专利名称：压力式变量施药喷雾机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种压力式变量施药喷雾机，尤其是各喷雾单元喷雾压力能独立调节且自动对靶变量施药的机动喷雾机，应用于农药或杀菌剂等药液的喷施作业，属于植保机械领域。
背景技术：
目前应用于农药或杀菌剂等药液喷施作业的普通型机动喷雾机，适应大面积作业，功效高，在作业过程中各喷雾单元的喷头在喷幅内全面积定量连续喷洒，使所投放农药的有效性难以保证，造成药液的浪费和环境污染；若要改变喷施剂量只能采用更换或者转换成不同喷量喷头的方法来实现。另有一种智能型喷雾机，可根据施药目标的有、无进行选择性对靶喷洒，例如Slaughter D.C.等(Journal of Transportation EngineeringVol.125，No.4，1999)研制了一种用于公路两侧地带间歇喷洒除草剂的机器系统，该系统主要由一个机器视觉系统和一个快速响应间歇喷雾系统组成，实时采集图像并根据杂草的有、无进行间歇的喷洒除草剂；Sadjadi；Firooz.A等(United State Patent.March 4，1997)发明了一种杂草快速识别机器系统，通过执行机构控制喷头进行选择性喷雾，但不能根据施药目标的特征变化和机组行走速度的变化自动调节喷施剂量，Doruchowski，Graeorz等(Proceedings of SPIE 1998)研制了一种用于果园和田间除草的选择性喷雾机器系统，该装置由光学探测系统和喷雾系统组成，每个喷雾单元上配置了一套光学探测器，探测器发出两束不同波长的光(670nm和750nm)，利用叶绿素反射光的差异判别目标的有、无，从而通过电子螺旋管阀控制喷雾单元进行喷雾和停喷；Giles，D.K.etal(Digital control offlow rate and spray droplet size from agricultuaral nozzles forprecision Agriculture，729-738)使用电子螺旋管阀进行施药量的控制，运用脉冲宽度调节的方法，通过阀门每秒钟开闭次数的多少来调节流量，但结构较复杂；J.Kunavat，J.K.schueller等(Trans of theASAE，2000，43(4)829-837)对原有空气收缩阀进行了改进，以适应单个喷头的流量控制，但需另配备一套压缩空气供给系统，成本高；美国喷雾公司(Spraying Systems Co.)采用改变喷雾压力的方法，以增大压力来增加喷量，但所有喷雾单元的工作压力由同一个溢流阀调节，各喷雾单元的工作压力不能独立调节，也不能独立变量喷药。
实用新型内容为了克服现有的普通型机动喷雾机作业过程中所有喷雾单元的喷头在喷幅内只能全面积定量连续喷洒和现有智能型喷雾机结构复杂等不足，本实用新型提供一种压力式变量施药喷雾机，该喷雾机能根据施药目标的有、无各喷雾单元自动对靶施药，而且能根据施药目标的特征变化和机组行走速度的变化自动调节喷施剂量，结构简单。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的一种压力式变量施药喷雾机，由给药装置、对靶装置和控制装置相互连接组成；电源分别和给药装置、对靶装置以及控制装置连接，为各个装置提供电源；其中，给药装置包括用于盛放药剂的药箱、给药泵和通过管路相互并联的多个喷雾单元；给药泵通过管路串接在药箱和喷雾单元之间，它的作用是将药箱中的药液输送到各喷雾单元。为了使各喷雾单元到给药泵之间的压力稳定，在药箱和给药泵的出口之间还设有溢流管路，该溢流管路中串设有溢流控制单元；通过溢流控制单元的开或关，使溢流管路通或断，从而达到控制各喷雾单元到给药泵之间压力稳定的目的。
对靶装置为图像采集装置，该装置与喷雾单元相对应设置，最优的设置为一个图像采集装置对应一喷雾单元；该图像采集装置装设在喷雾单元的前方，通过信号线和控制装置连接；所述的控制装置至少由计算机、输入输出单元和图像采集卡连接构成，该图像采集卡和输入输出单元分别通过相应的数据信号和控制信号(例如以总线的形式)与计算机连接；给药泵、溢流控制单元与该控制装置的输入输出单元电气连接；对靶装置的输出信号也连接到图像采集卡的输入端口。
本实用新型的一个重要的特点是所述的喷雾单元由通过管路依次连接的比例减压阀、开关电磁阀、喷药杆和压力传感器构成；其中，喷药杆上设有一个以上的压力式变量喷头；比例减压阀、开关电磁阀和压力传感器分别和控制装置的输入输出单元进行电连接。当图像采集单元采集到被喷施药剂对象及其密度时，采集信号被传送到计算机内，该计算机根据预先设定的喷药控制量，控制输入输出单元的输出端口的信号改变，进而通过控制比例减压阀、开关电磁阀的动作，改变各个喷药单元管路中的药液压力，进而影响到压力式变量喷头所喷出的药量改变，达到变量喷施药液的目的。
