專(zhuān)利名稱(chēng)：基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)，屬于植保機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前我國(guó)植保機(jī)械市場(chǎng)上銷(xiāo)售的變量噴藥機(jī)仍以進(jìn)口為主。由于國(guó)外生產(chǎn)的變量 噴藥機(jī)使用了機(jī)電一體化、自動(dòng)對(duì)靶噴藥、低量噴藥和全液壓驅(qū)動(dòng)等一系列高新技術(shù)，所以 在變量控制精度和作業(yè)效率方面均具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。但是該類(lèi)噴藥機(jī)制造成本高，作業(yè)幅寬 寬，多適用于大面積地塊作業(yè)，與我國(guó)現(xiàn)行的家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的農(nóng)業(yè)耕作方式不符。因 此，國(guó)內(nèi)研制的變量噴藥機(jī)更注重與我國(guó)基本國(guó)情相結(jié)合，設(shè)計(jì)的變量噴藥機(jī)多以中小型 為主。 綜合我國(guó)變量噴藥機(jī)的研究現(xiàn)狀知，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的變量噴藥機(jī)根據(jù)變量控制實(shí)現(xiàn)途 徑可分為兩類(lèi)一類(lèi)是以CCD攝像頭和圖像處理技術(shù)為核心設(shè)計(jì)的變量噴藥機(jī)；一類(lèi)是基 于處方圖控制設(shè)計(jì)的變量噴藥機(jī)。 以CCD攝像頭和圖像處理技術(shù)為核心設(shè)計(jì)的變量噴藥機(jī)，其智能控制部分常采用 PC機(jī)做上位機(jī)，下位機(jī)多以單片機(jī)或PLC為主。使用的噴桿噴頭多為帶有電磁閥控制的常 量噴頭。即通過(guò)控制電磁閥的吸合頻率控制噴頭噴藥量，實(shí)現(xiàn)變量噴藥作業(yè)。但是當(dāng)噴藥 機(jī)多路噴頭同時(shí)作業(yè)時(shí)，使得整機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，中央處理器采集處理信號(hào)的速度減慢，其智能 控制難度增加。 基于處方圖控制設(shè)計(jì)的變量噴藥機(jī)，其智能控制系統(tǒng)中央處理器多以51系列單 片機(jī)為主，特點(diǎn)是噴藥處方圖制作過(guò)程中應(yīng)用了 GPS (全球定位系統(tǒng))/GIS (地理信息系統(tǒng)) 技術(shù)，以處方?jīng)Q策數(shù)據(jù)為依據(jù)控制噴頭噴藥量實(shí)現(xiàn)變量噴藥作業(yè)。這類(lèi)噴藥機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是整 機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，變量控制響應(yīng)速度快，作業(yè)效率高，實(shí)用性強(qiáng)。就智能控制系統(tǒng)中的中央處理 器而言，51系列單片機(jī)仍存在系統(tǒng)資源相對(duì)匱乏、邏輯運(yùn)算能力較差等不足，影響了基于處 方圖控制的變量噴藥機(jī)的變量控制精度和系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。相比之下，ARM處理器的系統(tǒng)資 源多，存儲(chǔ)空間大，運(yùn)算能力強(qiáng)。因此，本發(fā)明以ARM處理器為核心設(shè)計(jì)出基于處方圖控制 的智能變量噴藥機(jī)，通過(guò)提高中央處理器的邏輯運(yùn)算能力，簡(jiǎn)化相關(guān)控制算法(如網(wǎng)格識(shí) 別算法)，提高控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度，增加作業(yè)參數(shù)實(shí)時(shí)保存功能，改善了基于處方圖控制 的變量噴藥機(jī)存在的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)，目的是解決在農(nóng)田病、蟲(chóng)、 草害空間分布不均勻的情況下，根據(jù)GPS/GIS技術(shù)獲取的病、蟲(chóng)、草害差異信息，按需噴藥， 以達(dá)到提高農(nóng)藥利用率，減少農(nóng)藥對(duì)人體和環(huán)境的污染，降低農(nóng)田病、蟲(chóng)、草害防治成本的 目的。 本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，結(jié)合


