專利名稱：對靶變量噴霧實驗機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種噴霧機，尤其是涉及應用于農藥的噴施作業的一種對靶變量噴霧實驗機。
背景技術：
目前，應用于農藥噴施作業的普通型噴霧機，主要適用于全面積均勻作業,其病蟲害防治效果較好。但是在其作業過程中，由于沒有進行對施藥目標有無、目標面積大小的分析，造成了農藥有效利用率低、農產品中農藥殘留超標、環境污染、作物藥害、操作者中毒等問題。為了減少農藥施用量、提高農藥有效利用率，對靶變量施藥技術成為近年來的研究重點。
Slaughter D. C 等(Precision offset spray system for roadway shoulderweed control. Journal of Transportation Engineering, Vol. 125, No. 4, 1999)提出了一個適用于公路兩側地帶的間隙噴施除雜草的噴霧系統。該系統主要由機器視覺部分和間隙噴霧執行機構組成，該系統能實時采集圖像，并根據雜草的有無進行有選擇地噴灑除草劑。Lei Tian等(Development of a sensor-based precision herbicide applicationsystem. Computers and Electronics in Agriculture, 2002, Vol. 36: 133-149)開發了基于機器視覺的變量施藥系統。該系統通過準確測量雜草密度、雜草枝冠大小，實現對靶施藥，該系統能夠快速識別雜草、作物和土壤區域，從而有效進行對靶施藥。李麗君(基于ARM微處理器的變量噴藥控制器設計，吉林大學學位論文，2007)提出了控制電磁閥的開關狀態控制普通噴頭的打開時間的長短來控制每個噴頭的噴藥量的方法，該系統的核心控制芯片為ARM7TDMI型處理器S3C44B0X。沈成杰(變量噴霧系統設計及噴霧流量控制特性試驗研究，江蘇大學學位論文，2009)提出了采用PLC控制電動比例調節閥對系統噴霧流量進行控制的方法。袁瑋鋒(多功能變量噴霧機噴霧控制系統研究，上海交通大學學位論文，2010)提出了測速傳感器、流量傳感器、系統壓力傳感器、電動/電磁閥相結合的農藥變量噴霧系統方案。史巖等(專利號ZL03266753. 1，2003·07·07)提出了壓力式變量施藥噴霧機。通過調節各個噴霧部分的噴霧壓力實現獨立變量噴霧。傅澤田等(專利號ZL03266754.X，2003. 07. 07)提出了自動對靶變量施藥機動噴霧機。通過圖像監測裝置，把信號傳輸給計算機，計算機控制噴霧，能根據施藥目標的有無自動對靶施藥。鄭家強等(專利號200710133009. X，2007. 10. 10)提出了農藥自動對靶噴霧系統構件化與模塊化設計方法。該方法簡化了設計的復雜度，將農藥自動對靶噴霧系統劃分為三個主要模塊，即信息采集模塊、信息處理模塊、智能噴霧模塊。冀榮華等(專利號=201010225374. 5,2010. 07. 05)提出了精準智能對靶噴霧機。通過識別算法的參數和采集的現場數據，確定變量噴施方案。綜上所述，現有的噴霧機有三種形式，一是變量噴霧結合GIS和GPS技術，二是單一的對靶噴霧，三是目標識別方法與變量噴霧結合，但沒有結合單片機和電動比例調節閥。因此，提出基于單片機控制電動比例調節閥控制流量、電磁閥控制開閉以及開啟時間的長短與機器視覺對靶相結合的方法已經迫在眉睫。
發明內容
