卡在步进电机丝杆滑台导轨5的底座凹槽中，故五指喷头只能跟随滑块沿竖直方向进行上下位置的调整。每个五指喷头、风道软管以及步进电机丝杆滑台导轨的组合具有独立性，方便拆卸和安装。
[0030]如图3所示，一种基于植株特征的风送式柔性喷雾装置测量与控制系统，由激光传感器12、嵌入式控制单元13、触摸屏14、信息采集模块15、速度传感器16、压力传感器17、流量传感器18、喷雾控制模块19、直流步进电机驱动模块20、直流步进电机21、多路PWM电磁阀驱动模块22、电磁阀23等部分组成。
[0031]嵌入式控制单元13用于处理检测到的植株距离数据，获取目标植株特征信息，并对直流步进电机以及电磁阀进行控制；激光传感器12用于对两侧植株进行检测，获取目标植株的距离信息；触摸屏14用于人机交互；速度传感器16用于对喷雾机车速度进行实时检测；压力传感器17与流量传感器18用于喷雾参数压力与流量的检测；包含在喷雾控制模块19的直流步进电机驱动模块20以及多路PWM电磁阀驱动模块22分别用于对直流步进电机21以及电磁阀23进行驱动控制。通过激光传感器12不断对两侧植株进行扫描，将扫描到的目标植株距离信息传送给嵌入式控制单元13，嵌入式控制单元13再结合喷施速度获得目标植株大小、形状以及枝叶密度信息，喷雾控制模块19根据目标植株特征信息控制用于调整喷雾高度的直流步进电机21，使得五指喷头处于最佳的喷雾位置，然后控制单元根据目标植株特征信息并结合压力传感器17、流量传感器18反馈的信息对多路PWM电磁阀驱动模块22进行控制，实现变量喷雾。
[0032]下面结合图1与图3具体说明本发明的一种基于植株特征的风送式柔性喷雾装置的工作过程。激光传感器不断对两边的植株进行扫描，若在植株行间检测不到目标植株的存在，即所检测的数据均为无用数据时，则不进行喷雾；若激光传感器检测到的数据包含有用数据时，通过算法剔除无用数据，再把有用的数据，即目标植株的距离信息，传输给嵌入式控制单元，嵌入式控制单元再结合喷施速度形成目标植株三维图像，经过特征提取方法计算出目标植株各个部分的枝叶密度信息，从而获得目标植株的大小、形状以及各部分的密度信息，同时结合速度传感器计算处喷雾延迟时间。喷雾延迟时间内，喷雾控制模块根据目标植株的特征信息调整多组五指喷头的上下位置，实现喷嘴自动跟踪目标植株的目的。当目标植株的上下枝叶密度相对均匀时，植株对应侧的四组五指喷头会在控制系统的控制下根据植株的大小、形状进行上下位置调整，使得四组五指喷头在能保证目标植株待喷雾区域全部覆盖的情况下沿植株待喷雾区域竖直方向均匀分布；当目标植株上下枝叶密度较不均匀时，喷雾控制模块根据目标植株枝叶密度分布特点控制目标植株相应侧的四组五指喷头组合向植株枝叶密度较大处进行一定范围的上下位置调整，同时遵循喷雾能够覆盖目标植株全部待喷雾区域的原则，合理调整目标植株侧的4组五指喷头的高度，达到既能对目标植株枝叶密度较大区域进行集中喷雾，又能使目标植株待喷雾区域全部被喷雾范围覆盖的目的。喷雾延迟时间结束后，嵌入式控制单元则根据目标植株的特征信息结合压力传感器、流量传感器反馈的信息对多路PWM电磁阀驱动模块进行控制，进行变量喷雾。通过这样的一种基于植株特征的风送式柔性喷雾装置可以提高喷雾过程中农药的利用效率、减少农药的浪费、减轻环境的污染，同时有助于提高农业的自动化水平以及农业的可持续发展。
[0033]以上对本发明所提供的基于植株特征的风送式柔性喷雾装置及其方法并对此进行了详细介绍，本文应用了具体个例对本发明的原理和实施方式进行了阐述，所要说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于植株特征的风送式柔性喷雾装置，其特征在于，包括五指喷头自动跟踪机构、测量与控制系统； 所述五指喷头自动跟踪机构包括五指喷头(I)、支架(2)、固定横杆(3)、风道软管(4)、步进电机丝杆滑台导轨(5)、管道夹件￠);两根竖直支架(2)与两根固定横杆(3)通过螺栓螺母紧密连接，共有四个连接点，每根固定横杆(3)通过螺栓水平固定在喷雾机上；多个所述的风道软管(4)分别与多组五指喷头(I) 一对一相连通，并且将其通过管道卡件(6)固定在步进电机丝杆滑台导轨(5)的滑块上，管道卡件(6)与滑块通过螺栓加以固定；多组五指喷头(I)、风道软管(4)以及步进电机丝杆滑台导轨(5)的组合分成左右两排，分别固定在两边的支架⑵上； 所述测量与控制系统包括激光传感器(12)、嵌入式控制单元(13)、触摸屏(14)、信息采集模块(15)、速度传感器(16)、压力传感器(17)、流量传感器(18)、喷雾控制模块(19)、直流步进电机驱动模块(20)、直流步进电机Al?A8 (21)、多路PWM电磁阀驱动模块(22)、电磁阀(23)； 所述激光传感器(12)、触摸屏(14)、信息采集模块(15)以及喷雾控制模块(19)都与嵌入式控制单元(13)相连，所述信息采集模块(15)分别和速度传感器(16)、压力传感器(17)、流量传感器(18)相连，所述的直流步进电机驱动模块(20)以及多路PWM电磁阀驱动模块(22)包含在喷雾控制模块(19)内，所述直流步进电机驱动模块(20)同直流步进电机Al?A8(21)相连，所述多路PWM电磁阀驱动模块(22)和电磁阀(23)相连。