耕种以及播种和农药喷洒一体的设备及智能农药喷洒方法与流程

本发明涉及农用机械设备，具体为耕种以及播种和农药喷洒一体的设备及智能农药喷洒方法。

背景技术：

1、在农业耕种中，现代农业已经远离了原始的刀耕火种的状态，取而代之的是采用现代化的机械设备进行现代化的耕种，采用机械设备进行耕种能极大的提高耕种效率，省时省力，有效节约人工，实现一人操作机械便能进行大片土地耕种，现有的耕种机械根据耕种的需求多式多样，有旋耕机、联合收割机、播种机、农药喷洒机、采摘机等等，其形式多样化能满足大多数土地的耕种需求，然而目前生产的机械大多是根据耕种过程中某一过程或需求独立设计的，这就导致现有的很多机械设备功能单一，尤其是在松土播种方面，传统的机械设备耕种需要使用旋耕机先对土地土壤进行翻松，然后使用播种机进行播种，然后使用肥料喷洒机进行施肥等下一步耕种，其对同一块地进行耕种时需要采购不同的机械设备，进行多次的耕种过程实施，其效率降低，多次的机械设备使用将翻松的土地压实，不利于农作物的生长，不同的设备采购增加农民的耕种成本，为此申请人根据耕种的实际需求，将耕种过程中一些过程进行整合，设计发明耕种以及播种和农药喷洒一体的设备及智能农药喷洒方法，能实现智能化的自主耕种或人工操作控制耕种，有效提高耕种效率，设备模块化设计组合使用，能实现松土、播种、喷洒农药和施肥一体化进行，有效避免机械设备对耕地进行多次碾压，有效节约能源。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了耕种以及播种和农药喷洒一体的设备及智能农药喷洒方法，通过设置模块化的旋耕模块、动力模块、农药喷洒模块和播种模块，在动力模块后端安装旋耕模块、农药喷洒模块和播种模块，动力模块、旋耕模块、农药喷洒模块和播种模块独立设置，可根据耕种实际需求进行组合使用；耕种以及播种和农药喷洒一体的设备可通过动力模块前端设置的视觉检测模块实现无人自主耕种或人工操作控制耕种，耕种以及播种和农药喷洒一体的设备的智能农药喷洒方法为动力模块控制农药喷洒模块实现智能化农药喷洒；设备模块化设计组合使用，松土、播种、喷洒农药和施肥一体化进行，避免机械设备对耕地进行多次碾压，有效节约能源。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

3、耕种以及播种和农药喷洒一体的设备，包括有旋耕模块、动力模块、农药喷洒模块和播种模块，其特征在于：所述耕种以及播种和农药喷洒一体的设备的主体为动力模块，所述动力模块后端安装旋耕模块、农药喷洒模块和播种模块，所述旋耕模块安装在动力模块尾部下端，所述农药喷洒模块设置在动力模块尾部上侧，所述播种模块拖拽设置在动力模块后端，所述旋耕模块、动力模块、农药喷洒模块和播种模块独立模块化设置，根据耕种实际需求与动力模块组合使用。

4、本发明结构进一步的改进，所述耕种以及播种和农药喷洒一体的设备设置有旋耕模块，所述旋耕模块结构设置有安装轴、固定架、旋耕电机、传动轴、传动链、转轴和旋耕片，所述旋耕模块主体结构为固定架，所述固定架两侧设置侧边板，所述固定架设置安装轴，固定架内部安装旋耕电机，所述旋耕电机上设置有传动轴，所述传动轴与固定架侧边板上的传动链相连接，所述固定架两侧边板内安装有转轴，所述转轴上安装多组旋耕片，所述传动链与转轴相连接。

5、本发明结构进一步的改进，所述耕种以及播种和农药喷洒一体的设备设置有动力模块，所述动力模块结构设置有太阳能板、驾驶舱和视觉检测模块，所述动力模块主体采用四轮拖拉机为动力源，所述动力模块中部设置驾驶舱，所述驾驶舱顶部设置有太阳能板，所述动力模块前端安装视觉检测模块，所述动力模块尾部安装有旋耕模块和农药喷洒模块。

6、本发明结构进一步的改进，所述耕种以及播种和农药喷洒一体的设备设置有农药喷洒模块，所述农药喷洒模块设置结构有药液箱、注液口、电动搅拌器、出液管和药液喷头，所述农药喷洒模块的主体结构为药液箱，所述药液箱上设置有两个注液口，注液口为注水口和注药口，所述药液箱内设置有电动搅拌器，所述药液箱底部设置有出液管，所述出液管前端设置药液喷头，所述出液管上设置有电动泵。

7、本发明结构进一步的改进，所述可智能化耕种以及播种和农药喷洒一体的设备设置有播种模块，所述播种模块设置结构有连接轴、调节杆、缓冲杆、储料仓、前导向轮、后导向轮、落料管、落料头、翻土片、混料辊电机、混料辊、车轮和机架，所述播种模块设置的主体结构为机架，所述机架前端设置调节杆，所述调节杆上部设置缓冲杆，所述调节杆前端设置连接轴，所述机架上部设置储料仓，所述储料仓内设置两组混料辊电机和混料辊，所述储料仓下部连接落料管，所述落料管上设置有落料头，所述落料头后设置有翻土片，所述落料管下部设置有后导向轮，所述后导向轮前侧设置有前导向轮，所述机架下侧中部设置有车轮。