如下 本發(fā)明涉及的一種基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)，包括由中央處理器、變量控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)、配電系統(tǒng)和實(shí)時(shí)信號(hào)采集與處理部分組成的智能控制系統(tǒng)和噴藥系統(tǒng)兩部 分。所述的中央處理器采用ARM處理器27，所述的變量控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥15， ARM處理器27電源線、實(shí)時(shí)信號(hào)采集部分電源線和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥15電源線均與配電系統(tǒng)連 接；所述的實(shí)時(shí)信號(hào)采集部分的信號(hào)線和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥15的控制線均與ARM處理器27連接， ARM處理器27讀取處方圖或手動(dòng)輸入的噴藥量信息，結(jié)合機(jī)具的行進(jìn)速度，控制電動(dòng)調(diào)節(jié) 閥15閥門(mén)開(kāi)度，改變旁路回流管13對(duì)主噴藥管路19中藥液的分流量，實(shí)現(xiàn)變量控制噴藥 量輸出；所述的噴藥系統(tǒng)懸掛于拖拉機(jī)上，由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸1帶動(dòng)藥泵3工作，噴藥管 路為旁路控制，使用的噴桿噴頭為噴孔截面積可變的壓力式變量噴頭12。本發(fā)明以壓力信 號(hào)為反饋信號(hào)，采用閉環(huán)控制方法實(shí)現(xiàn)變量控制。 所述的配電系統(tǒng)包括5V電源模塊24、24V電源模塊22、變壓器21和逆變器23 ;所 述的實(shí)時(shí)信號(hào)采集與處理部分包括差分全球定位系統(tǒng)即DGPS接收機(jī)32、流量傳感器18、壓 力傳感器17、速度傳感器31、光電隔離電路28和模擬信號(hào)調(diào)整放大電路26。
所述的噴藥系統(tǒng)包括藥箱20、藥泵3、溢流閥10、安全閥6、過(guò)濾器5、蓄能器29、噴 藥管路和噴桿11和壓力式變量噴頭12。當(dāng)藥泵3在拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸的帶動(dòng)下將藥液從 藥箱20吸出，在藥泵3出口處分為兩路，一路流經(jīng)安全閥回路8流回藥箱20 ;—路流經(jīng)溢 流閥10、過(guò)濾器5和蓄能器29注入主噴藥管路19。主噴藥管路19在噴桿11入口處分支 成出水管16和旁路回流管13，壓力傳感器17和流量傳感器18安裝于出水管16上，出水管 16連接裝有壓力式變量噴頭12的噴桿11，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥15安裝于噴藥系統(tǒng)的旁路回流管13 上，旁路回流管13連接藥箱20。此外，為了使噴藥機(jī)隨著機(jī)具作業(yè)位置、行進(jìn)速度改變而自 動(dòng)調(diào)整噴頭噴藥量，所述的變量噴藥機(jī)還安裝了 DGPS接收機(jī)32和速度傳感器31。所述的 DGPS接收機(jī)32用于自動(dòng)模式下對(duì)機(jī)具實(shí)現(xiàn)定位和測(cè)速；所述的速度傳感器31用于手動(dòng)模 式下對(duì)機(jī)具行進(jìn)速度的測(cè)量。 所述的ARM處理器27電源線、實(shí)時(shí)信號(hào)采集部分電源線和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥15電源線 均與配電系統(tǒng)連接；所述的實(shí)時(shí)信號(hào)采集部分的信號(hào)線和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥15的控制線均與ARM 處理器27連接。ARM處理器27讀取處方圖或手動(dòng)輸入的噴藥量信息，結(jié)合機(jī)具的行進(jìn)速 度，控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥15閥門(mén)開(kāi)度，改變旁路回流管13對(duì)主噴藥管路19中藥液的分流量，從 而達(dá)到控制噴頭噴藥量的目的，實(shí)現(xiàn)變量噴藥作業(yè)。 所述的反饋信號(hào)是指噴桿11入口處的壓力信號(hào)。