一种基于高架轨道的温室大棚喷药装置

本实用新型涉及一种基于高架轨道的温室大棚喷药装置，属于智能农业技术领域。

背景技术：

大棚喷药是农业过程中的一个重要环节，为保证大棚蔬菜的产出质量，必要时要在蔬菜的整个生长周期内进行多次喷药。喷洒农药是解决蔬菜病虫危害的主要手段，对于小型蔬菜大棚，我国目前仍主要采用人工进行喷药，随之而来的农药对人体的伤害日趋严重，农药中毒会导致人体神经麻痹乃至死亡，对人体危害极大。在喷药作业中，使农药不与人直接接触，且喷药均匀，使其刚好达到灭虫效果，减少农药用量，保护自然环境尤为重要。为减少农药对人体造成的伤害，减少农药用量，提高农药利用率，开发一种简单可靠、成本低廉的小型自动喷药机具有重要的意义。

目前市面上的喷药装置，一般分为上部喷药和底部喷药。大型农场温室大棚一般都是铺设管道，从大棚顶部铺设管道喷淋，或者借用底部管道喷淋。但是从顶部铺设管道喷淋，需要铺设管道非常多，成本高昂，并且，两种喷药方式的喷淋的时间非常不好控制，经常会发生前面的喷了十几分钟，后面的喷淋才刚开始，喷淋的角度从上到下，也会发生上面的叶子挡住，下面的喷不到的情况。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提出一种基于高架轨道的温室大棚喷药装置，在高架轨道上喷药，喷药更为均匀。

本实用新型采用以下技术方案：

一种基于高架轨道的温室大棚喷药装置，包括高架轨道以及设置在高架轨道上的喷药车；

所述高架轨道包括多条设置于两种植垄之间的直线轨道，多个直线轨道之间通过曲线轨道平顺连接形成一闭合轨道，所述喷药车能够在该闭合轨道上移动，所述闭合轨道上设置有端点，该端点位于大棚入口处(优选端点距离大棚入口5～10m)；

本实用新型中，闭合轨道从端点处开始设置，在两种植垄之间设置的是直线轨道，两直线轨道之间通过一平顺的圆弧形曲线轨道连接，在闭合轨道的终点和起点附近，优选采用一过渡曲线轨道平顺连接(如图1中的虚线处)，以形成一个平顺的闭合轨道，在该轨道上，喷药车能够平顺行走；

所述喷药车包括车轮和车体，所述车体上设置有药箱、喷杆和控制箱，所述喷杆的数量为至少两个，对称设置于车体两侧，分别用于对准两侧的种植垄，每个喷杆的长度大于等于种植垄的蔬菜高度，喷杆上均匀设置有多个喷嘴，以尽可能多的将农药喷洒在蔬菜的各个高度上，所述药箱底部通过管道连接喷杆，所述管道上设置有电磁阀和水泵电机，电磁阀用于控制管道通断，水泵电机用于输送液体，所述药箱内设置有液位计，用于测定药箱内液体的液位高度；

所述控制箱内设置有主控制器、小车电机、电池组、逆变器、交流接触器a和交流接触器b，控制箱上设置有报警灯，所述电池组经逆变器分别连接交流接触器a和交流接触器b，交流接触器a和交流接触器b分别与小车电机和水泵电机连接；所述主控制器分别连接电池组、报警灯、交流接触器a、交流接触器b、电磁阀和液位计，所述电池组与报警灯连接，用于为报警灯供电，电磁阀可调节喷嘴流量。

本实用新型的端点也可称为起点/终点，电池组通过与逆变器连接，变换出220v交流电，经过交流接触器a和交流接触器b分别给小车电机和水泵电机等供电，在工作时，喷药车首先上电，在端点处开始以一定的速度行走，此时主控制器分别通过交流接触器a和交流接触器b可以控制小车电机和水泵电机工作，同时控制电磁阀开关，驱动车轮转动和喷嘴喷药，边走边喷药；

药箱内的液位计实时监控液位高度，当液位高度低于最低限时，液位计将信号传递给主控制器，主控制器控制报警灯亮，以及小车电机和水泵电机工作停止工作，进行加药，加药至液位高度达到上限时，停止加药，主控制器控制报警灯灭，喷药车继续行走和喷药，当再次到达端点时，喷药结束。