为了使药液均匀，在药箱和给药泵的出口之间还进一步设有搅拌回路，该搅拌回路中设有在喷雾单元停止工作时开启并用于通过药液循环达到搅拌药箱中药液的搅拌阀，所述搅拌阀和控制装置的输入输出单元电连接。当不进行喷施药液工作时，可以开启搅拌阀，通过给药泵的作用，产生一个药液循环，致使药液不会发生沉淀等现象，保持药液均匀。当开启喷雾单元时，则将该搅拌阀关闭，药液依然进入各个喷雾单元。
为了使喷药量不受喷雾机械运动速度的影响，所述的对靶装置还进一步设有用于测量喷雾机运动速度的速度传感器，该速度传感器探测喷雾机的运动速度，并将该速度输出信号连接到控制装置的输入输出单元，进一步输入到计算机中，计算机根据采集到的速度信号和预设的匹配数据，控制比例减压阀的动作，改变供药液的压力，达到更好的变量供药效果。
一般而言，可以采用CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)摄像机采集被喷施对象的图像信息，该摄像机与喷雾单元的距离至少为2M。另外，在药箱和药泵之间的管路中还可以进一步串设用于过滤药液中杂质、保护喷头的过滤器，达到保护管路和喷头的目的。
另外，在每个喷雾单元上设置的压力传感器和流量传感器用于将各个喷雾单元中药液的压力信号和流量信号采集到计算机中，计算机根据该压力信号和流量信号，分别通过控制不同的比例减压阀的动作，使得各个喷雾单元中的药液压力控制在合适的范围之中。
上述的给药泵传动机构和动力源连接，该传动机构为变速箱或皮带轮，在具体的应用上，可以利用承载喷雾机的设备，例如拖拉机等，作为给药泵提供动力的动力源，或者，直接利用电动机作为该给药泵的动力源。
通过上述技术方案可知该喷雾机各喷雾单元不仅能根据施药目标的有、无自动对靶施药，减少药液的浪费和环境污染，而且能根据施药目标的特征变化和机组行走速度的变化自动调节喷施剂量，提高所投放药液的有效性。
图1是本实用新型具有两个喷雾单元的结构示意图；图2是本实用新型具有五个喷雾单元的职能符号图；图3是本实用新型电磁阀驱动电路的原理图。
具体实施方式
以下，结合具体实施例并参照附图，对本实用新型做进一步的详细说明。
参照图1、图2及图3，各个喷雾单元均对应配置一个CCD摄像机8，安装在喷雾机的前方，并通过缆线与放置在嵌入式计算机9中的图像采集卡相连接。压力传感器13、流量传感器12安装在每个喷雾单元的管路上，和安装在喷雾机组一侧的速度传感器7通过缆线与设置在嵌入式计算机9中的输入输出(I/O)模块相连接，溢流阀6安装在主管路上。比例减压阀11与流量传感器12及电磁阀14依次串接在每个喷雾单元的管路上，压力传感器13安装在喷药杆15上。搅拌阀5、溢流阀6与每个喷雾单元的比例减压阀11、电磁阀14通过缆线与放置在嵌入式计算机9中的I/O模块相连接。电源10通过缆线与嵌入式计算机9相连接。搅拌阀5安装在一分支管路上，打开搅拌阀5，可对药箱1内药液进行搅拌；喷洒作业中，则将搅拌阀5关闭。
喷雾过程中，给药泵4通过传动机构和承载本实用新型的农业机械设备(例如拖拉机、播种机等)的动力部分连接，其工作压力由嵌入式计算机9控制溢流阀6的动作实现。各喷雾单元的工作压力则由安装在每个喷雾单元上的比例减压阀11来调节，具体是通过嵌入式计算机9单独进行调节，各喷雾单元的工作压力互不干扰。喷头16安装在喷杆15上，喷杆15配置在喷雾机后方，并与CCD摄像机保持2m以上的距离。
图中计算机是基于PC/104总线的嵌入式计算机系统，配置有四层模块，依次为图像采集模块、CPU处理单元、电源模块和I/O模块。
电源模块采用专为移动交通工具和嵌入应用设计的PC/104总线的(JUPITER-MM)电源模块。
图像采集模块是市售的、基于周边元件扩展接口PCI总线的高速图像采集卡(SysExpanModule/VCM)，输入的视频信号，经数字解码器，模/数转换器，比例缩放，裁剪，色空变换等处理，通过PCI总线传到VGA显示卡实时显示后，传到计算机内存实时存储。
在本实施例中，CPU处理单元采用的是盛博公司生产的SCM/SPT模块，其CPU是一片X86兼容的64位第六代处理器，最高运行速度可达300MHz，在板内支持最大128M 3.3V SDRAM，其图形处理器可支持各种LCD及TFT显示屏，2M内置显存支持至1280×1024种颜色，同时在板上支持PS/2键盘、PS/2鼠标、EIDE接口、Floppy接口、两串一并接口、CF卡插座、USB、IrDa、Watchdog，SCM/SPT模块遵从PC/104+标准，提供PC/104总线。