本發明的目的在于提供一種對靶變量噴霧實驗機，即基于單片機控制電動比例調節閥控制流量、電磁閥控制開閉以及開啟時間的長短與機器視覺對靶相結合，根據噴霧施藥目標的有無、目標作物面積的大小、噴霧車行駛速度的變化，實施對靶變量噴霧，從而解決對農作物更精確的噴施。本發明采用的技術方案是
本發明包括給藥裝置、變量噴霧控制裝置、變量噴霧檢測裝置、施藥裝置和機器視覺對靶裝置；其中
O給藥裝置包括通過主管路順序連接的藥箱、第一過濾器、噴藥泵、蓄能器、排氣閥、 第一手動控制閥和第二過濾器，以及噴藥泵和藥箱之間回路設有的安全閥；
2)變量噴霧控制裝置包括通過主管路順序連接的電動比例調節閥，以及與電動比例調節閥并聯的第二手動控制閥；
3)變量噴霧檢測裝置包括通過主管路順序連接的壓阻式壓力傳感器、渦輪流量計和第一壓力表，以及液位傳感器和霍爾傳感器；
4)施藥裝置包括通過主管路順序連接的第三過濾器，以及所述第三過濾器后四個并聯的四個施藥支路，第一施藥支路串連的第一電磁閥、第二壓力表和第一噴嘴，第二施藥支路串連的第二電磁閥、第三壓力表和第二噴嘴，第三施藥支路串連的第三電磁閥、第四壓力表和第三噴嘴，第四施藥支路串連的第四電磁閥、第五壓力表和第四噴嘴，所述四個施藥支路均安裝在噴桿上；
5)機器視覺對靶裝置包括含圖像采集卡的CXD照相機和工控機，所述含圖像采集卡的CCD照相機位于施藥裝置的前方；
單片機分別與變量噴霧控制裝置中的電動比例調節閥，變量噴霧檢測裝置中的壓阻式壓力傳感器、渦輪流量計、液位傳感器、霍爾傳感器，施藥裝置中的四個電磁閥，機器視覺對靶裝置中的工控機連接。所述的單片機為AT89S52單片機。本發明具有的有益效果是
本發明通過給藥裝置、變量噴霧控制裝置、變量噴霧檢測裝置、施藥裝置、機器視覺對靶裝置，根據噴霧施藥目標的有無、目標作物面積的大小、噴霧車行駛速度的變化實施對靶變量噴霧，實現了對農作物的精準噴施，提高了藥液的有效性，減少了藥液的浪費和環境污染。使用本噴霧實驗機，可以完全自動進行噴霧，還可以根據實時數據進行相應的控制調整，噴霧實驗機通過現場采集的圖像和預先制定的圖像處理算法，對變量噴霧控制裝置和施藥裝置進行控制決策，并把噴霧方案傳輸給單片機，單片機控制電動比例調節閥控制流量、電磁閥控制開閉以及開啟時間的長短，進行對靶變量噴霧，功能強大，操作簡便。同時，變量噴霧可以手動、自動變換，便于在噴霧現場的選擇使用。
圖I是對靶變量噴霧實驗機的整體結構圖。
圖2是對靶變量噴霧實驗機的液壓回路圖。圖3是對靶變量噴霧實驗機的控制結構框圖。圖中1、藥箱，2、三個過濾器，3、噴藥泵，4、安全閥，5、蓄能器，6、排氣閥，7、兩個手動控制閥，8、電動比例調節閥，9、壓阻式壓力傳感器，10、渦輪流量計，11、五個壓力表，12、四個電磁閥，13、四個噴嘴。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做出進一步的說明。如圖I、圖2所示，本發明包括給藥裝置、變量噴霧控制裝置、變量噴霧檢測裝置、施藥裝置和機器視覺對靶裝置；其中
I)給藥裝置包括通過主管路順序連接的藥箱I、第一過濾器2、噴藥泵3、蓄能器5、排氣閥6、第一手動控制閥7和第二過濾器2，以及噴藥泵3和藥箱I之間回路設有的安全閥·
4。藥箱I用于盛放藥液，在噴霧實驗機工作之前，需要對藥液進行攪拌、混勻。第一過濾器2用于過濾藥液中的雜質，保護噴藥泵3和主管路。噴藥泵3通過汽油機帶動，使藥液通過管路。安全閥4的作用是，當主管路壓力超過規定值時，回流把藥液排回到藥箱I中，減小主管路的壓力。蓄能器5的作用是，穩定主管路的壓力，保護主管路。排氣閥6的作用是，當主管路開始施藥時，排除管路內的空氣。第一手動控制閥7是噴霧實驗機的總開關，噴霧實驗機工作時，第一手動控制閥7必須開啟，噴霧實驗機停止工作時，第一手動控制閥7必須關閉。