优选的，所述高架轨道的高度h高于所种植的蔬菜高度，优选为2.5米。

优选的，所述高架轨道包括支撑立柱以及位于支撑立柱上的轨道，所述轨道截面为工字形，所述喷药车的两侧车轮嵌在工字形轨道上，车轮与工字形轨道配合，在喷药车前进过程中，保证不会掉落。

进一步的，在直线轨道上，可以在直线导轨的两端分别设置一支撑立柱，或者每隔5-10m设置一支撑立柱，在曲线轨道上，可以每隔2-5m设置一个支撑立柱，支撑立柱的设置可根据实际需要灵活设置，只要保证能够支撑高架轨道即可。

优选的，所述喷嘴喷出液体的方向与喷杆呈90°，所述喷杆通过螺栓固定于车体两侧，由于喷杆通过螺栓固定连接，可通过松紧螺栓来实现喷杆角度的调节。

优选的，喷杆偏离竖直方向的夹角α为30°～45°，这样喷出液体的方向可以沿斜上方喷出，利于喷药均匀。

优选的，所述喷杆的数量为四个，每一侧各两个。

优选的，为了实现自动停喷，以免药液浪费，车体的前方下部设置有摄像头，所述摄像头通过usb与主控制器连接，并且，每一直线轨道的起点和终点处均设置有数字相同的数字贴纸，多条直线轨道上的数字依次排序，如离端点最近的第一条直线轨道的起点和终点处均设置有标有01的数字贴纸，为了较为醒目，数字贴纸上的数字可以黄底红字标注，第二条直线轨道的起点和终点处均设置有标有02的数字贴纸，依次类推，最多可识别至99，当摄像头第一次识别到数字01时(即喷药车行驶到第一条直线轨道的起点)，将信号传递至主控制器，主控制器控制电磁阀和水泵电机工作，喷嘴开始喷药，当第二次识别到数字01时，主控制器则控制电磁阀和水泵电机停止工作，喷嘴停止喷药；喷药车继续行驶，当摄像头第一次识别数字02时(即喷药车行驶到第二条直线轨道的起点)，将信号传递至主控制器，主控制器控制电磁阀和水泵电机工作，喷嘴开始喷药，当第二次识别到数字02时，主控制器则控制电磁阀和水泵电机停止工作，喷嘴停止喷药，依次类推，这种工作方式，能够自动停喷，使得喷药只在种植垄之间进行，在曲线轨道上不喷药，节约药液，以防污染地面。

本实用新型中的摄像头距离闭合轨道的距离以能够识黑白间隔带和数字贴纸为准。

优选的，所述闭合轨道上从端点开始涂装有黑白相间的间隔带，间隔带的长度为10cm，即每隔10cm变色，如从端点的第一个10cm为黑色，然后第二个10cm为白色，依次设置，端点处设置有数字00的数字贴纸，00表示加水位置，所述端点处设置有加药装置，当喷药车停在端点处时，加药装置的出液口对准药箱的进口。

本实用新型中的摄像头距离闭合轨道的距离以能够识黑白相间的间隔带和数字贴纸为准。

控制箱上设置有工作指示灯，工作指示灯与主控制器连接，正常喷药时，工作指示灯亮，喷药车在行走时，摄像头会自动识别黑白相间的间隔带，并实时计数，即得到距离端点的实时位置，当液位计检测到药液低于下限时，首先停止喷药，工作指示灯熄灭，主控制器控制小车电机反转，退回至端点处，摄像头识别到00即停止，加药装置开始加药，当液位计检测到药液高于上限时，停止加药，此处主控制器控制小车电机正转，喷药车根据记录的位置回到原喷药处，继续喷药，实现断点续喷，此时工作指示灯亮，直至喷药完成。

优选的，所述主控制器为stm32单片机stm32f103vet6，stm32f103系列单片机是意法半导体公司生产的32位单片机芯片，工作频率72mhz，它拥有512kbflash存储器和65kbsram，拥有80个gpio口，3个串口，能满足需求，主控制器处理摄像头信息，并通过控制小车电机实现装置前进后退，控制水泵电机实现喷药，控制电磁阀等，并和以太网模块通讯实现网络远程控制，遥控模块实现遥控控制。