ARM處理器27通過(guò)比較理論壓 力值與反饋值間的偏差，采用欠松弛法修正電動(dòng)調(diào)節(jié)閥15控制信號(hào)，提高變量噴藥作業(yè)的 控制精度。流量傳感器18用于實(shí)時(shí)檢測(cè)修正后的噴頭噴藥量。 本發(fā)明的一個(gè)重要特點(diǎn)是所述的壓力式變量噴頭12的主腔體39分為儲(chǔ)液室44 和渦流室45。儲(chǔ)液室44內(nèi)設(shè)有一單向閥，該單向閥由塑料小球40和防滴彈簧41組成，通 過(guò)內(nèi)六角螺栓42固定在儲(chǔ)液室44底部。渦流室45上體帶有U型卡槽48，下體帶有圓孔 51，圓孔直徑為Dmm。室內(nèi)底部對(duì)稱(chēng)安裝兩塊與室底成60°的直角擋板50，擋板50背面與 固定于渦流室45側(cè)壁的彈片49連接，擋板50的底面呈矩形狀，矩形長(zhǎng)度為(D+2)mm，寬度 為(D/2+l)mm，與渦流室45下表面壓緊，擋板50與圓孔51相配合，形成變截面噴孔。
所述的智能控制系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)法和行列掃描法簡(jiǎn)化了自動(dòng)模式下網(wǎng)格識(shí)別 算法。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為定義DGPS默認(rèn)的坐標(biāo)系為xOy直角坐標(biāo)系。原點(diǎn)O不變，該坐標(biāo) 系旋轉(zhuǎn)a角后得一新直角坐標(biāo)系x' Oy'。若點(diǎn)M在xOy坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值為(x，y)，在
5x' 0y'坐標(biāo)系中坐標(biāo)值為(x' ，y')，則兩坐標(biāo)值間存在式(1)的函數(shù)關(guān)系。
x' =xcosa+ysina y' = _xsin a+ycos a (1)
式中x、 y——處方圖或DGPS提供的經(jīng)緯度坐標(biāo)值
x' 、y'——旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)后的經(jīng)緯度坐標(biāo)值
a——兩坐標(biāo)系間的夾角 設(shè)作業(yè)地塊位于xOy坐標(biāo)系中，采用GPS/GIS技術(shù)對(duì)該地塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分，沿壟長(zhǎng) 方向劃分j個(gè)單元，壟間方向劃分i個(gè)單元，將其分成iX j個(gè)操作單元(參閱圖3所示)。
當(dāng)噴藥機(jī)進(jìn)行田間作業(yè)時(shí)，首先利用式(1)將DGPS接收機(jī)接收到的經(jīng)緯度信息轉(zhuǎn) 化成x' Oy'坐標(biāo)系下的經(jīng)緯度坐標(biāo)值，然后針對(duì)x' Oy'坐標(biāo)系下的經(jīng)緯度坐標(biāo)值進(jìn)行 行列掃描。若該坐標(biāo)值位于j《x' < j+1和i《y' < i+l，則利用式(2)即可計(jì)算出噴 藥機(jī)作業(yè)位置的網(wǎng)格標(biāo)號(hào)。根據(jù)網(wǎng)格標(biāo)號(hào)即可在數(shù)據(jù)寄存器中查詢(xún)到該網(wǎng)格所需的噴藥處 方量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變量噴藥作業(yè)。 網(wǎng)格標(biāo)號(hào)=(i-l)X(列號(hào)最大值-l)+j (i = l、2...，j = l、2...) (2)
式中i——行號(hào)
j——列號(hào) 所述的變量噴藥機(jī)有自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作模式。自動(dòng)模式下工作時(shí)，ARM處理器讀 取DGPS信號(hào)對(duì)噴藥機(jī)實(shí)現(xiàn)定位和測(cè)速，獲取處方圖提供的噴藥決策數(shù)據(jù)，結(jié)合壓力傳感器 測(cè)得的管路中藥液的壓力值，計(jì)算輸出電壓信號(hào)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥門(mén)開(kāi)度，完成自動(dòng)變量 噴藥作業(yè)。同時(shí)，采用流量傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)噴頭噴藥量，檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)記錄于ARM處理器外 擴(kuò)的數(shù)據(jù)寄存器中；手動(dòng)模式下工作時(shí)，ARM處理器讀取操作人員輸入的噴藥量信息，采集 速度傳感器和壓力傳感器的檢測(cè)信號(hào)，控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥門(mén)開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)變量噴藥作業(yè)。