第二過濾器2用于過濾藥液中的雜質，保護變量噴霧控制裝置中的電動比例調節閥8和主管路。2)變量噴霧控制裝置包括通過主管路順序連接的電動比例調節閥8，以及與電動比例調節閥8并聯的第二手動控制閥7。單片機與電動比例調節閥8連接，控制電動比例調節閥8的開口大小，進而控制流量。電動比例調節閥8和第二手動控制閥7必須分別使用，不能同時開啟或關閉，噴霧實驗機可以手動或自動控制流量。3)變量噴霧檢測裝置包括通過主管路順序連接的壓阻式壓力傳感器9、渦輪流量計10和第一壓力表11，以及液位傳感器和霍爾傳感器。單片機分別與壓阻式壓力傳感器9、渦輪流量計10、液位傳感器和霍爾傳感器連接，壓阻式壓力傳感器9和渦輪流量計10檢測主管路的壓力和流量，液位傳感器檢測藥箱中藥液的高度，霍爾傳感器檢測噴霧車行駛的速度，并把檢測到的實時數據反饋給單片機，單片機根據實時數據進行相應的控制調整。第一壓力表11可以現場觀測主管路的壓力情況，便于實驗。4)施藥裝置包括通過主管路順序連接的第三過濾器2，以及所述第三過濾器2后四個并聯的四個施藥支路，第一施藥支路串連的第一電磁閥12、第二壓力表11和第一噴嘴13，第二施藥支路串連的第二電磁閥12、第三壓力表11和第二噴嘴13，第三施藥支路串連的第三電磁閥12、第四壓力表11和第三噴嘴13，第四施藥支路串連的第四電磁閥12、第五壓力表11和第四噴嘴13，所述四個施藥支路均安裝在噴桿上。第三過濾器2的作用是過濾藥液中的雜質，防止農藥殘留雜質阻塞各施藥支路，保護四個電磁閥12。單片機與四個電磁閥12連接，分別控制四個電磁閥12的開閉以及開啟時間的長短。四個壓力表11可以現場觀測四個支路的壓力情況，便于實驗。5)機器視覺對靶裝置包括含圖像采集卡的CXD照相機和工控機，所述含圖像采集卡的CCD照相機位于施藥裝置的前方。單片機與工控機的一端連接，工控機的另一端與含圖像采集卡的CXD照相機連接。含圖像采集卡的CXD照相機把現場采集的圖像通過數據線傳輸到工控機上，工控機根據現場采集的圖像信息和預先制定的圖像處理算法，選擇適合的噴霧方案，把實時具體的執行方案傳輸給單片機。所述的單片機為AT89S52單片機。如圖3所示，對靶變量噴霧實驗機的控制結構包括含圖像采集卡的CCD照相機、工控機、AT89S52單片機、渦輪流量計、壓阻式壓力傳感器、霍爾傳感器、液位傳感器、電動比例調節閥、電磁閥和噴嘴。對靶變量噴霧實驗機通過含圖像采集卡的CCD照相機采集現場圖像，并傳輸給工控機，工控機根據預先制定好的算法，對圖像進行處理，選擇適合的噴霧方案，把具體的執行方案傳輸給AT89S52單片機，AT89S52單片機控制電動比例調節閥控制流量、四個電磁閥分別控制開閉以及開啟時間的長短，進行對靶變量噴霧。渦輪流量計、壓阻式壓力傳感器、霍爾傳感器分別檢測主管路的流量、壓力和噴霧車行駛的速度，并把數據反 饋給AT89S52單片機，AT89S52單片機根據實時數據進行相應的控制調整。液位傳感器檢測藥箱中藥液的高度，當藥箱中藥液幾乎沒有時，進行報警指示，并強制關閉電動比例調節閥和四個電磁閥。上述給藥裝置、變量噴霧控制裝置、變量噴霧檢測裝置、施藥裝置和機器視覺對靶裝置可以利用外接電源供電。本發明的工作原理