所述电池组采用天能帅福得能源股份有限公司的48v锂电池组，型号为t动力48v15ah；

所述逆变器采用深圳山特电源有限公司的逆变器，型号为c2k_2kva，用来将电池组转换为电机适用220v电压；

所述小车电机采用采用浙江格欣机电有限公司的380v，1.5kw电机，型号为ye2；

所述水泵电机采用靖江市格兰富泵阀制造有限公司的cdl/cdlf轻型立式多级泵离心泵，型号为f2-120；

所述交流接触器a、交流接触器b均采用中国德力西控股集团的交流接触器，型号为cjx2-1210；

所述摄像头采用深圳海康威视科技有限公司的摄像头，型号为mv-ca060-1110gc；

所述电磁阀采用宁波艾尔派克液压阀有限公司电磁阀，型号为dn15；

所述液位计采用威海精讯畅通电子科技有限公司、型号为jxbs-3001-yw的液位计。

优选的，所述主控制器连接有以太网通讯模块，主控制器与以太网通讯模块通过gpio口连接，以太网通讯模块与远程服务器连接。

以太网通讯模块优选采用usr_tcp232_t2模块，stm32f103vet6通过pa9，pa10管脚和usr_tcp232_t2管脚相连，并且将信号转换成tcp/ip协议，和远程服务器进行通讯。以外网模块主要用于通过互联网，和远程服务器数据库通讯，采用远程移动设备比如手机控制，这样，就可以真正实现远程无人值守。

优选的，所述主控制器连接有遥控模块，主控制器与遥控模块通过gpio口连接，主控制器与液位计之间采用rs485通讯连接；

遥控模块优选采用si4432模块，主控制器stm32f103vet6通过pb0，pa4，pa5，pa6，pa7管脚和si4432管脚相连，并且将信号转换成无线信号协议，和遥控模块通过无线通讯。本实用新型的遥控操作距离可以达到500米，基本上大棚内都可以使用，遥控器有遥控一键运行，手动前进，手动后退，手动喷水，手动加水等功能，遥控器主要用于没有网络的情况下较远距离手动操作。

本实用新型未详尽之处，均可采用现有技术。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型的基于高架轨道的温室大棚喷药装置，喷药车在高架轨道上行走，边走边喷，并且，每个喷杆的长度大于等于种植垄的蔬菜高度，喷杆上沿喷杆长度均匀设置有多个喷嘴，使得喷药更为均匀。

本实用新型通过主控制器可实现自动喷药，并能够实时监控药箱内的液位高度，当液位高度低于下限时，报警灯亮，可及时加药。

另外，本实用新型还可以实现自动停喷、断点续喷、自动补药，并可通过以太网模块采用远程移动设备控制，以及遥控控制。

附图说明

图1为本实用新型的高架轨道布设俯视示意图；

图2为本实用新型的喷药车结构示意图；

图3为本实用新型主控制器的连接关系示意图；

图4为本实用新型高架轨道的结构示意图。

其中，1-控制箱，2-电池组，3-逆变器，4-小车电机，5-摄像头，6-喷杆，7-药箱，8-电磁阀，9-水泵电机，10-液位计，11-主控制器，12-以太网通讯模块，13-遥控模块，14-交流接触器a，15-交流接触器b，16-车轮，17-喷嘴，18-支撑立柱。

具体实施方式：

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本实用新型未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1：

一种基于高架轨道的温室大棚喷药装置，如图1～4所示，包括高架轨道以及设置在高架轨道上的喷药车；

高架轨道包括多条设置于两种植垄之间的直线轨道，多个直线轨道之间通过曲线轨道平顺连接形成一闭合轨道，喷药车能够在该闭合轨道上移动，闭合轨道上设置有端点，该端点位于大棚入口处，端点距离大棚入口5m；

本实用新型中，闭合轨道从端点处开始设置，在两种植垄之间设置的是直线轨道，两直线轨道之间通过一平顺的圆弧形曲线轨道连接，在闭合轨道的终点和起点附近，优选采用一过渡曲线轨道平顺连接(如图1中的虚线处)，以形成一个平顺的闭合轨道，在该轨道上，喷药车能够平顺行走；