2.根据权利要求1所述的一种基于植株特征的风送式柔性喷雾装置，其特征在于，所述步进电机丝杆滑台导轨(5)在控制系统的控制下实时调整五指喷头(I)与风道软管(4)连接体的上下位置。3.根据权利要求1所述的一种基于植株特征的风送式柔性喷雾装置，其特征在于，所述管道卡件(6)将五指喷头(I)和风道软管(4)的连接体沿五指喷头的末端通过四个螺栓固定在步进电机丝杆滑台导轨(5)的滑块上，使滑块与五指喷头(I)具有一体性，滑块与五指喷头(I)上下位置的调整具有同步性。4.根据权利要求1所述的一种基于植株特征的风送式柔性喷雾装置，其特征在于，所述步进电机丝杆滑台导轨(5)通过四个螺栓竖直固定在在支架(2)上，且滑块卡在步进电机丝杆滑台导轨(5)的底座凹槽中，五指喷头(I)只能跟随滑块沿竖直方向进行上下位置的调整。5.根据权利要求1所述的一种基于植株特征的风送式柔性喷雾装置，其特征在于，所述五指喷头(I)、风道软管(4)、步进电机丝杆滑台导轨(5)均各为八个，通过组合均匀分成左右两排，通过螺栓固定在两边的支架(2)上。6.一种基于权利要求1所述的基于植株特征的风送式柔性喷雾装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1，激光传感器(12)不断对两侧空间进行扫描，获取两侧植株的距离数据信息，扫描后的数据传输给嵌入式控制单元(13); 步骤2，嵌入式控制单元(13)对检测到的数据进行处理，剔除无用数据信息，保留目标植株的距离信息，再据此信息结合喷施速度获得目标植株的大小、形状以及各个部分的枝叶密度信息，并且计算出喷雾延迟时间； 步骤3，在喷雾架到达目标植株位置之前，嵌入式控制单元(13)根据目标植株特征信息对直流步进电机驱动模块进行控制，进而控制直流步进电机(21)，使得各组五指喷头处于最佳的喷雾高度，在喷雾开始时实现精确对靶； 步骤4，延迟时间结束时，嵌入式控制单元(13)根据目标植株的特征信息结合压力传感器(17)、流量传感器(18)的反馈信息对多路PWM电磁阀驱动模块(22)进行控制，实现变量喷雾的目的。7.根据权利要求6所述的一种基于权利要求1所述的基于植株特征的风送式柔性喷雾装置的控制方法，其特征在于，所述步骤I中通过激光传感器(12)的检测以及嵌入式控制单元(13)的数据处理分析，获取目标植株的特征信息，喷雾控制模块(19)根据植株的特征信息通过控制步进电机丝杆滑台导轨(5)的直流步进电机(21)来控制五指喷头(I)的上下位置。8.根据权利要求6所述的一种基于权利要求1所述的基于植株特征的风送式柔性喷雾装置的控制方法，其特征在于，所述步骤1-4中嵌入式控制单元(13)有以下判断过程: 激光传感器(12)不断对两边的植株进行扫描，若在植株行间检测不到目标植株的存在，即所检测的数据均为无用数据时，则不进行喷雾； 若激光传感器(12)检测到的数据包含有用数据时，通过算法剔除无用数据，进而通过对有用数据处理获得植株的特征信息，控制单元根据目标植株的特征信息控制各组五指喷头进行上下位置调整并实施变量喷雾； 五指喷头跟踪目标过程中，当目标植株的上下枝叶密度相对均匀时，控制单元根据植株的大小、形状信息对植株对应侧的四组五指喷头进行上下位置调整，使得四组五指喷头在能保证目标植株待喷雾区域全部覆盖的情况下沿目标植株待喷雾区域竖直方向均匀分布； 当目标植株上下枝叶密度较不均匀时，控制单元根据目标植株枝叶密度分布特点控制目标植株相应侧的四组五指喷头组合向植株枝叶密度较大处进行一定范围的上下位置调整，同时遵循喷雾能够覆盖目标植株全部待喷雾区域的原则，合理调整目标植株侧的4组五指喷头的高度，达到既能对目标植株密度较大区域进行集中喷雾，又能使目标植株待喷雾区域全部被喷雾范围覆盖的目的。
【专利摘要】本发明公开了一种基于植株特征的风送式柔性喷雾装置及其控制方法，它由五指喷头、支架、固定横杆、风道软管、步进电机丝杆滑台导轨、管道卡件、固定用螺栓、螺母以及测量与控制系统构成。其特征是：采用激光传感器实时准确检测目标植株，结合喷施速度获得目标植株的有无、大小、形状和枝叶密度等信息，根据植株特征信息，由控制系统控制喷嘴跟踪机构实时调整8组五指喷头的上下位置，使其保持在最佳的喷雾位置执行喷雾，从而提高了喷雾施药的精确度，极大地降低了施药量，达到了增加植株冠层药液沉积量、提高喷雾效率、保护生态环境的目的。
【IPC分类】A01M7/00
【公开号】CN104904698
【申请号】CN201510298667
【发明人】刘慧 , 李宁, 沈跃, 夏伟, 徐慧
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月3日