I/O模块采用的是符合PC/104总线规格的ADT200/ADT600模块。该模块具有以下特点(1)8路双端或16路单端模拟输入通道；12位，20微秒模/数(A/D)转换器；±5V，±10V，或0到+10V模拟输入量程；可用电阻配置增益；(2)24通道基于TTL/CMOS 71055芯片的可编程数字量I/O；(3)三个独立的16位8MHz定时器/计数器可采集频率信号。
压力传感器接I/O模块双端模拟量输入端，并在输入端跨接5K精密电阻(将压力传感器4～20mA电流输出转换到I/O模块模拟量输入端需要的0～10V范围内)，流量传感器和速度传感器接I/O模块的频率量输入端。
参照图3，I/O模块的5个数字量输出端接电磁阀驱动电路的5个输入端，电磁阀驱动电路相应的5个输出端接电磁阀，COM端接电源。
作业过程中，溢流阀6通过嵌入式计算机9调节主管路的压力并保持一定值，CCD摄像机8将实时采集的图像信号通过图像采集卡送入嵌入式计算机9进行处理，压力传感器13、流量传感器12、速度传感器7同步将辅助信号通过I/O模块送入嵌入式计算机9进行处理，嵌入式计算机9将处理结果通过I/O模块把开关信号发送到安装在每个喷雾单元上的电磁阀14，电磁阀14动作实现各喷雾单元喷雾和停喷，嵌入式计算机9将施药剂量信号通过I/O模块发送给各喷雾单元上的比例减压阀11，比例减压阀11调节各喷雾单元的工作压力并通过压力式变量喷头16实现变量喷雾。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种压力式变量施药喷雾机，由给药装置、对靶装置和控制装置相互连接组成；电源分别和给药装置、对靶装置以及控制装置连接；其中，给药装置包括药箱、给药泵和通过管路相互并联的多个喷雾单元；给药泵通过管路串接在药箱和喷雾单元之间；在药箱和给药泵的出口之间设有溢流管路，该溢流管路中串设有溢流控制单元；对靶装置为图像采集装置，该装置与喷雾单元相对应，并装设在喷雾单元的前方，通过信号线和控制装置连接；控制装置至少由计算机、输入输出单元和图像采集卡连接构成，该图像采集卡和输入输出单元分别通过相应的数据信号和控制信号与计算机连接；溢流控制单元与控制装置的输入输出端单元电气连接；对靶装置的输出信号连接到图像采集卡的输入端口。其特征在于所述的喷雾单元由通过管路依次连接的比例减压阀、开关电磁阀、喷药杆和压力传感器构成；其中，喷药杆上设有一个以上的压力式变量喷头；比例减压阀、开关电磁阀和压力传感器分别和控制装置的输入输出单元进行电连接。
2.根据权利要求1所述的压力式变量施药喷雾机，其特征在于所述的喷雾单元中还串设有流量传感器，该流量传感器的输入输出信号连接到输入输出单元。
3.根据权利要求1所述的压力式变量施药喷雾机，其特征在于所述的药箱和给药泵的出口之间还进一步设有搅拌回路，该搅拌回路中设有在喷雾单元停止工作时开启并用于通过药液循环达到搅拌药箱中药液的搅拌阀，该搅拌阀和控制装置的输入输出单元电连接。
4.根据权利要求1所述的压力式变量施药喷雾机，其特征在于所述的对靶装置还进一步设有用于测量喷雾机运动速度的速度传感器，所述速度传感器的输出信号连接到控制装置的输入输出单元。
5.根据权利要求1所述的压力式变量施药喷雾机，其特征在于所述的图像采集装置是CCD摄像机，该摄像机与喷雾单元的距离至少为2M。
6.根据权利要求1所述的压力式变量施药喷雾机，其特征在于在药箱和药泵之间的管路中还进一步串设有用于过滤药液中杂质、保护喷头的过滤器。
7.根据权利要求1所述的压力式变量施药喷雾机，其特征在于所述的给药泵传动机构和动力源连接，该传动机构为变速箱或皮带轮，该动力源为承载喷雾机的动力设备或电动机。
专利摘要本实用新型公开了一种压力式变量施药喷雾机，由给药装置、对靶装置和控制装置相互连接组成；电源分别和给药装置、对靶装置以及控制装置连接；给药装置包括药箱、给药泵和通过管路相互并联的多个喷雾单元；该喷雾单元由通过管路依次连接的比例减压阀、开关电磁阀、喷药杆和压力传感器构成；其中，喷药杆上设有一个以上的压力式变量喷头；比例减压阀、开关电磁阀和压力传感器分别和控制装置的输入输出单元进行电连接。通过上述技术方案，该喷雾机不仅能根据施药目标的有、无自动对靶施药，减少药液的浪费和环境污染，而且能根据施药目标的特征变化和机组行走速度的变化自动调节喷施剂量，提高所投放药液的有效性。
文档编号B05B9/04GK2640616SQ0326675
公开日2004年9月15日 申请日期2003年7月7日 优先权日2003年7月7日
发明者史岩, 傅泽田, 祁力钧, 高振江, 李志刚, 郑志安 申请人:中国农业大学