喷药车包括车轮16和车体，车体上设置有药箱7、喷杆6和控制箱1，喷杆6的数量为四个，对称设置于车体两侧，每一侧各两个，分别用于对准两侧的种植垄，每个喷杆的长度等于种植垄的蔬菜高度，喷杆6上均匀设置有多个喷嘴17，以尽可能多的将农药喷洒在蔬菜的各个高度上，药箱7底部通过管道连接喷杆6，管道上设置有电磁阀8和水泵电机9，电磁阀8用于控制管道通断，水泵电机9用于输送液体，药箱7内设置有液位计10，用于测定药箱7内液体的液位高度；

控制箱2内设置有主控制器11、小车电机4、电池组2、逆变器3、交流接触器a14和交流接触器b15，控制箱2上设置有报警灯，电池组2经逆变器3分别连接交流接触器a14和交流接触器b15，交流接触器a14和交流接触器b15分别与小车电机4和水泵电机9连接；主控制器11分别连接电池组2、报警灯、交流接触器a14、交流接触器b15、电磁阀8和液位计10，电池组2与报警灯连接，用于为报警灯供电，电磁阀8可调节喷嘴流量。

本实用新型的端点也可称为起点/终点，电池组2通过与逆变器3连接，变换出220v交流电，经过交流接触器a和交流接触器b分别给小车电机4和水泵电机9等供电，在工作时，喷药车首先上电，在端点处开始以一定的速度行走，此时主控制器分别通过交流接触器a和交流接触器b可以控制小车电机和水泵电机工作，同时控制电磁阀，驱动车轮转动和喷嘴喷药，边走边喷药；

药箱内的液位计10实时监控液位高度，当液位高度低于最低限时，液位计将信号传递给主控制器11，主控制器11控制报警灯亮，以及小车电机和水泵电机工作停止工作，进行加药，加药至液位高度达到上限时，停止加药，主控制器控制报警灯灭，喷药车继续行走和喷药，当再次到达端点时，喷药结束。

实施例2：

一种基于高架轨道的温室大棚喷药装置，结构如实施例1所示，所不同的是，如图4所示，高架轨道的高度h高于所种植的蔬菜高度；

本实施例中h为2.5米。

实施例3：

一种基于高架轨道的温室大棚喷药装置，结构如实施例1所示，所不同的是，高架轨道包括支撑立柱18以及位于支撑立柱上的轨道，轨道截面为工字形，喷药车的两侧车轮16嵌在工字形轨道上，车轮与工字形轨道配合，在喷药车前进过程中，保证不会掉落，如图4所示。

在直线轨道上，可以在直线导轨的两端分别设置一支撑立柱，或者每隔5-10m设置一支撑立柱，在曲线轨道上，可以每隔2-5m设置一个支撑立柱，支撑立柱的设置可根据实际需要灵活设置，只要保证能够支撑高架轨道即可。

实施例4：

一种基于高架轨道的温室大棚喷药装置，结构如实施例1所示，所不同的是，喷嘴17喷出液体的方向与喷杆6呈90°，喷杆6通过螺栓固定于车体两侧，由于喷杆通过螺栓固定连接，可通过松紧螺栓来实现喷杆角度的调节。

喷杆6偏离竖直方向的夹角α为30°，这样喷出液体的方向可以沿斜上方喷出，利于喷药均匀。

实施例5：

一种基于高架轨道的温室大棚喷药装置，结构如实施例1所示，所不同的是，为了实现自动停喷，以免药液浪费，车体的前方下部设置有摄像头5，摄像头5通过usb与主控制器11连接，并且，每一直线轨道的起点和终点处均设置有数字相同的数字贴纸，多条直线轨道上的数字依次排序，如离端点最近的第一条直线轨道的起点和终点处均设置有标有01的数字贴纸，为了较为醒目，数字贴纸上的数字可以黄底红字标注，第二条直线轨道的起点和终点处均设置有标有02的数字贴纸，依次类推，最多可识别至99，当摄像头第一次识别到数字01时(即喷药车行驶到第一条直线轨道的起点)，将信号传递至主控制器，主控制器控制电磁阀和水泵电机工作，喷嘴开始喷药，当第二次识别到数字01时，主控制器则控制电磁阀和水泵电机停止工作，喷嘴停止喷药；喷药车继续行驶，当摄像头第一次识别数字02时(即喷药车行驶到第二条直线轨道的起点)，将信号传递至主控制器，主控制器控制电磁阀和水泵电机工作，喷嘴开始喷药，当第二次识别到数字02时，主控制器则控制电磁阀和水泵电机停止工作，喷嘴停止喷药，依次类推，这种工作方式，能够自动停喷，使得喷药只在种植垄之间进行，在曲线轨道上不喷药，节约药液，以防污染地面。

