷洒不均匀等缺点。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种使用方便、使用效果好的农业智能喷洒系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：一种农业智能喷洒系统，包括智能模块、水源箱、车体、驱动车体行进的驱动部以及设置于车体上的水箱、喷洒部和避障部；

智能模块包括客户端、湿度传感器、无线传输单元、处理单元，湿度传感器设置于土壤中，湿度传感器检测土壤的湿度信息，并将检测到的湿度信息通过无线传输单元传输到处理单元；

处理单元通过无线传输单元将信息传输到客户端；

避障部包括四个漫反射传感器，4个漫反射传感器分别位于车体的左右两侧和前后部；漫反射传感器将检测到的信息传输到处理单元，处理单元输出信号控制驱动部的工作；

水源箱上设有出水口，出水口上设有机械开关；

喷洒部包括水泵、立杆和滑动设置于立杆上的喷水管，喷水管上连通有喷头；喷水管连接水泵的出口，水泵的进口连接水箱；水箱上设置有水位传感器和进水口，进水口配合出水口设置；水位传感器将检测到的水位信息传输到处理单元，处理单元输出信号控制水泵的工作。喷头上连通有流量阀，处理单元输出信号到流量阀控制从喷头喷出的水量。驱动部包括驱动电机和与驱动电机的输出轴连接的传动轴，传动轴带动车体移动；传动轴上啮合有齿轮，齿轮上传动连接有速度调整电机，处理单元输出信号控制驱动电机和速度调整电机的工作。机械开关包括碰撞杆、滑动杆以及出水筒，出水筒与水源箱连接；出水口设置于出水筒底面上；碰撞杆顶端配合出水筒外顶面设置有弧形凸起，弧形凸起的底面呈弧形；碰撞杆顶端与滑动杆转动连接，碰撞杆底端位于出水筒的下方；滑动杆滑动设置于出水筒中；滑动杆底端配合出水口设置有塞子；滑动杆上套设有复位弹簧，复位弹簧顶端与出水筒内顶面贴合。立杆上滑动设置有平衡杆，平衡杆水平设置，喷水管设置于平衡杆上。

平衡杆上连接有调节部，调节部包括铰接的水平杆和倾斜杆，水平杆与车体滑动连接，平衡杆设置于倾斜杆的顶端。还包括配合车体设置的行走轨道，车体在行走轨道上移动。

通过以上技术方案，本实用新型的有益效果为：1、本实用新型所述的系统结构简单，实现了农作物喷洒过程的自动控制，机械化程度高，同时可以通过客户端实现喷洒过程的监控，实现方便，使用效果好。2、喷头上连通有流量阀，易于对喷头喷出的水量进行控制。3、设置的机械开关结构简单，可以实现水箱的自动加水过程，设计巧妙，各个部件使用寿命长。4、立杆上滑动设置有平衡杆，设置的平衡杆可以降低因车体移动过程中的抖动对喷洒出的水的影响。5、平衡杆上连接有调节部，通过调节部实现平衡杆的高度的调整，进而实现喷洒高度的调整。6、车体在行走轨道上移动，从而便于车体行走过程的控制。7、本实用新型所述的方法实现了农业喷洒过程的自动化，同时通过耦合喷洒量和车体行走速度之间的关系，可以对喷洒量进行控制，进而使得农作物获得最佳的喷洒量，提高喷洒效果。8、处理单元将土壤湿度信息传输到客户端；客户端输出信号到处理单元控制车体和水泵的工作，便于客户端对喷洒过程的远程监控。9、在步骤1）、2）、3）中，需要判断水箱中是否需要加水，当需要加水时，驱动部带动车体移动到水源箱处，水源箱中的水从出水口进入到水箱中，从而避免喷洒过程中水箱中的水量不足的现象发生。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为图1俯视图

图3为机械开关结构示意图；

图4为本实用新型原理框图。

具体实施方式

一种农业智能喷洒系统，如图1、图2和图4所示，包括智能模块和水源箱1。

智能模块包括客户端、湿度传感器、无线传输单元和处理单元。

湿度传感器设置于土壤中，湿度传感器检测土壤的湿度信息，并将检测到的湿度信息通过无线传输单元传输到处理单元。

客户端为手机客户端或电脑客户端，处理单元通过无线传输单元与客户端实现数据的传输，从而使用者可以通过客户端远程接收系统的工作情况，也可以通过客户端对系统发出控制信号。

无线传输单元包括无线接收单元和无线发射单元，客户端、湿度传感器、无线接收单元、无线发射单元和处理单元均为成熟的现有技术。

其中，处理单元包括单片机、继电器驱动电路和电机正反转芯片，继电器驱动电路为成熟的现有技术，电机正反转芯片为市售产品；单片机输出信号到继电器驱动电路，控制继电器的工作；单片机输出信号到电机正反转芯片，实现电机的正反转。

