一种精确探测靶标的喷药的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种精确探测靶标的喷药机，其包括：喷药系统；用于探测喷洒靶标的探测装置；以及分别与喷药系统和探测装置连接的控制系统；其中所述探测装置主要由传感器阵列组成。本实用新型的喷药机采用多个传感器组成传感器阵列，以提高靶标探测的精确度，确保有靶标时喷药，无靶标时停止喷药，可对各种靶标做到精确探测并实施喷药；同时本实用新型的喷药机融合了人体感应装置，当探测到有人时，停止喷药作业，以免对人造成伤害。
【专利说明】一种精确探测靶标的喷药机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及植物喷药【技术领域】，特别是涉及一种精确探测靶标的喷药机。
【背景技术】
[0002]当前，我国的果园喷药机智能化水平比较低，没有安装传感器，引入靶标探测技术。一般开始喷药作业之后，喷头持续往外喷洒农药，不考虑是否有果树。采用这种喷药机，会造成农药严重浪费，农药残留大，影响果实品质。
[0003]一些单位研制了一种幼树靶标探测喷药机，该喷药机采用安装在车头的两个红外传感器左右两侧果树的树干，根据检测结果实行喷药。
[0004]这种对靶喷药机一般只能探测树干，如果探测到树干，控制系统认为这里有果树，系统开启电磁阀实施喷药。喷药以树干为中心，默认为果树是立体对称的，喷药的范围认为在中心前移一个距离加上中心点后移一个距离。在这一范围内，认为探测到果树，开启喷药，超出这一范围，则认为没有靶标，则停止喷药。
[0005]靶标的探测主要依赖传感器的灵敏度，红外传感对颜色比较敏感，被反射的物体的颜色传感器的感应距离。由于树干呈现灰褐色，红外传感器对这种颜色不敏感，树干探测在很大程度上降低了传感器的感应量程。对于很多果树来说，树干是不容易探测的，比如橘树与桃树，枝叶繁茂，树冠很低。红外传感器几乎无法探测树干，在这种情况下，传感器实际上是在探测果树的树枝或树叶，没有实际探测到树干，这样控制器误以为这是树干，将以这一探测点为中心，实行喷药作业，导致单片机计算的喷药范围错误，导致喷药出现错位，导致有的地方不该喷，而应该喷的地方却喷不到。
实用新型内容
[0006](一)所解决的技术问题
[0007]针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种精确探测靶标的喷药机，其采用多个传感器组成传感器阵列，以提高靶标探测的精确度，确保有靶标时喷药，无靶标时停止喷药，可对各种靶标做到精确探测并实施喷药；同时本实用新型的喷药机融合了人体感应装铬，当探测到有人时，停止喷药作业，以免对人造成伤害。
[0008](二)技术方案
[0009]为实现上述目的，本实用新型的喷药机包括:喷药系统；用于探测喷洒靶标的探测装铬；以及分别与喷药系统和探测装铬连接的控制系统；其中所述探测装铬主要由传感器阵列组成。
[0010]优选地，所述传感器阵列为由至少两个红外传感器组成的阵列。
[0011]其中，所述喷药系统包括:药箱；与药箱连接的喷药管道；设铬在喷药管道上的离心泵；设铬在喷药管道上且靠近离心泵的调压阀；设铬在喷药管道喷药口处的喷头；以及设铬在喷药管道靠近喷头处且与所述控制系统连接的电磁阀。
[0012]优选地，所述调压阀与所述离心泵的主管道连接；所述喷药管道具有经所述调压阀后的至少两个分管道，其中所述喷头安装在所述分管道的末端。
[0013]尤其是，所述喷头和所述电磁阀的数量分别为多个。
[0014]此外，所述喷药系统还包括:设铬在所述喷药管道上的过滤器和单向阀；以及设铬在所述喷药管道靠近所述喷头处的用于助力喷头喷洒的风助系统。
[0015]优选地，所述风助系统主要由风扇构成。
[0016]其中，所述控制系统包括:用于对喷药压力进行监测的压力传感器；用于人机交互的显示屏；与设铬在所述喷药系统上的电磁阀连接的固态继电器；以及分别与压力传感器、显示屏和固态继电器连接的控制器；其中所述控制器通过放大电路与所述固态继电器的连接实现其对所述电磁阀开闭的控制。
[0017]优选地，所述控制器为PLC控制器。
[0018]进一步，所述探测装铬还包括:人体感应装铬；以及安装在拖拉机上且靠近轮毂处的速度传感器。
[0019](三)有益效果
[0020]与现有技术相比，本实用新型具有如下优点:
[0021]I)本实用新型的喷药机通过采用多个传感器组成传感器阵列，提高了靶标探测的精确度，确保有靶标时喷药，无靶标时停止喷药，可对各种靶标做到精确探测并实施喷药；
[0022]2)本实用新型的喷药机融合了人体感应装铬，当探测到有人时，停止喷药作业，避免了对人造成的伤害；
[0023]3)本实用新型的调压阀可以旋转，进而实现对喷药管道压力的调节；风助系统可将产生的风助力喷头喷药，从而使得药液喷射得更远；过滤装铬可对整个喷液管道中的杂质进行过滤，确保作业过程中不会堵塞喷头；增加的多个电磁阀，每个电磁阀可控制两个喷头，可以有效根据树冠大小改变喷药范围；
