用于对端部枪的状态进行检测的系统和方法与流程

用于对端部枪的状态进行检测的系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年7月30日提交的美国临时申请no.63/058,560的优先权。
技术领域
3.本发明总体上涉及用于对机械化灌溉系统的各方面进行监测的系统和方法。更具体地，本发明提供了用于对端部枪(end gun)的位置和状态进行检测和监测的系统和方法。


背景技术：

4.现代中心枢转和线性灌溉系统通常包括由一个或更多个塔架结构支撑的互连跨接件(例如，灌溉跨接件)，以对管道(例如，水管部段)进行支撑。进而，管道还附接至以所需的模式喷洒水(或其他施用物)的喷洒器/喷嘴系统。可选地，端部枪可以附接至任何灌溉跨接件的端部，以进一步增加覆盖范围。在使用中，端部枪可以极大地扩展灌溉系统的覆盖面和范围。
5.端部枪以给定的轨迹且在特定的角度(即半圆、全圆)内操作。通常，端部枪是重型冲击式喷洒器，该重型冲击式喷洒器包括可控的阀，以对端部枪的流量进行控制。端部枪还可以包括增压系统以扩展端部枪的范围。
6.在目前的设计中，端部枪是独立于主灌溉系统的检测和监测系统的。因此，端部枪不向灌溉系统提供任何反馈，并且操作者必须在灌溉期间目视端部枪以对端部枪是否正常运作进行评估。已经使用有线系统和传感器来对灌溉系统的其他元件进行监测。然而，由于端部枪距主控制面板的距离以及端部枪在灌溉期间的持续运动，这些有线系统和传感器难以与端部枪一起使用。此外，换能器和简单的水压测量不能提供对端部枪如何运作的全面评估。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术中存在的缺陷，本发明提供了用于使用小型的无线陀螺仪传感器来对端部枪的操作进行监测的系统和方法。此外，本发明提供了用于使用加速度计来对端部枪处的振动进行检测的系统和方法。
8.根据另外的优选实施方式，本发明包括对陀螺仪传感器数据和加速度计数据进行接收的诊断应用程序。本发明的诊断应用程序优选地包括逻辑和阈值限制，该逻辑和阈值限制被应用于所接收的数据。本系统优选地基于检测到的旋转运动中的变化、取向变化以及在端部枪内和端部枪周围的振动水平而提供通知和警告。
9.并入说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的各种实施方式，并且与说明书一起用于对本发明的原理进行解释。
附图说明
10.图1示出了用于与本发明一起使用的示例性灌溉系统。
11.图2示出了对根据本发明的第一优选实施方式的控制装置的示例性处理架构进行说明的框图。
12.图3示出了对根据本发明的另外方面的示例性系统架构进行说明的框图。
13.图4示出了根据本发明的优选实施方式的示例性端部枪构型。
14.图5示出了对根据本发明的第一优选实施方式的示例性方法进行说明的流程图。
具体实施方式
15.为了促进对本发明原理的理解，现在将参考附图中所示的实施方式，并且将使用特定语言来描述这些实施方式。然而，应当理解的是，在此并非意在限制本发明的范围，并且对所示装置的这些改变和进一步修改是本领域技术人员通常会考虑到的。
16.如在本文中使用的术语“程序”、“计算机程序”、“软件应用程序”、“模块”、“固件”等被限定为设计成用于在计算机系统上执行的指令序列。程序、计算机程序、模块或软件应用程序可以包括子例程、函数、过程、对象实现、可执行应用程序、小程序、小服务程序、源代码、目标代码、共享库、动态加载库和/或设计成用于在计算机系统上执行的其他指令序列。如在本文中限定的数据存储器件包括允许计算机从中读取数据并且保持所存储的数据以使计算机能够再次读取数据的多种不同类型的计算机可读介质。这种数据存储器件可以包括例如非易失性存储器(比如rom)和易失性存储器(比如ram、缓冲器、高速缓冲存储器和网络电路)。
