一種作物根區土壤肥藥注施靶標在線預測定點方法
【專利摘要】本發明屬于測控【技術領域】，尤其涉及一種作物根區土壤肥藥注施靶標在線預測定點方法。通過紅外傳感器探測作物莖葉的位置和長勢高低，從而判斷作物根部的生長位置并預測根部是否患病，然后判斷患病茄子根區所在的位置，以及根部所在的區域范圍大小和邊界，得出噴藥量，并自動調節電磁閥占空比，根據計算得到的注射時間將藥液均勻注射到根部區域的范圍內；這樣就可以在不需要施藥的地方不施藥，大幅度的節省農藥用量，減少多余農藥的污染以及浪費。
【專利說明】一種作物根區土壤肥藥注施靶標在線預測定點方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于連續鑄造【技術領域】，尤其涉及一種用于自動化連鑄系統測速裝置及其工作方式。
【背景技術】
[0002]為了節約成本，一個溫室基地的農民都愿意連續栽培同一種作物，例如西紅柿，有很多農民在同一塊地上，連續多年種植同一個品種的西紅柿。這樣做的目的是為了利用自己經驗的優勢，同時收購商也愿意長期合作，因此農民在品種上不愿意倒茬。在同一塊日光溫室內的土地上連續種植，土壤會病菌滋生，如果沒有好的土壤消毒技術和設備，會導致嚴重的問題。傳統的方式無法弄清患病植株根部的情況，因此采用拔苗或者人工隨意注射肥藥溶液的方式進行，用量不精確導致浪費。對靶施藥能有效解決這一問題。
【發明內容】
[0003]針對傳統噴藥作業方式存在的用量不精問題，本發明提出的一種作物根區土壤肥藥注施靶標在線預測定點方法，主要包括:
[0004]步驟1、在拖拉機上安裝一套自動檢測和噴藥裝置，該裝置包括6個紅外傳感器、速度傳感器、單片機、電磁閥、噴藥注射頭；
[0005]步驟2、根據各層植株屬性建立植株模型，得出開始探測時間和探測結束時間、噴藥注射開始時間和噴藥注射結束時間；
[0006]步驟3、根據植株統計數據建立預測植株是否患病的的方程，根據電磁閥和噴藥注射頭特性建立根區注射流量精準控制的計算方程；
[0007]步驟4、啟動拖拉機和該裝置，讓拖拉機在茄子地間行走，單片機記錄下6個紅外傳感器的六個層各自的開始探測時間和探測結束時間、植株高度，速度傳感器記錄下拖拉機實際作業行進速度；
[0008]步驟5、根據傳感器數據計算植株根部區域寬度，并根據預測植株是否患病的的方程判斷植株是否患病；
[0009]步驟6、計算得出噴藥注射開始時間、噴藥注射結束時間和電磁閥占空比，若當前植株患病，單片機根據計算結果輸出指令通過控制電磁閥控制噴藥注射頭工作。
[0010]所述步驟I包括:在拖拉機上安裝一套自動檢測和噴藥裝置，該裝置由6個紅外傳感器、速度傳感器、單片機、電磁閥、噴藥注射頭組成；其中，6個紅外傳感器從高到低豎直排列安裝，其探測方向和土地平行，和拖拉機前進方向垂直；速度傳感器安裝在拖拉機車輪上，用于檢測拖拉機前進速度；單片機用于處理傳感器數據，并輸出指令控制電磁閥和噴藥注射頭。
[0011]所述步驟2包括:針對待探測靶標作物建立模型，6個紅外傳感器分為i層到i+5層共6個掃描范圍，掃描層邊界重疊1mm ;為了對建立的作物靶標探測模型進行測試，建立時間樹，對六個層各自的開始探測時間Til和探測結束時間Ti2、噴藥注射開始時間Ts和噴藥注射結束時間Tt、以及注射區域的位置和體積進行分析，得出:
[0012]紅外傳感器通過植株中心軸的時間T。
【權利要求】
1.一種作物根區土壤肥藥注施靶標在線預測定點方法，其特征在于，主要包括: 步驟1、在拖拉機上安裝一套自動檢測和噴藥裝置，該裝置包括6個紅外傳感器、速度傳感器、單片機、電磁閥、噴藥注射頭； 步驟2、根據各層植株屬性建立植株模型，得出開始探測時間和探測結束時間、噴藥注射開始時間和噴藥注射結束時間； 步驟3、根據植株統計數據建立預測植株是否患病的的方程，根據電磁閥和噴藥注射頭特性建立根區注射流量精準控制的計算方程； 步驟4、啟動拖拉機和該裝置，讓拖拉機在茄子地間行走，單片機記錄下6個紅外傳感器的六個層各自的開始探測時間和探測結束時間、植株高度，速度傳感器記錄下拖拉機實際作業行進速度； 步驟5、根據傳感器數據計算植株根部區域寬度，并根據預測植株是否患病的的方程判斷植株是否患病； 步驟6、計算得出噴藥注射開始時間、噴藥注射結束時間和電磁閥占空比，若當前植株患病，單片機根據計算結果輸出指令通過控制電磁閥控制噴藥注射頭工作。