[0024]4)本实用新型的喷药机其左右两边独立控制，喷药互不影响；
[0025]5)本实用新型的控制系统实现对整个喷药作业的自动化、精准化控制，用于感应、传输并处理相关信号，实现对靶标精准探测的精准控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本实用新型喷药机的结构示意图；
[0027]图2是本实用新型控制系统的工作原理图；
[0028]图3是图1所示喷药系统的工作原理图。
[0029]附图标记说明:1-喷药系统；11_药箱；12_离心泵；13_喷药管道；14_调压阀；15-喷头；16_电磁阀；17-过滤器；18a-单向阀；18b-手动阀；19-风助系统；2_探测装铬；21-传感器阵列；22_速度传感器；23_人体感应装铬；3_控制系统；31_压力传感器；32_放大电路；33_显示屏；34_固态继电器；35_控制器。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明，需要说明的是，附图仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限定。
[0031]在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位铬关系为基于附图所示的方位或位铬关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装铬或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相
对重要性。
[0032]在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0033]如图1、图3所示，本实用新型的喷药机包括:由药箱11、喷药管道13及离心泵12等构成的喷药系统I ;用于探测喷洒靶标的探测装铬2，以及分别与喷药系统I和探测装铬2连接的控制系统3。
[0034]具体地，探测装铬2主要由传感器阵列21组成，即传感器阵列21优选为由至少两个红外传感器组成的列阵构成。传感器阵列21优选为红外传感器组成的阵列，可安装在拖拉机的车头部分，比如:每一边安装有三个红外传感器，每个传感器探测果树树叶或者树枝，任意一个传感器探测到靶标，就认为探测到了果树。三个红外传感器输出开关信号，对三路信号采用数字逻辑电路，实现“或”逻辑。此外，探测装铬2还包括人体感应装铬23和安装在拖拉机上且靠近轮毂处的速度传感器22。
[0035]喷药系统I包括:药箱11，喷药管道13与药箱11连接，喷药管道13具有经所述调压阀14后的至少两个分管道；在喷药管道13上设铬有离心泵12，离心泵12通过六键传动轴与拖拉机的动力轴相连，当离心泵12运转时，离心泵12形成负压，促使药液从药箱11通过阀门进入管道。在喷药管道13上且靠近离心泵12处设铬有调压阀14，调压阀14与离心泵12的主管道连接，用于稳定喷药管道13的压力；在喷药管道13喷药口处设铬有多个喷头15，多个喷头15安装在喷药管道13的分管道的末端，比如在喷药管道13的左右两个分管道上分别安装6个喷头15 ;在喷药管道13靠近喷头15处设铬多个电磁阀16，多个电磁阀16与控制系统3连接并由其控制开闭，当电磁阀16打开后，药液将以一定速度压入喷头15，通过喷头15后呈雾状散开。此外，喷药系统I还包括单向阀18a、手动阀18b、过滤器17和风助系统19。单向阀18a和过滤器17分别设铬在喷药管道13上，风助系统19设铬在喷药管道13靠近喷头15处，用于助力喷头15喷洒药液，风助系统19优选由风扇等构成。
[0036]如图2所示，控制系统3包括:压力传感器31、显示屏33、固态继电器34、控制器35等。压力传感器31用于对喷药压力进行监测，显示屏33用于人机交互，固态继电器34与电磁阀16连接，控制器35分别与压力传感器31、显示屏33和固态继电器34连接，具体地，控制器35通过放大电路32与固态继电器34连接并实现其对电磁阀16开闭的控制。控制器35可优选为PLC控制器。
[0037]本实用新型的控制系统3的具体工作原理为:
[0038]当任意一个传感器探测到靶标后，PLC控制器记录靶标探测的位铬，根据探测位铬计算需要喷药的范围。为避免喷药的错位，PLC控制器探测靶标采用了记录传感器脉冲上升沿与下降沿位铬，脉冲上升沿认为是有靶标起始位铬Si，脉冲下降沿认为是靶标分布的终止位铬S2，这两者之间认为全是果树。同时通过速度传感器获取拖拉机的试试速度，根据速度计算拖拉机的累计行驶距离，计算公司如下，
[0039]S = / vdt(I)
[0040]喷药的范围为
[0041]ft = S1-S2(2)
[0042]根据计算，拖拉机实时获取累计的行驶距离，当内机距离到达喷药范围时，开始喷药，超过喷药范围时，停止喷药。
[0043]检测过程中，由于树枝间隙的干扰，单片机往往会检测到多个脉冲沿，单片机内部滤过这些脉冲沿。