17.本文中所描述的系统和方法的各方面可以实现为被编程到包括以下各者的各种电路中的任何电路中的功能：可编程逻辑装置和控制器(pld/plc)，比如现场可编程门阵列(fpga)、可编程阵列逻辑(pal)装置、电可编程逻辑和存储装置和基于标准单元的装置；以及专用集成电路(asic)。用于实现该系统和方法的各方面的一些其他可能性包括：具有存储器的微控制器、嵌入式微处理器、固件、软件等。此外，该系统和方法的各方面可以在具有基于软件的电路仿真的微处理器、离散逻辑(顺序和组合的)、自定义装置、模糊(中性网络)逻辑、量子装置以及上述装置类型中的任何装置类型的混合物中实施。
18.现在参照图1，现在将对结合本发明的各方面的示例性系统100进行论述。根据优选的实施方式，示例性灌溉系统100可以包括第一驱动塔架102、最末驱动塔架(lrdu)104和拐角驱动塔架106。驱动塔架102、104、106对连接的跨接件110进行支撑，该跨接件110将水(或其他施用物)载运至多个喷洒器126和端部枪132。如图所示，该系统还可以包括压力传感器和调节器(换能器)120、122、124，该压力传感器和调节器(换能器)120、122、124设置成对去往喷洒器126和端部枪132的水的压力进行控制和调节。端部枪132优选地可以包括传感器容置部134，该传感器容置部134可以包括位置传感器和振动传感器，如下文进一步论述的。
19.如图所示，每个驱动塔架102、104、106可以包括塔架盒112、114、116，该塔架盒112、114、116优选地与相应的驱动单元马达107、109、111互连。每个塔架盒可以包括控制板、马达控制器、非接触对准装置和其他部件，如下文关于图3进一步说明的。
20.此外，如图所示，各个驱动单元马达107、109、111优选地向相应的驱动轮组提供扭矩和制动。如上所述，本发明的系统可以包括用于向驱动轮提供扭矩的任何合适的马达。根据优选的实施方式，本发明的系统可以优选地包括马达，比如开关磁阻马达、感应马达等。
21.此外，本发明的系统100优选地还可以包括控制/枢转面板108以及用于对位置数据进行接收的元件118、比如gps接收器。更进一步地，本发明的系统还可以包括间接作物传感器128，该间接作物传感器128优选地可以包括可选的湿度传感器，以对土壤的给定区域的湿度水平进行确定。附加的传感器130还可以包括光学器件，以允许对作物类型、生长阶段、健康状况、疾病的存在、生长速度等进行检测。更进一步地，该系统可以包括地面传感器。更进一步地，检测系统还可以对来自所连接的或远程的气象站等的数据进行接收，该气象站能够对天气特征比如湿度、风速、风向、压力、降水、温度等进行测量。此外，本发明的优选系统还可以替代性地包括安装至跨接件110的附加元件、比如附加的传感器等。
22.现在参照图2，现在将对表示对灌溉系统100的一个或更多个操作方面进行控制的功能的示例性控制装置200进行论述。如图所示，示例性控制装置200优选地包括处理器202、存储器206、灌溉位置模块210和网络接口204。处理器202提供用于控制装置200的处理功能，并且处理器202可以包括任何数量的处理器、微控制器或其他处理系统。处理器202可以执行实现本文中描述的技术的一个或更多个软件程序。存储器206是有形计算机可读介质的示例，该有形计算机可读介质提供存储功能，以存储与本发明的操作相关联的各种数据、比如上面提到的软件程序和代码段或者存储其他数据，以指示控制装置200的处理器202和其他元件执行本文中描述的步骤。存储器206可以包括例如可移动和不可移动的存储元件，比如ram、rom、闪存(例如，sd卡、迷你sd卡、微型sd卡)、磁性存储装置、光学存储装置、usb存储装置等。网络接口204提供使控制装置200能够通过各种部件比如无线接入点、收发器等以及由这些部件采用的任何相关软件(例如，驱动程序、配置软件等)而与一个或更多个网络216进行通信的功能。