綜上所述，本發(fā)明提供的基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)可以根據(jù)農(nóng)田病、蟲(chóng)、 草害分布的差異性，實(shí)現(xiàn)按需噴藥。此外，因本專(zhuān)利采用的噴桿噴頭為壓力式變量噴頭，所 以確保了噴藥的霧化效果，有效提高農(nóng)藥利用率。 基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)的設(shè)計(jì)思想國(guó)外進(jìn)口的變量噴藥機(jī)均與大馬 力拖拉機(jī)配套使用，作業(yè)幅寬寬。雖然具有很高的變量控制精度和作業(yè)效率，但是機(jī)具價(jià)格 昂貴，與我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀不符。迄今為止，我國(guó)大部分農(nóng)村地區(qū)在農(nóng)田病、蟲(chóng)、草害防 治過(guò)程中仍采用常量噴灑方式。隨著生活水平的提高，農(nóng)藥過(guò)量使用對(duì)人體和環(huán)境造成的 危害日漸引起人們的關(guān)注。因此，為了有效防治農(nóng)田的病、蟲(chóng)、草害，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)需實(shí)現(xiàn) 按需噴藥。本發(fā)明提出基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)，應(yīng)用該機(jī)實(shí)現(xiàn)按需變量噴藥。這
樣做的積極效果是 (1)改變傳統(tǒng)噴藥習(xí)慣，節(jié)約農(nóng)藥使用量，提高農(nóng)藥利用率，保護(hù)環(huán)境，保證農(nóng)產(chǎn)品 品質(zhì)。受傳統(tǒng)噴藥習(xí)慣的影響，我國(guó)農(nóng)田病蟲(chóng)害防治過(guò)程中，沒(méi)有考慮病蟲(chóng)草害的空間變異 性，仍采用高容量噴霧技術(shù)方法進(jìn)行防治，致使噴灑出的農(nóng)藥約有60% 80%的用量因使 用不當(dāng)而浪費(fèi)，不但增加了病蟲(chóng)害的抗藥性，增加防治成本，而且對(duì)人體和環(huán)境均造成了無(wú) 法估算的危害。基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)就是考慮到這些影響因素而設(shè)計(jì)的，它 借助GPS/GIS技術(shù)，根據(jù)病、蟲(chóng)、草害空間差異性信息生成變量噴藥決策數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)按需噴 藥。
(2)解決以往噴藥機(jī)不能根據(jù)系統(tǒng)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)噴頭孔徑，致使霧化效果不一致 的問(wèn)題。噴霧效果的好壞是關(guān)系防治效果的一項(xiàng)重要因素。據(jù)有關(guān)資料表明，減少霧滴直 徑可提高藥效，增加藥液在葉片上的覆蓋度和沉積量。但要使霧滴靠近目標(biāo)或沉降在目標(biāo) 上，霧滴還需有一定的質(zhì)量，所以又要求霧滴要盡量大，因此，每種藥劑均有一個(gè)最佳霧化 狀態(tài)。而當(dāng)前國(guó)內(nèi)眾多噴霧機(jī)配套使用的常量噴頭噴灑藥液的霧化效果均會(huì)隨管路壓力改 變發(fā)生改變，難以保證其霧化效果的一致性，本發(fā)明涉及的壓力式變量噴頭就是為解決這 一問(wèn)題設(shè)計(jì)的。