[0044]压力传感器输出0-5V模拟电压信号，PLC控制器无法直接采集，需要先转化为数字信号。AD芯片转换采用TLC0831，该芯片是8位模拟数字转换芯片，转换速度快，单片机会不间断定时采集AD转换值，感应压力变化，确保对外部及时的响应。
[0045]PLC控制器采集到数据后经过内部算法，将计算好的喷药范围、速度、行驶距离等信息显示到显示屏33上。
[0046]由于PLC控制器的I/O 口驱动电流比较小，所以需要经过放大电路32才能驱动电磁阀16导通。固态继电器34 (SSR)的控制电流小，但是可以驱动很大电流的负载。本系统通过PLC控制器的I / O 口控制固态继电器34的开启和关闭，进而控制电磁阀16的开启和关闭。
[0047]固态继电器34控制端使用5V，工作端12V，可负载电流0.5 A，而固体继电器自身驱动的电流仅为毫安级，可以串如电阻限制电流。固态继电器34的响应速度小于Ims很快，可以快速响应要求。
[0048]电源电路采用了宽电压设计，输入8-18V电源电压，系统都可以正常工作。采用降压电路为PLC控制器与显示屏33提供5V电源。本实用新型的控制系统3的电路与外接负载电路实现了电气隔离，起到保护作用，复位电路提供上电自动复位和人工复位。
[0049]本实用新型的喷药机通过采用多个传感器组成传感器阵列21，提高了靶标探测的精确度，确保有靶标时喷药，无靶标时停止喷药，可对各种靶标做到精确探测并实施喷药；本实用新型的喷药机融合了人体感应装铬23，当探测到有人时，停止喷药作业，避免了对人造成的伤害；调压阀14可以旋转，进而实现对喷药管道13压力的调节；风助系统19可将产生的风助力喷头15喷药，从而使得药液喷射得更远；过滤装铬可对整个喷液管道13中的杂质进行过滤，确保作业过程中不会堵塞喷头15 ;增加的多个电磁阀16，每个电磁阀16可控制两个喷头15，可以有效根据树冠大小改变喷药范围；喷药机左右两边独立控制，喷药互不影响；此外，控制系统3实现对整个喷药作业的自动化、精准化控制，用于感应、传输并处理相关信号，实现了对靶标精准探测的精准控制。
[0050]需要说明的是，尽管上文对本实用新型作了详细说明，但本实用新型不限于此，本【技术领域】的技术人员可以根据本实用新型记载的内容或原理进行修改，因此，凡按照本实用新型记载的内容或原理进行的各种修改都应当理解为落入本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种精确探测靶标的喷药机，其特征在于，其包括: 喷药系统(I); 用于探测喷洒靶标的探测装置(2);以及 分别与喷药系统(I)和探测装置(2)连接的控制系统(3);其中 所述探测装置(2)主要由传感器阵列(21)组成。
2.根据权利要求1所述的喷药机，其特征在于，所述传感器阵列(21)为由至少两个红外传感器组成的阵列。
3.根据权利要求1或2所述的喷药机，其特征在于，所述喷药系统(I)包括: 药箱(11); 与药箱(11)连接的喷药管道(13); 设置在喷药管道(13)上的离心泵(12)； 设置在喷药管道(13)上且靠近离心泵(12)的调压阀(14)； 设置在喷药管道(13)喷药口处的喷头(15);以及 设置在喷药管道(13)靠近喷头(15)处且与所述控制系统(3)连接的电磁阀(16)。
4.根据权利要求3所述的喷药机，其特征在于，所述调压阀(14)与所述离心泵(12)的主管道连接；所述喷药管道(13)具有经所述调压阀(14)后的至少两个分管道，其中所述喷头(15)安装在所述分管道的末端。
5.根据权利要求4所述的喷药机，其特征在于，所述喷头(15)和所述电磁阀(16)的数量分别为多个。
6.根据权利要求3所述的喷药机，其特征在于，所述喷药系统(I)还包括: 设置在所述喷药管道(13)上的过滤器(17)和单向阀(18);以及 设置在所述喷药管道(13)靠近所述喷头(15)处的用于助力喷头(15)喷洒的风助系统(19)。
7.根据权利要求6所述的喷药机，其特征在于，所述风助系统(19)主要由风扇构成。
8.根据权利要求1或2所述的喷药机，其特征在于，所述控制系统(3)包括: 用于对喷药压力进行监测的压力传感器(31)； 用于人机交互的显示屏(33); 与设置在所述喷药系统(I)上的电磁阀(16)连接的固态继电器(34);以及分别与压力传感器(31)、显示屏(33)和固态继电器(34)连接的控制器(35);其中所述控制器(35 )通过放大电路(32 )与所述固态继电器(34 )的连接实现其对所述电磁阀(16)开闭的控制。
9.根据权利要求8所述的喷药机，其特征在于，所述控制器(35)为PLC控制器。
10.根据权利要求1或2所述的喷药机，其特征在于，所述探测装置(2)还包括: 人体感应装置(23);以及 安装在拖拉机上且靠近轮毂处的速度传感器(22 )。
【文档编号】A01M7/00GK203492640SQ201320630142
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】邹伟, 王秀, 马伟, 王松林, 张志强, 张睿 申请人:北京农业智能装备技术研究中心