水源箱1用于存储水，在水源箱1上设置有机械开关5，机械开关5用于控制水是否从水源箱1中出来。其中，机械开关5如图3所示，包括出水筒52，出水筒52与水源箱1连通。在出水筒52中滑动设置有滑动杆53，在滑动杆53的末端设置有塞子54，出水筒52上设置有出水口，塞子54配合出水口设置，水源箱中的水可以通过出水口从水源箱中出来，将塞子54塞入出水口中可以防止水从水源箱中出来。

在滑动杆53的上部设置有复位槽，复位槽中套设有复位弹簧55，复位弹簧55顶端与出水筒内顶面贴合。在外力作用下滑动杆53向上滑动，复位弹簧55被压缩，塞子离开出水口；当外力被撤去后，滑动杆53在复位弹簧作用下向下滑动，复位弹簧复位，塞子进入出水口。

为了便于滑动杆53的滑动，在滑动杆53的顶端转动设置有碰撞杆51，碰撞杆51的末端位于出水筒52的下方。

碰撞杆51上配合出水筒的外顶面设置有弧形凸起56，弧形凸起56的底面呈弧形。当碰撞杆51转动时，弧形凸起56会顶到出水筒的外顶面，在弧形凸起作用下，滑动杆53向上滑动。

在使用的时候，车体顶到碰撞杆51，使得碰撞杆51转动；在弧形凸起作用下，滑动杆向上滑动，复位弹簧被压缩，塞子离开出水口，水从水源箱中出来；当车体内的水加满后，车体离开，在复位弹簧压缩力作用下，弧形凸起转动，滑动杆向下滑动，从而使得塞子进入到出水口，停止加水过程。此处，弧形凸起的底面呈弧形，可以防止复位弹簧复位的过程中出现弧形凸起被卡死的现象。

在水源箱1的侧部设置有行走轨道2，在行走轨道2上设置有车体，车体在行走轨道上移动。

车体底部配合行走轨道2设置有轮体3，轮体3带动车体在行走轨道2上移动。在车体上设置有驱动部，驱动部包括驱动电机和与驱动电机的输出轴连接的传动轴，传动轴带动轮体3转动，从而实现车体1的移动，其中，处理单元输出信号控制驱动电机的工作。在传动轴上啮合有齿轮，齿轮上传动连接有速度调整电机，通过速度调整电机实现车体1的加速或减速，便于车体1移动过程的控制，处理单元输出信号控制速度调整电机的工作。处理单元输出信号控制电机的工作为成熟的现有技术。其中，处理单元控制速度调整电机和驱动电机的工作方式为：控制其正反转和停止，实现方式为：处理单元中的单片机输出信号到继电器驱动电路控制速度调整电机和驱动电机的停止；处理单元中的单片机输出信号到电机正反转芯片实现速度调整电机和驱动电机的正反转。

在工作的时候，处理单元输出信号到驱动电机实现车体的移动，通过速度调整电机和驱动电机的配合实现车体的加速和减速。当需要对车体加速时，处理单元输出信号使得速度调整电机与驱动电机的旋转方向相同，从而对车体进行加速；当需要对车体减速时，处理单元输出信号使得速度调整电机与驱动电机的旋转方向相反，从而对车体进行减速。

在车体上设置有避障部，通过避障部可以防止车体撞到障碍物上，其中，避障部包括四个漫反射传感器，4个漫反射传感器分别位于车体的左右两侧和前后部，漫反射传感器没有在图中显示；漫反射传感器将检测到的信息传输到处理单元，处理单元输出信号控制驱动电机的工作。

当避障部检测到障碍物或目标物体时，处理单元输出信号到驱动电机使得驱动电机工作或停止工作。

在车体上还设置有水箱4，水箱4上配合出水口设置有进水口，工作的时候，水通过出水口从水源箱中出来，并通过进水口进入水箱4中。

在水箱4中设置有水位传感器，水位传感器没有在图中显示。水位传感器将检测到的水位信息传输到处理单元，处理单元输出信号控制水箱的加水过程。

在水箱4上连接有喷洒部，喷洒部包括与水箱4连通的水泵，水泵的为成熟的现有技术没有在图中显示，处理单元输出信号控制水泵的工作，从而控制喷水过程，其中处理单元控制水泵工作为成熟的现有技术，实现方式为：处理单元中的单片机输出信号到继电器驱动电路，继电器驱动电路驱动水泵的工作即可。水泵的进水口与水箱4连通，水泵的出口上连接有管道7；管道7上连通有喷水管，喷水管上分布有8个喷头11，喷头11的数量也可以设置为9个，10个等，喷头11沿喷水管长度方向设置。