圖1基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2壓力式變量噴頭結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3網(wǎng)格坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)前后示意圖。 圖中l(wèi)-拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸 2-V型皮帶 3-藥泵 4-藥泵進(jìn)水口 5-過(guò)濾器 6-安全閥7-藥泵出水口 8-安全閥回路9-進(jìn)水管 10-溢流閥11-噴桿 12-壓 力式變量噴頭13-旁路回流管 14-噴桿支架 15-電動(dòng)調(diào)節(jié)閥16-出水管 17-壓力 傳感器 18-流量傳感器 19-主噴藥管路 20-藥箱 21-變壓器 22-24V電源模塊 23-逆變器24-5V電源模塊25-旋鈕開(kāi)關(guān)26-模擬信號(hào)調(diào)整放大電路27-ARM處理器 28-光電隔離電路 29-蓄能器 30-過(guò)濾器 31-速度傳感器(即接近開(kāi)關(guān))32-DGPS 接收機(jī)33-12V蓄電池34-GPS衛(wèi)星接收天線35-無(wú)線電信號(hào)接收天線36-連接板上片 37-連接片下片 38-噴頭藥液入口 39-主腔體40-塑料小球41-防滴彈簧42-內(nèi) 六角螺栓 43-帶有內(nèi)螺紋的噴頭帽 44-儲(chǔ)液室 45-渦流室 46-過(guò)濾網(wǎng) 47-膠墊 48-U型卡槽49-彈片50-直角擋板51-噴頭噴孔52-圓形膠墊
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖所示進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體內(nèi)容及其實(shí)施方式。
基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)，主要由智能控制系統(tǒng)和噴藥系統(tǒng)兩部分組 成。其中智能控制系統(tǒng)包括中央處理器、變量控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)、配電系統(tǒng)和實(shí)時(shí)信號(hào)采集與處 理部分。中央處理器采用ARM處理器27，變量控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥15， ARM處理 器27電源線、實(shí)時(shí)信號(hào)采集部分電源線和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥15電源線均與配電系統(tǒng)連接；實(shí)時(shí)信 號(hào)采集部分的信號(hào)線和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥15的控制線均與ARM處理器27連接，ARM處理器27讀 取處方圖或手動(dòng)輸入的噴藥量信息，結(jié)合機(jī)具的行進(jìn)速度，控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥15閥門(mén)開(kāi)度， 改變旁路回流管13對(duì)主噴藥管路19中藥液的分流量，變量控制噴頭噴藥量；噴藥系統(tǒng)懸掛 于拖拉機(jī)上，由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸1帶動(dòng)藥泵3工作，噴藥管路為旁路控制，使用的噴桿噴 頭為噴孔截面積可變的壓力式變量噴頭12。 實(shí)時(shí)信號(hào)采集與處理部分包括差分全球定位系統(tǒng)DGPS接收機(jī)32、壓力傳感器17、 流量傳感器18、速度傳感器31、光電隔離電路28和模擬信號(hào)調(diào)整放大電路26。 DGPS接收 機(jī)32電源輸入端與拖拉機(jī)蓄電池33連接，信號(hào)輸出端通過(guò)串行接口與ARM處理器27連接； 流量傳感器18和速度傳感器31的電源輸入端與配電系統(tǒng)的24V電源模塊22連接，信號(hào)輸 出端與光電隔離電路28連接，光電隔離電路28與ARM處理器27連接；壓力傳感器17電源
7輸入端與24V電源模塊22連接，信號(hào)輸出端與模擬信號(hào)調(diào)整放大電路26連接，模擬信號(hào)調(diào) 整電路26與ARM處理器27連接。 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥15電源輸入端與220VAC 24VAC變壓器21連接，控制信號(hào)輸入端與 模擬信號(hào)放大電路26連接。 配電系統(tǒng)包括220VAC 24VAC變壓器21、24V電源模塊22、12VDC 220VAC的逆 變器23和5V電源模塊24，其中的5V電源模塊24與ARM處理器27電源輸入端連接；5V電 源模塊24、24V電源模塊22和變壓器21的輸入端均與逆變器23輸出端連接，逆變器23輸 入端與蓄電池33連接。 DGPS接收機(jī)32用于自動(dòng)模式下對(duì)機(jī)具實(shí)現(xiàn)定位和測(cè)速；速度傳感器31用于手動(dòng) 模式下機(jī)具行進(jìn)速度的測(cè)量。 