本实用新型中的摄像头距离闭合轨道的距离以能够识黑白间隔带和数字贴纸为准。

优选的，所述闭合轨道上从端点开始涂装有黑白相间的间隔带，间隔带的长度为10cm，即每隔10cm变色，如从端点的第一个10cm为黑色，然后第二个10cm为白色，依次设置，端点处设置有数字00的数字贴纸，00表示加水位置，所述端点处设置有加药装置，当喷药车停在端点处时，加药装置的出液口对准药箱的进口。

本实用新型中的摄像头距离闭合轨道的距离以能够识黑白相间的间隔带和数字贴纸为准。

控制箱上设置有工作指示灯，工作指示灯与主控制器连接，正常喷药时，工作指示灯亮，喷药车在行走时，摄像头会自动识别黑白相间的间隔带，并实时计数，即得到距离端点的实时位置，当液位计检测到药液低于下限时，首先停止喷药，工作指示灯熄灭，主控制器控制小车电机反转，退回至端点处，摄像头识别到00即停止，加药装置开始加药，当液位计检测到药液高于上限时，停止加药，此处主控制器控制小车电机正转，喷药车根据记录的位置回到原喷药处，继续喷药，实现断点续喷，此时工作指示灯亮，直至喷药完成。

实施例6：

一种基于高架轨道的温室大棚喷药装置，结构如实施例1所示，所不同的是，主控制器11为stm32单片机stm32f103vet6；

电池组2采用天能帅福得能源股份有限公司的48v锂电池组，型号为t动力48v15ah；

逆变器3采用深圳山特电源有限公司的逆变器，型号为c2k_2kva，用来将电池组转换为电机适用220v电压；

小车电机4采用采用浙江格欣机电有限公司的380v，1.5kw电机，型号为ye2；

水泵电机9采用靖江市格兰富泵阀制造有限公司的cdl/cdlf轻型立式多级泵离心泵，型号为f2-120；

交流接触器a14、交流接触器b15均采用中国德力西控股集团的交流接触器，型号为cjx2-1210；

摄像头5采用深圳海康威视科技有限公司的摄像头，型号为mv-ca060-1110gc；

电磁阀8采用宁波艾尔派克液压阀有限公司电磁阀，型号为dn15；

液位计10采用威海精讯畅通电子科技有限公司、型号为jxbs-3001-yw的液位计。

实施例7：

一种基于高架轨道的温室大棚喷药装置，结构如实施例1所示，所不同的是，主控制器11连接有以太网通讯模块12，主控制器11与以太网通讯模块12通过gpio口连接，以太网通讯模块12与远程服务器连接。

以太网通讯模块优选采用usr_tcp232_t2模块，stm32f103vet6通过pa9，pa10管脚和usr_tcp232_t2管脚相连，并且将信号转换成tcp/ip协议，和远程服务器进行通讯。以外网模块主要用于通过互联网，和远程服务器数据库通讯，采用远程移动设备比如手机控制，这样，就可以真正实现远程无人值守。

实施例8：

一种基于高架轨道的温室大棚喷药装置，结构如实施例1所示，所不同的是，主控制器11连接有遥控模块13，主控制器11与遥控模块13通过gpio口连接，主控制器11与液位计10之间采用rs485通讯连接。

遥控模块13采用si4432模块，主控制器stm32f103vet6通过pb0，pa4，pa5，pa6，pa7管脚和si4432管脚相连，并且将信号转换成无线信号协议，和遥控模块通过无线通讯。本实用新型的遥控操作距离可以达到500米，基本上大棚内都可以使用，遥控器有遥控一键运行，手动前进，手动后退，手动喷水，手动加水等功能，遥控器主要用于没有网络的情况下较远距离手动操作。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。