在喷水管和喷头之间连接有流量阀，处理单元输出信号控制流量阀的工作，从而实现喷出水量的控制。流量阀以及处理单元控制流量阀的工作均为成熟的现有技术。

为了实现喷水管的支撑，在车体上设置有立杆6，立杆6与管道7连接，从而实现对管道7的支撑。

在立杆6的上部滑动设置有平衡杆10，喷水管与平衡杆10连接，其中平衡杆10水平设置，起到平衡的作用，防止喷水管在车体移动时出现抖动的现象。

为了实现平衡杆10在立杆6上位置的调整，在平衡杆10上连接有调节部，调节部包括铰接的水平杆9和倾斜杆8，水平杆9与车体滑动连接，其中水平杆9与车体在水平方向上滑动连接。平衡杆10设置于倾斜杆8的顶端，当向外滑动水平杆9时，因水平杆和倾斜杆铰接，故倾斜杆的顶端会向下降，从而使得平衡杆10的高度降低，最终实现喷水管的高度调整，实现调节喷洒高度的调整。

其中，倾斜杆和水平杆调整后的固定为成熟的现有技术，可以通过螺栓实现。

本实用新型所述的系统结构简单，能够高效、快速、有效地实行农业喷洒作业，使农业喷洒实现机械化、自动化、智能化。

通过上述系统进行的农业智能喷洒方法，该方法依次包括如下步骤：

1、检测土壤湿度；

湿度传感器检测土壤湿度，并将检测到的土壤湿度通过无线传输单元传输到处理单元，处理单元将接收到的土壤湿度信息和阈值进行比较；同时，处理单元将接收到的土壤湿度信息通过无线传输单元传输到客户端，进而使得使用者可以根据客户端实时得知土壤湿度信息，实现对土壤状况的远程监视。

2、根据检测到的土壤湿度判断是否需要喷洒水，如果需要进行步骤3），如果不需要重复步骤1）；

处理单元根据接收到的土壤湿度和阈值的比对结果判断是否需要喷洒水，当检测到的土壤湿度小于阈值时需要喷洒水。

3）车体行走，水从喷头内喷出；

当处理单元判断需要喷水时，处理单元输出信号到驱动电机、水泵和流量阀，驱动电机驱动车体行走，水泵实现水从喷头中喷出，而流量阀实现喷头中喷出水量的多少。

其中，喷头单位面积的喷洒量为：

其中，Q为单位面积的喷洒量，a为大于1的常数，为自动给定；c为最佳土壤湿度，i为检测到的土壤湿度，k为流量特征系数，为已知数；v₀车体行进速度，P为喷头处的工作压力。

当单位面积最佳的喷洒量确定时，有以下两种情况：

1、已知流量特征系数，给定喷头处的工作压力，通过该关系式，调整车体行进速度，进而使得农作物获得最佳的喷洒量，提高对农作物的作用效果；

2、已知流量特征系数，给定车体行进速度，通过该关系式调整喷头处的工作压力，喷头处的工作压力的调整方式为，处理单元输出信号控制流量阀，通过流量阀改变喷出的水量

在进行步骤1）、2）、3）的过程中，处理单元随时将驱动电机和水泵的工作状态通过无线传输单元传输到客户端；同时，处理单元接收客户端通过无线传输单元传送的信息，从而实现喷洒过程的远程监控。

在进行在步骤1）、2）、3）的过程中，需要实时判断水箱中是否需要加水，当需要加水时，驱动部带动车体移动到水源箱处；

实现方法为：水位传感器将检测到的水位信息传输到处理单元，处理单元根据接收到的水位信息和水位阈值进行比较，当得知水位过低时，处理单元输出信号到驱动电机，使得车体朝向水源箱行走；在行走的过程中，漫反射传感器检测水源箱同时避免车体碰到障碍物，当车体到达水源箱处时，车体碰撞到碰撞杆，碰撞杆相对于滑动杆转动，当弧形凸起顶到出水筒的外顶面时，滑动杆向上滑动，塞子离开出水口，水源箱中的水从出水口进入到水箱中；在加水的过程中，水位传感器实时将检测到水位信息传输到处理单元，当处理单元判断加入了足够的水时，处理单元输出信号控制驱动电机行走，从而使得车体离开碰撞杆，复位弹簧作用于滑动杆，使得弧形凸起转动，滑动杆下滑，塞子重新回到出水口。

本实用新型所述的方法实现了农业喷洒过程的自动化，同时通过耦合喷洒量和车体行走速度之间的关系，可以对喷洒量进行控制，进而使得农作物获得最佳的喷洒量，提高喷洒效果；另，客户端可以实时对喷洒过程进行远程监控，提高了喷洒过程的自动化程度。