DGPS接收機(jī)32的GPS衛(wèi)星接收天線34和無(wú)線電信號(hào)接收天線35，均安裝在拖拉 機(jī)頂棚上；所述的DGPS接收機(jī)32和ARM處理器27安裝在拖拉機(jī)駕駛室內(nèi)；所述的速度傳 感器31安裝于拖拉機(jī)后側(cè)輪胎上；所述的壓力傳感器17和流量傳感器18安裝于出水管16 上；所述的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥15安裝于噴藥系統(tǒng)的旁路回流管13上。 噴藥系統(tǒng)主要由藥箱20、藥泵3、噴桿ll和壓力式變量噴頭12組成，藥泵3出口 處分為兩路，一路流經(jīng)安全閥回路8流回藥箱20，另一路流經(jīng)溢流閥10、過(guò)濾器30和蓄能 器29注入主噴藥管路19，主噴藥管路19在噴桿11入口處分支成出水管16和旁路回流管 13，出水管16連接裝有壓力式變量噴頭12的噴桿11，旁路回流管13經(jīng)安全閥回路8連通 藥箱20。 壓力式變量噴頭12的主腔體39分為儲(chǔ)液室44和渦流室45，儲(chǔ)液室44內(nèi)設(shè)有一 單向閥，該單向閥由塑料小球40和防滴彈簧41組成，通過(guò)儲(chǔ)液室44底部的內(nèi)六角螺栓42 固定，渦流室45上體帶有U型卡槽48，下體帶有圓孔51，圓孔直徑為Dmm，渦流室45室內(nèi)底 部對(duì)稱(chēng)安裝兩塊與室底成60°的直角擋板50，直角擋板50背面與固定于渦流室側(cè)壁的彈 片49連接，直角擋板50的底面呈矩形狀，矩形長(zhǎng)度為D+2mm，寬度為D/2+lmm，與渦流室45 下表面壓緊，直角擋板50與圓孔51相配合，形成變截面噴孔。
以下具體說(shuō)明基于處方圖控制的變量噴藥實(shí)施過(guò)程 第一步處方圖的制作。在實(shí)施變量噴藥作業(yè)之前，采用DGPS接收機(jī)測(cè)定作業(yè)地 塊輪廓，繪制地塊電子地圖。將電子地圖導(dǎo)入GIS系統(tǒng)，確定變量噴藥作業(yè)地塊參數(shù)地塊大 小及形狀參數(shù)。針對(duì)每一地塊，通過(guò)確定操作單元網(wǎng)格的長(zhǎng)度L和寬度D，對(duì)作業(yè)地塊進(jìn)行 網(wǎng)格劃分。農(nóng)學(xué)專(zhuān)家對(duì)各操作單元網(wǎng)格內(nèi)病蟲(chóng)草害程度進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)調(diào)查結(jié)果和決策準(zhǔn) 則進(jìn)行噴藥決策，得到該地塊內(nèi)各操作單元的決策噴藥量，生成變量噴藥作業(yè)處方圖。
第二步田間作業(yè)實(shí)施。變量噴藥機(jī)進(jìn)行田間噴藥作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸1通 過(guò)V型皮帶2和V型皮帶輪帶動(dòng)藥泵3工作，藥液在藥泵3的作用下從藥箱20吸出注入到 噴藥管路中，啟動(dòng)智能控制系統(tǒng)，通過(guò)工作模式切換按鈕選擇噴藥機(jī)的工作模式
當(dāng)噴藥機(jī)在自動(dòng)模式下工作時(shí)，ARM處理器27讀取DGPS接收機(jī)32提供的經(jīng)緯度 信息和速度信息，識(shí)別機(jī)具作業(yè)網(wǎng)格標(biāo)號(hào)，獲取數(shù)據(jù)寄存器中存放的噴藥處方數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī) 具行進(jìn)速度，計(jì)算輸出電壓信號(hào)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥15閥門(mén)開(kāi)度，壓力信號(hào)作為反饋信號(hào)修正 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥15的控制信號(hào)，流量傳感器18實(shí)時(shí)檢測(cè)壓力式變量噴頭12噴藥量，其檢測(cè)數(shù) 據(jù)記錄于數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。
