植株形态的精量喷雾装置的制作方法

本发明涉及一种精量喷雾装置，具体涉及一种农业技术工程领域中的一种基于植株形态的精量喷雾装置。

背景技术：

现有的精量喷雾装置大多只考虑了植株的有无，并未将植株高度作为喷雾的控制变量。在喷头喷雾角度一定的情况下，对不同高度的植株，雾滴的覆盖范围不同，这会导致药量的浪费或雾滴无法完全覆盖植株，降低雾滴的沉积率。中国发明申请号201510062346.9公开了一种发明名称为“基于舵机驱动的喷头切换装置”，包括信号采集处理单元、电磁阀、喷头、多喷头体、舵机驱动单元、固定支承单元。其针对不同高度的植株采用切换不同喷雾角度喷头的方式，这种方式虽然解决了不同高度的植株喷雾问题，但成本过高，且受限于喷雾角度的非连续性，无法精确应对不同的植株高度。现有静电喷雾技术虽然能提高雾滴的沉积率，但该方法在施药过程中雾滴穿透性能较差。

中国发明申请号201310147160.4公开了一种发明名称为“基于步进电机驱动的精量调节装置”，包括CCD摄像机、计算机、流量计、精量调节单元和步进电机驱动器。其通过植株有无及大小控制喷雾，这种方式虽然达到节约药量的目的，但在应对不同高度的植株时雾滴沉积率不高，仍然会造成药量的浪费。

技术实现要素：

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于植株形态的精量喷雾装置，旨在进一步提高沉积率，同时增加雾滴的穿透性能。

本发明采用的技术方案如下：

本发明包括底座，Γ形支架，惯性导航组件，工业相机，电机，螺杆，支架，水管，电热带组，电磁阀，喷头，温度传感器，单片机，继电器组，电机控制器；Γ形支架一边的底面垂直固定在底座上，Γ形支架一边的顶面安装电机，Γ形支架另一边的上面安装惯性导航组件，Γ形支架另一边的端面安装工业相机，Γ形支架一边的内侧面中心开有凹槽，凹槽内安装有螺杆，螺杆通过减速机构与电机的电机轴转动连接，支架水平安装在Γ形支架内，支架的一端与螺杆构成螺旋副，支架的另一端与电磁阀连接，绕有电热带组的水管安装在支架下面，水管的一端经电磁阀后与装有温度传感器的喷头连接，水管的另一端与药箱连接，螺杆的转动能实现支架的上下移动，从而调整喷头与植株间的距离；单片机分别与继电器组的一端、工业相机、惯性导航组件、温度传感器和电机控制器的一端电连接，继电器组另一端分别与电磁阀和电热带组电连接，电机控制器的另一端与电机电连接。

所述惯性导航组件为型号为MPU6050的传感器和GPS模块组合。

所述电热带组为2条或多条的电热带组成，交叉缠绕的每条电热带都贴在水管的表面。

本发明具有的有益效果是：

1)本发明是通过对植株的连续拍照及对其图像序列处理获得植株形态，从而得到有效的喷雾方法。

2)在喷施过程中通过工业相机及惯性导航组件对植株形态识别，结合惯性导航组件获得的喷雾间隔和喷头高度，进行精量喷雾，可以提高雾滴的沉积率。

3)通过温控机构对雾滴进行加热，采用控制电热带条数的加热方法，精确控制雾滴喷出前的温度，不仅增加雾滴的穿透性能，而且节省了能源。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明喷头内部结构示意图。

图3是本发明喷头高度控制示意图。

图中：1、底座，2、Γ形支架，3、惯性导航组件，4、工业相机，5、电机，6、螺杆，7、支架，8、水管，9、电热带组，10、电磁阀，11、喷头，12、温度传感器，13、单片机，14、继电器，15、电机控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、图2所示，本发明包括底座1，Γ形支架2，惯性导航组件3，工业相机4，电机5，螺杆6，支架7，水管8，电热带组9，电磁阀10，喷头11，温度传感器12，单片机13，继电器组14，电机控制器15；Γ形支架2一边的底面垂直固定在底座1上，Γ形支架2一边的顶面安装电机5，Γ形支架2另一边的上面安装惯性导航组件3，Γ形支架2另一边的端面安装工业相机4，Γ形支架2一边的内侧面中心开有凹槽，凹槽内安装有螺杆6，螺杆6通过减速机构与电机5的电机轴转动连接，支架7水平安装在Γ形支架2内，支架7的一端与螺杆6构成螺旋副，支架7的另一端与电磁阀10连接，绕有电热带组9的水管8安装在支架7下面，水管8的一端经电磁阀10后与装有温度传感器12的喷头11连接，水管8的另一端与药箱连接，螺杆6的转动能实现支架7的上下移动，从而调整喷头11与植株间的距离；单片机13分别与继电器组14的一端、工业相机4、惯性导航组件3、温度传感器12和电机控制器15的一端电连接，继电器组14另一端分别与电磁阀10和电热带组9电连接，电机控制器15的另一端与电机5电连接。

所述惯性导航组件3为型号为MPU6050的传感器和GPS模块组合。

所述电热带组9为2条或多条的电热带组成，交叉缠绕的每条电热带都贴在水管8的表面，在电热带组9外包覆铝胶带进行保温。

本发明的工作原理：

本发明的控制方法包括基于视觉机构的植株形态特征获取方法和基于温控机构的喷雾液体的分组加热方法。

1)基于视觉机构的植株形态特征获取方法：

如图2所示，计算公式给出植株高度h及从工业相机采集图像到喷头喷雾之间的时间间隔t：

$h=H-\frac{2LF}{{\mathrm{AT}}^2-2L}$

$t=\frac{S}{AT}$

式中：A-喷雾装置加速度矢量和；L-工业相机所得两幅图像中植株叶片上匹配点的距离；F-工业相机焦距；S-工业相机镜头中心与喷头中心间水平距离；T-工业相机两次拍摄之间的时间间隔；H-工业相机底面与底座距离；

如图3所示，在计算出植株高度h及时间间隔t后，通过下面公式计算需要的喷头高度l；

$l=\frac{d}{2tan(\mathrm{\θ}/2)}+h.$

式中：d-通过图像得出的植株叶片宽度，θ-喷头的喷雾角度，然后控制电机调整喷头高度l。

2)基于温控机构的喷雾液体的分条加热方法：

根据温度传感器12所测的喷雾液体的出口温度T₀及所需的喷雾液体理想温度T₁，决定加热功率大小，并控制电热带组9内电热带加热工作的条数。具体计算公式如下：

设：水管8长j、半径r，喷雾液体的流速v、喷雾液体的密度ρ、比热容C_p，加热液体所需的电热带功率Q为：

Q＝C_p(T₁-T₀)(πr²ρj/v)

设一条电热带的功率为Q₁，则根据温度传感器12检测给出的液体出口温度T₀，利用上式可以计算得到加热到喷雾液体理想温度T₁所需的电热带条数n。

n＝Q/Q₁

如果n≤1,则只需一条加热；如果1＜n≤2,则需二条加热。

使用时将本装置安装在行走底盘上，通过惯性导航组件获得行走底盘的加速度矢量和值，计算出植株高度及时间间隔，通过植株高度控制电机调整喷头高度；并根据工业相机获得的植株有无，决定喷雾与否。根据温度传感器所得的温度，控制电热带组内电热带工作的条数，从而精确控制雾滴喷出前的温度。

使用本发明时须注意各个物理量的量纲，即要量纲统一。如采用国际单位制SI，基本量纲为：毫米(mm)，千克(kg)，秒(s)。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。