一种作物根区土壤肥药注施靶标在线预测定点方法
【专利摘要】本发明属于测控【技术领域】，尤其涉及一种作物根区土壤肥药注施靶标在线预测定点方法。通过红外传感器探测作物茎叶的位置和长势高低，从而判断作物根部的生长位置并预测根部是否患病，然后判断患病茄子根区所在的位置，以及根部所在的区域范围大小和边界，得出喷药量，并自动调节电磁阀占空比，根据计算得到的注射时间将药液均匀注射到根部区域的范围内；这样就可以在不需要施药的地方不施药，大幅度的节省农药用量，减少多余农药的污染以及浪费。
【专利说明】一种作物根区土壤肥药注施靶标在线预测定点方法
【技术领域】
[0001]本发明属于连续铸造【技术领域】，尤其涉及一种用于自动化连铸系统测速装置及其工作方式。
【背景技术】
[0002]为了节约成本，一个温室基地的农民都愿意连续栽培同一种作物，例如西红柿，有很多农民在同一块地上，连续多年种植同一个品种的西红柿。这样做的目的是为了利用自己经验的优势，同时收购商也愿意长期合作，因此农民在品种上不愿意倒茬。在同一块日光温室内的土地上连续种植，土壤会病菌滋生，如果没有好的土壤消毒技术和设备，会导致严重的问题。传统的方式无法弄清患病植株根部的情况，因此采用拔苗或者人工随意注射肥药溶液的方式进行，用量不精确导致浪费。对靶施药能有效解决这一问题。
【发明内容】
[0003]针对传统喷药作业方式存在的用量不精问题，本发明提出的一种作物根区土壤肥药注施靶标在线预测定点方法，主要包括:
[0004]步骤1、在拖拉机上安装一套自动检测和喷药装置，该装置包括6个红外传感器、速度传感器、单片机、电磁阀、喷药注射头；
[0005]步骤2、根据各层植株属性建立植株模型，得出开始探测时间和探测结束时间、喷药注射开始时间和喷药注射结束时间；
[0006]步骤3、根据植株统计数据建立预测植株是否患病的的方程，根据电磁阀和喷药注射头特性建立根区注射流量精准控制的计算方程；
[0007]步骤4、启动拖拉机和该装置，让拖拉机在茄子地间行走，单片机记录下6个红外传感器的六个层各自的开始探测时间和探测结束时间、植株高度，速度传感器记录下拖拉机实际作业行进速度；
[0008]步骤5、根据传感器数据计算植株根部区域宽度，并根据预测植株是否患病的的方程判断植株是否患病；
[0009]步骤6、计算得出喷药注射开始时间、喷药注射结束时间和电磁阀占空比，若当前植株患病，单片机根据计算结果输出指令通过控制电磁阀控制喷药注射头工作。
[0010]所述步骤I包括:在拖拉机上安装一套自动检测和喷药装置，该装置由6个红外传感器、速度传感器、单片机、电磁阀、喷药注射头组成；其中，6个红外传感器从高到低竖直排列安装，其探测方向和土地平行，和拖拉机前进方向垂直；速度传感器安装在拖拉机车轮上，用于检测拖拉机前进速度；单片机用于处理传感器数据，并输出指令控制电磁阀和喷药注射头。
[0011]所述步骤2包括:针对待探测靶标作物建立模型，6个红外传感器分为i层到i+5层共6个扫描范围，扫描层边界重叠1mm ;为了对建立的作物靶标探测模型进行测试，建立时间树，对六个层各自的开始探测时间Til和探测结束时间Ti2、喷药注射开始时间Ts和喷药注射结束时间Tt、以及注射区域的位置和体积进行分析，得出:
[0012]红外传感器通过植株中心轴的时间T。
【权利要求】
1.一种作物根区土壤肥药注施靶标在线预测定点方法，其特征在于，主要包括: 步骤1、在拖拉机上安装一套自动检测和喷药装置，该装置包括6个红外传感器、速度传感器、单片机、电磁阀、喷药注射头； 步骤2、根据各层植株属性建立植株模型，得出开始探测时间和探测结束时间、喷药注射开始时间和喷药注射结束时间； 步骤3、根据植株统计数据建立预测植株是否患病的的方程，根据电磁阀和喷药注射头特性建立根区注射流量精准控制的计算方程； 步骤4、启动拖拉机和该装置，让拖拉机在茄子地间行走，单片机记录下6个红外传感器的六个层各自的开始探测时间和探测结束时间、植株高度，速度传感器记录下拖拉机实际作业行进速度； 步骤5、根据传感器数据计算植株根部区域宽度，并根据预测植株是否患病的的方程判断植株是否患病； 步骤6、计算得出喷药注射开始时间、喷药注射结束时间和电磁阀占空比，若当前植株患病，单片机根据计算结果输出指令通过控制电磁阀控制喷药注射头工作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤I包括:在拖拉机上安装一套自动检测和喷药装置，该装置由6个红外传感器、速度传感器、单片机、电磁阀、喷药注射头组成；其中，6个红外传感器从高到低竖直排列安装，其探测方向和土地平行，和拖拉机前进方向垂直；速度传感器安装在拖拉机车轮上，用于检测拖拉机前进速度；单片机用于处理传感器数据，并输出指令控制电磁阀和喷药注射头。