23.在实施方案中，灌溉位置确定模块210可以对来自全球定位系统(gps)接收器等的数据进行接收，以计算灌溉系统100的位置。此外，控制装置200可以联接至灌溉系统100的引导装置218或类似系统(例如，转向组件或转向机构)，以对灌溉系统100的运动进行控制。如图所示，控制装置200优选地还可以包括多个输入和输出，以对来自传感器216至224和监测装置的数据进行接收，如下面进一步论述的。
24.本发明优选地还可以包括端部枪压力和角度调节模块212(“端部枪模块212”)。端部枪模块212优选地与对端部枪的设置/参数进行监测、控制和调节的系统相关联。端部枪模块212优选地可以对来自端部枪加速度计222和陀螺仪224的数据进行接收和存储。根据优选的实施方式，本发明的陀螺仪传感器224可以是任何类型的角速率或角速度传感器。例如，陀螺仪传感器224可以是环形激光陀螺仪、光纤陀螺仪或流体陀螺仪，而没有限制。
25.加速度计222和陀螺仪传感器224优选地可以与有线或无线的收发器联接，该有线或无线的收发器用于将检测到的数据传输至处理器202和端部枪模块212。通过这种方式，加速度计222和陀螺仪传感器224可以优选地提供用于供系统诊断使用的数据，以确定端部枪的状态和正常运作。根据示例性的优选实施方式，端部枪模块212可以使用所接收到的数据来对跨接件内的振荡进行计算，该振荡可以与运动方向平行(向前/向后摇动)或正交(在跨接件内推动/拉动)。
26.此外，端部枪模块212还可以对加速度计222的数据与所存储的基于下述各者的可接受振动水平的曲线进行比较：灌溉跨接件的速度、水压和与灌溉路径数据208相关联的诸如存储的振动阈值等的其他因素。例如，端部枪模块212可以基于所检测到的端部枪内的振
动水平来确定：端部枪的部件(即驱动臂404)可能没有正常运作；或者，水压太低。
27.端部枪模块212还可以对陀螺仪224的数据与所存储的用于对于给定时间段和水压而言的灌溉计划阈值的陀螺仪传感器数据(即，陀螺仪数据曲线214)进行比较。例如，端部枪模块212可以基于所检测到的在给定的水压下和在给定的时间段内的角行进速率来确定端部枪没有正常地运作。相反地，端部枪模块212可以基于所检测到的角行进速率而对水压进行计算/检测。
28.现在参照图3，现在将对根据本发明的优选实施方式的示例性的控制系统300进行论述。如图3中所示，本发明的控制/枢转面板盒302可以优选地包括主枢转控制器304，该主枢转控制器304经由信号/电力总线306等将信号和电力控制和引导至下游的塔架盒/单元308。塔架盒/单元308可以包括诸如驱动单元控制器310、gps传感器312和驱动马达314等的部件。
29.根据第一优选实施方式，枢转面板盒302可以通过枢转点plc板经由电力线总线来提供电力和控制信号。替代性地，也可以使用任何其他类型的控制和通信系统。例如，本发明的信号可以使用任何无线协议(例如wi-fi、zigbee)或有线协议(例如plc、以太网)在系统元件之间传输。此外，本发明并非意在局限于固态塔架盒的使用。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，机电塔架盒可以在具有或不具有plc系统的情况下使用。
30.如图3中另外示出的，该系统优选地还可以包括端部枪316，该端部枪316可以与增压泵326和电磁阀328等以串联的方式连接，以对向端部枪316的水流进行控制。根据优选的实施方式，端部枪316优选地可以机械连接至加速度计318和/或陀螺仪传感器324。加速度计318优选地可以附接至端部枪316，以对在端部枪316的操作期间由端部枪316所经受的振动进行检测。陀螺仪传感器324优选地可以附接至端部枪316并且与端部枪316一起定向，以对端部枪316的角速度和取向进行检测和传输，如下文进一步论述的。