當噴霧實驗機在田間進行作業時，噴霧實驗機各部分通電開始工作，開啟第一手動控制閥，關閉第二手動控制閥，實驗機處于自動噴霧狀態，含圖像采集卡的CCD照相機采集現場的圖像信息，并傳輸給工控機，工控機根據預先制定的算法，對圖像進行處理，并確定適合的噴霧方案，把具體的執行方案傳輸給AT89S52單片機，AT89S52單片機控制電動比例調節閥調節適合的流量、四個電磁閥分別的開閉以及開啟時間的長短，進行對靶變量噴霧。在噴霧過程中，壓阻式壓力傳感器和渦輪流量計檢測主管路的壓力和流量，霍爾傳感器檢測噴霧車行駛的速度，液位傳感器檢測藥箱中藥液的高度，并把檢測到的實時數據傳輸給AT89S52單片機，進行閉環反饋控制，AT89S52單片機根據實時數據進行相應的控制調整。當主管路的流量超過了噴霧方案預先設定的范圍時，則進行報警指示，并通過反饋使AT89S52單片機控制電動比例調節閥調節流量。當主管路的壓力、噴霧車行駛的速度超過了噴霧方案預先設定的范圍時，則進行報警指示，手動調節主管路的壓力、改變噴霧車的速度。當液位傳感器檢測到藥箱中藥液幾乎沒有時，則進行報警指示，并強制關閉電動比例調節閥和四個電磁閥。本發明的對靶變量噴霧實驗機，即基于單片機控制電動比例調節閥控制流量、電磁閥控制開閉以及開啟時間的長短與機器視覺對靶相結合，根據噴霧施藥目標的有無、目標作物面積的大小、噴霧車行駛速度的變化，實施對靶變量噴霧，從而解決對農作物更精確的噴施，提高了藥液的有效性，減少了藥液的浪費和環境污染。
權利要求
1.一種對靶變量噴霧實驗機，其特征在于包括給藥裝置、變量噴霧控制裝置、變量噴霧檢測裝置、施藥裝置和機器視覺對靶裝置；其中 1)給藥裝置包括通過主管路順序連接的藥箱(I)、第一過濾器、噴藥泵(3)、蓄能器(5)、排氣閥(6)、第一手動控制閥和第二過濾器，以及噴藥泵(3)和藥箱(I)之間回路設有的安全閥(4)； 2)變量噴霧控制裝置包括通過主管路順序連接的電動比例調節閥(8)，以及與電動比例調節閥(8)并聯的第二手動控制閥； 3)變量噴霧檢測裝置包括通過主管路順序連接的壓阻式壓力傳感器(9)、渦輪流量計(10)和第一壓力表，以及液位傳感器和霍爾傳感器； 4)施藥裝置包括通過主管路順序連接的第三過濾器，以及所述第三過濾器后四個并聯的四個施藥支路，第一施藥支路串連的第一電磁閥、第二壓力表和第一噴嘴，第二施藥支路串連的第二電磁閥、第三壓力表和第二噴嘴，第三施藥支路串連的第三電磁閥、第四壓力表和第三噴嘴，第四施藥支路串連的第四電磁閥、第五壓力表和第四噴嘴，所述四個施藥支路均安裝在噴桿上； 5)機器視覺對靶裝置包括含圖像采集卡的CXD照相機和工控機，所述含圖像采集卡的CCD照相機位于施藥裝置的前方； 單片機分別與變量噴霧控制裝置中的電動比例調節閥(8)，變量噴霧檢測裝置中的壓阻式壓力傳感器(9)、渦輪流量計(10)、液位傳感器、霍爾傳感器，施藥裝置中的四個電磁閥，機器視覺對靶裝置中的工控機連接。
2.根據權利要求I中所述的一種對靶變量噴霧實驗機，其特征在于所述的單片機為AT89S52單片機。
全文摘要
本發明公開了一種對靶變量噴霧實驗機。包括給藥裝置、變量噴霧控制裝置、變量噴霧檢測裝置、施藥裝置和機器視覺對靶裝置。本發明根據噴霧施藥目標的有無、目標作物面積的大小、噴霧車行駛速度的變化實施對靶變量噴霧，實現了對農作物的精準噴施，提高了藥液的有效性，減少了藥液的浪費和環境污染。本發明可以完全自動進行噴霧，還可以根據實時數據進行相應的控制調整，噴霧實驗機通過現場采集的圖像和預先制定的圖像處理算法，確定噴霧方案，并傳輸給單片機，單片機控制電動比例調節閥控制流量、電磁閥控制開閉以及開啟時間的長短，進行對靶變量噴霧，功能強大，操作簡便。同時，變量噴霧可以手動、自動變換，便于在噴霧現場的選擇使用。
文檔編號A01M7/00GK102669079SQ201210100598
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月9日 優先權日2012年4月9日
發明者劉巖, 周偉, 童俊華, 蔣煥煜 申請人:浙江大學