8、本发明提供耕种以及播种和农药喷洒一体的设备的智能农药喷洒方法，具体步骤如下；

9、1)视频采集装置定位；

10、在进行农药喷洒前，首先需要将两个摄像头进行定位以保证图像角度的一致性与正确性；

11、2)双视角算法分类前置操作；

12、采用yolo算法来实现分类任务，其中用平滑l1损失坐标函数来衡量预测边界框的位置和尺寸的准确度；

13、3)双模型分类任务验证；

14、将两套分类模型最后的softmax激活后的结果按合并公式进行合并，作为总体损失函数，进行反向传播，更新模型关系；

15、4)种植物农药配比；

16、将算法预测的分类物与数据库中其农药配方对照，进行配比，向注液口注入需要得农药类型，并利用电动搅拌器进行即时搅拌，最终将搅拌好的农药放入药液箱中；

17、5)双视角算法表征体积；

18、将正前方与正上方的分类照片进行合并，提取数据，按照相对空间体积表达式进行相对空间体积计算；

19、6)种植物农药剂量计算；

20、根据不同的相对空间体积，计算出不同种植物所需要的药剂剂量大小进行喷洒；

21、7)药液喷头位置调整；

22、根据不同的相对空间体积，计算各个种植物的最佳喷洒高度，其中药液喷头3-5设定的高度值按照高度转化公式进行计算。

23、本发明方法进一步的改进，所述步骤2)中平滑l1损失坐标函数表示为：

24、

25、其中x表示预测值和真实值之间的差异，通过对预测边界框的四个坐标分别计算平滑损失，并进行加权求和，得到最终的平滑l1损失值，进行反向传递。

26、本发明方法进一步的改进，所述步骤3)中合并公式表示为：

27、θi＝xi+yi，i＝1，2，3，...

28、其中，i表示特定标签，例如分类任务需要分类a和b，i＝1时代表模型对a的置信度，i＝2时代表模型对b的置信度。其中xi代表第一套模型正前方照片对i个物体的置信度，yi代表第二套模型正上方照片对i个物体的置信度，将xi与yi进行相加，得到两个模型综合置信度θi，然后根据综合置信度给出预测标签，进行反向传播，迭代更新权重参数。

29、本发明方法进一步的改进，所述步骤5)中相对空间体积表达公式表示为：

30、v＝whh′其中，w，h分别为第一套模型所摄取的预测框的宽度与高度，h′则为第二套模型所摄取高度，根据此算法能够提炼出目标物的相对空间体积。

31、本发明方法进一步的改进，所述步骤7)中相对空间体积表达公式表示为：

32、

33、其中，δ喷头设定的高度，h为种植物最大相对空间体积vmax时，人为设定的最佳高度。v是当前种植物的相对空间体积。

34、本发明提供耕种以及播种和农药喷洒一体的设备及智能农药喷洒方法，通过设置模块化的旋耕模块、动力模块、农药喷洒模块和播种模块，在动力模块后端安装旋耕模块、农药喷洒模块和播种模块，动力模块、旋耕模块、农药喷洒模块和播种模块独立设置，可根据耕种实际需求进行组合使用；耕种以及播种和农药喷洒一体的设备可通过动力模块前端设置的视觉检测模块实现无人自主耕种或人工操作控制耕种，耕种以及播种和农药喷洒一体的设备的智能农药喷洒方法为动力模块控制农药喷洒模块实现智能化农药喷洒；设备模块化设计组合使用，松土、播种、喷洒农药和施肥一体化进行，避免机械设备对耕地进行多次碾压，有效节约能源，带来的好处是：

35、1、耕种以及播种和农药喷洒一体的设备采用模块化设计，可根据耕种实际需求进行组合使用，能实现松土、播种、喷洒农药和施肥一体化进行，有效降低设备成本，降低耕种成本；

36、2、耕种以及播种和农药喷洒一体的设备能进行智能化的自主耕种或人工操作控制耕种，自主耕种时采用北斗定位和机械视觉技术进行控制，有效提高耕种效率，耕种操作多样化；

37、3、耕种以及播种和农药喷洒一体的设备将耕种过程优化整合，能实现松土、播种、喷洒农药和施肥一体化进行，有效避免机械设备对耕地进行多次碾压，有效节约能源；

38、4、耕种以及播种和农药喷洒一体的设备可根据不同的耕种物进行调节使用，适用多种农作物的耕种，适用范围广。

39、5、耕种以及播种和农药喷洒一体的设备及智能农药喷洒方法能够实现对种植物的类型进行识别，进而对农药类型进行配比，其次能够对种植物的相对空间体积进行定量分析，确定喷洒农药的剂量。进而做到整体的高精度化的农药喷洒。

40、6、耕种以及播种和农药喷洒一体的设备及智能农药喷洒方法采用单视角yolo算法对种植物进行分类操作，提高了分类的准确性与及时性，且能够实现对不同种植物自动配比不同的农药。

41、7、耕种以及播种和农药喷洒一体的设备及智能农药喷洒方法对种植物进行相对空间体积进行预测，进而对农药剂量确定，做到不同大小的种植物，喷洒不同剂量的农药。