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括:针对待探测靶标作物建立模型，6个红外传感器分为i层到i+5层共6个扫描范围，扫描层边界重叠1mm ;为了对建立的作物靶标探测模型进行测试，建立时间树，对六个层各自的开始探测时间Til和探测结束时间Ti2、喷药注射开始时间Ts和喷药注射结束时间Tt、以及注射区域的位置和体积进行分析，得出: 红外传感器通过植株中心轴的时间T。
如果作物发生倾斜，依靠模型能得到根区注射区域范围的准确位置； 植株根区定量注药需要的总时间Tx = bH/V，其中b为根结线虫入侵植株的根部区域宽度与其株高之间对应的相关系数，H为植株高度； 延迟喷药时间Td = U/V，其中Ltl为用户设置的延迟距离，即为红外传感器固定点与喷药注射头之间在拖拉机行进方向上的距离； 喷药注射开始时间Ts = Tc-Tx/2+Td;喷药注射停止时间Tt= Ts+bH/V。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括:根据植株统计数据，建立单独预测计算患病植株根部区域宽度yl和植株宽度xl的方程关系为:yl =.3.79x1+0.7，拟合相关度R2 = 0.92，单位cm ;正常植株的根部区域宽度y2和植株高度x2的计算方程为:y2 = 4x2+0.86，拟合相关度R2 = 0.84,单位cm ;根据电磁阀和喷药注射头特性建立根区注射流量精准控制的计算方程为:y3 = 12.163x3+7.6，其中y3为流量，单位ml, x3为电磁阀占空比，R2 = 0.935，其中二阶拟合方程的R2为0.9714。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括:启动拖拉机和该装置，让拖拉机在茄子地间行走，单片机记录下6个红外传感器的六个层各自的开始探测时间Til和探测结束时间Ti2、植株高度H，速度传感器记录下拖拉机实际作业行进速度V ； 其中，针对第i个传感器开始探测到植株的时间Til和传感器结束探测到植株的时间Τ?2的建立数组NI和N2，用于分别存储Til和Ti2的值；i为数组NI和N2的游标；V=^-At是计算拖拉机实际作业行进速度的公式，Al为速度传感器每产生一个脉冲走过的距离，At为速度传感器产生单个脉冲的时间间隔长度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5包括:单片机计算植株宽度xl=(Ti2-Til)V，xl代入步骤3中方程yl = 3.79x1+0.7得出患病植株根部区域宽度yl ;植株高度H带入步骤3中方程y2 = 4x2+0.86得出正常植株的根部区域宽度y2 ;若yl > y2，则说明当前植株正常，若yl < y2,则说明当前植株患病。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤6包括:根据步骤2中的公式计算得出喷药注射开始时间Ts = Tc-Tx/2+Td ;喷药注射停止时间Tt = Ts+f ;喷药量Q = QraH7Q1是最大基准药量，a是植株高度和喷药量的关系系数；喷药电磁阀占空比U = f(Q/Tx),其中，f (X)为单位时间喷药量与占空比的函数关系式；若当前植株患病，单片机根据计算结果输出指令控制电磁阀，完成对植株根部的喷药。
【文档编号】G05B19/042GK104076711SQ201410294998
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】祁力钧, 马伟 申请人:中国农业大学