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟I包括:在拖拉機上安裝一套自動檢測和噴藥裝置，該裝置由6個紅外傳感器、速度傳感器、單片機、電磁閥、噴藥注射頭組成；其中，6個紅外傳感器從高到低豎直排列安裝，其探測方向和土地平行，和拖拉機前進方向垂直；速度傳感器安裝在拖拉機車輪上，用于檢測拖拉機前進速度；單片機用于處理傳感器數據，并輸出指令控制電磁閥和噴藥注射頭。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2包括:針對待探測靶標作物建立模型，6個紅外傳感器分為i層到i+5層共6個掃描范圍，掃描層邊界重疊1mm ;為了對建立的作物靶標探測模型進行測試，建立時間樹，對六個層各自的開始探測時間Til和探測結束時間Ti2、噴藥注射開始時間Ts和噴藥注射結束時間Tt、以及注射區域的位置和體積進行分析，得出: 紅外傳感器通過植株中心軸的時間T。
如果作物發生傾斜，依靠模型能得到根區注射區域范圍的準確位置； 植株根區定量注藥需要的總時間Tx = bH/V，其中b為根結線蟲入侵植株的根部區域寬度與其株高之間對應的相關系數，H為植株高度； 延遲噴藥時間Td = U/V，其中Ltl為用戶設置的延遲距離，即為紅外傳感器固定點與噴藥注射頭之間在拖拉機行進方向上的距離； 噴藥注射開始時間Ts = Tc-Tx/2+Td;噴藥注射停止時間Tt= Ts+bH/V。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3包括:根據植株統計數據，建立單獨預測計算患病植株根部區域寬度yl和植株寬度xl的方程關系為:yl =.3.79x1+0.7，擬合相關度R2 = 0.92，單位cm ;正常植株的根部區域寬度y2和植株高度x2的計算方程為:y2 = 4x2+0.86，擬合相關度R2 = 0.84,單位cm ;根據電磁閥和噴藥注射頭特性建立根區注射流量精準控制的計算方程為:y3 = 12.163x3+7.6，其中y3為流量，單位ml, x3為電磁閥占空比，R2 = 0.935，其中二階擬合方程的R2為0.9714。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4包括:啟動拖拉機和該裝置，讓拖拉機在茄子地間行走，單片機記錄下6個紅外傳感器的六個層各自的開始探測時間Til和探測結束時間Ti2、植株高度H，速度傳感器記錄下拖拉機實際作業行進速度V ； 其中，針對第i個傳感器開始探測到植株的時間Til和傳感器結束探測到植株的時間Τ?2的建立數組NI和N2，用于分別存儲Til和Ti2的值；i為數組NI和N2的游標；V=^-At是計算拖拉機實際作業行進速度的公式，Al為速度傳感器每產生一個脈沖走過的距離，At為速度傳感器產生單個脈沖的時間間隔長度。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟5包括:單片機計算植株寬度xl=(Ti2-Til)V，xl代入步驟3中方程yl = 3.79x1+0.7得出患病植株根部區域寬度yl ;植株高度H帶入步驟3中方程y2 = 4x2+0.86得出正常植株的根部區域寬度y2 ;若yl > y2，則說明當前植株正常，若yl < y2,則說明當前植株患病。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟6包括:根據步驟2中的公式計算得出噴藥注射開始時間Ts = Tc-Tx/2+Td ;噴藥注射停止時間Tt = Ts+f ;噴藥量Q = QraH7Q1是最大基準藥量，a是植株高度和噴藥量的關系系數；噴藥電磁閥占空比U = f(Q/Tx),其中，f (X)為單位時間噴藥量與占空比的函數關系式；若當前植株患病，單片機根據計算結果輸出指令控制電磁閥，完成對植株根部的噴藥。
【文檔編號】G05B19/042GK104076711SQ201410294998
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】祁力鈞, 馬偉 申請人:中國農業大學