31.参照图4，现在将对根据本发明的优选实施方式的示例性的端部枪系统400进行论述。如图4中所示，端部枪系统400可以包括端部枪主体402、驱动臂404、驱动勺状件406、解扣(trip)杆408和支承件410，该支承件410可以允许端部枪主体402旋转。端部枪系统400优选地还可以包括加速度计412和/或陀螺仪传感器414，如以上所论述的。
32.现在参照图5，现在将对示例性的方法500进行论述。如图5中所示，在优选的第一步骤502处，系统优选地被启动和/或通电。在优选的第二步骤504处，系统优选地从任何关联的传感器接收状态更新。在第三步骤505处，系统优选地对初始的端部枪参数进行加载、计算和/或设置。这些初始的端部枪参数可以包括对于所检测到的水压、位置等的特定范围/水平而言的加速度值/振动值的范围(即，加速度曲线数据214)。这些初始的端部枪参数还可以包括对于在灌溉规划内的给定时间段而言或在给定的位置范围内的端部枪的可接受的取向/角速度的范围(即，陀螺仪数据范围)。
33.在下一步骤508处，系统优选地可以执行给定的所存储的灌溉计划。在下一步骤510处，系统可以对加速度计数据、陀螺仪数据、水压数据和/或时间数据进行接收。在下一步骤512处，系统优选地对所接收到的加速度计数据与所存储的对于所检测到的水压和/或其他灌溉计划参数而言的加速度/振动事件曲线进行比较。如果所接收到的加速度计数据超出对于给定的水压或灌溉计划参数而言的可接受阈值，则系统优选地可以向操作者发送通知(步骤518)。
34.根据优选的实施方式，系统可以对所接收到的加速度计数据与存储在一个或更多个查找表中的加速度/振动事件曲线数据进行比较。优选地，示例性的查找表可以将加速度/振动事件范围值与所存储的水压范围值和/或时间段值进行关联。通过这种方式，本发明的系统可以确定所检测到的加速度事件的大小是否落在与所检测到的水压值(或值范围)或者给定的灌溉计划的给定时间段相关联的所存储的给定加速度/振动范围之外。
35.在下一步骤514处，系统优选地对时间数据和陀螺仪数据进行接收。在下一步骤516处，系统优选地对所接收到的陀螺仪数据与对于所检测到的时间段而言的可接受的陀螺仪范围/阈值/设置进行比较。如上所述，如果所接收到的陀螺仪传感器数据超出对于所检测到的时间段而言的陀螺仪范围/阈值/设置的可接受阈值，则系统优选地向操作者发送通知(步骤518)。此后，系统优选地返回至步骤508并且继续执行灌溉计划。
36.如以上所论述的，系统可以对所接收到的陀螺仪数据与作为存储在一个或更多个查找表中的陀螺仪曲线数据而存储的陀螺仪数据进行比较。优选地，示例性的查找表可以将陀螺仪事件范围值(即，离散值或值范围)与对于所确定的时间段和/或水压范围值而言的所存储的端部枪的取向/角速度范围值进行关联。通过这种方式，本发明的系统可以确定陀螺仪事件(即，所检测到的取向、取向变化、角速度或角速度变化)的大小是否落在与给定的检测到的水压值、加速度值和/或给定的灌溉计划的时间段相关联的所存储的给定陀螺仪范围之外。
37.尽管关于本发明的以上描述包含很多特异性，但是这些描述不应当被解释为对范围的限制，而是应当被认为是示例。许多其他变型是可能的。例如，通过本发明，本发明的处理元件可以在许多不同的频率、电压、安培和总线配置上进行操作。此外，本发明提供的通信本质上可以设计为双工或单工。此外，本发明的系统可以与包括线性和中心枢转系统的任何布置结构的驱动塔架一起使用。此外，根据需要，向本发明传输数据和从本发明传输数据的过程可以设计成本质上为推送式或拉取式。另外，本发明的每个特征可以制造成从远处的监测站远程启用和访问。因此，数据可以优选地根据需要上载到本发明和从本发明下载。
38.因此，本发明的范围不应当由所示的实施方式确定，而是应当由所附权利要求书及其法律上的等同方案确定。