當(dāng)噴藥機(jī)在手動(dòng)模式下工作時(shí)，操作人員通過(guò)觸摸屏手動(dòng)輸入噴藥量信息，ARM處 理器27實(shí)時(shí)讀取機(jī)具速度信號(hào)和噴桿11入口處的壓力信號(hào)，計(jì)算輸出電壓信號(hào)控制電動(dòng) 調(diào)節(jié)閥15的閥門(mén)開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)變量噴藥作業(yè)。 本發(fā)明涉及的壓力式變量噴頭12固定于噴桿11上。由于主噴藥管路19中的藥液 量等于出水管16中藥液量加旁路回流管13中藥液量，所以隨著旁路回流管13中電動(dòng)調(diào)節(jié) 閥閥15門(mén)開(kāi)度的改變，主噴藥管路19中的藥液注入到出水管16中的藥液量會(huì)隨之改變， 從而使得注入壓力式變量噴頭主腔體39中的藥液量發(fā)生變化。若噴頭主腔體39中藥液量 少，直角擋板50受力小時(shí)，噴頭噴孔51截面積變小，使噴頭12噴藥達(dá)到霧化效果；若噴頭 主腔體39中藥液量多，直角擋板50受力大時(shí)，藥液推動(dòng)直角擋板50向兩邊平移，噴頭噴孔 51截面積變大，從而保證了藥液霧化效果的一致性。
權(quán)利要求
基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)包括由中央處理器、變量控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)、配電系統(tǒng)和實(shí)時(shí)信號(hào)采集與處理部分組成的智能控制系統(tǒng)和噴藥系統(tǒng)兩部分。其特征在于，所述的中央處理器采用ARM處理器(27)，所述的變量控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(15)。ARM處理器(27)讀取處方圖提供或手動(dòng)輸入的噴藥量信息，結(jié)合機(jī)具的行進(jìn)速度，控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(15)閥門(mén)開(kāi)度，改變旁路回流管(13)對(duì)主噴藥管路(19)中藥液的分流量，完成變量噴藥作業(yè)。所述的噴藥系統(tǒng)懸掛于拖拉機(jī)上，由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸(1)帶動(dòng)藥泵(3)工作，噴藥管路為旁路控制，使用的噴桿噴頭為噴孔截面積可變的壓力式變量噴頭(12)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)，其特征在于所述的實(shí)時(shí) 信號(hào)采集與處理部分包括差分全球定位系統(tǒng)DGPS接收機(jī)(32)、壓力傳感器(17)、流量傳感 器(18)、速度傳感器(31)、光電隔離電路(28)和模擬信號(hào)調(diào)整放大電路(26)。其中DGPS 接收機(jī)(32)的電源輸入端與拖拉機(jī)蓄電池(33)連接，信號(hào)輸出端通過(guò)串行接口與ARM處 理器(27)連接；流量傳感器(18)和速度傳感器(31)的電源輸入端與配電系統(tǒng)的24V電源 模塊(22)連接，信號(hào)輸出端與光電隔離電路(28)連接，光電隔離電路(28)與ARM處理器 (27)連接；壓力傳感器(17)電源輸入端與24V電源模塊(22)連接，信號(hào)輸出端與模擬信 號(hào)調(diào)整放大電路(26)連接，模擬信號(hào)調(diào)整電路(26)與ARM處理器(27)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)，其特征在于所述的電動(dòng) 調(diào)節(jié)閥(15)電源輸入端與變壓器(21)連接，控制信號(hào)輸入端與模擬信號(hào)放大電路(26)連 接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)，其特征在于所述的配電 系統(tǒng)包括變壓器(21) 、24V電源模塊(22)、逆變器(23)和5V電源模塊(24)，其中的5V電 源模塊(24)的輸出端與ARM處理器(27)電源輸入端連接；5V電源模塊(24) 、24V電源模 塊(22)和變壓器(21)的輸入端均與逆變器(23)輸出端連接，逆變器(23)輸入端與蓄電 池(33)連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)，其特征在于所述的DGPS 接收機(jī)(32)用于自動(dòng)模式下對(duì)機(jī)具實(shí)現(xiàn)定位和測(cè)速；所述的速度傳感器(31)用于手動(dòng)模 式下機(jī)具行進(jìn)速度的測(cè)量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)，其特征在于所述的DGPS 接收機(jī)(32)的GPS衛(wèi)星接收天線(34)和無(wú)線電信號(hào)接收天線(35)均安裝于拖拉機(jī)頂棚 上；所述的DGPS接收機(jī)(32)和ARM處理器(27)安裝于拖拉機(jī)駕駛室內(nèi)；所述的速度傳感 器(31)安裝于拖拉機(jī)后側(cè)輪胎上；所述的壓力傳感器(17)和流量傳感器(18)安裝于噴藥 系統(tǒng)的出水管(16)上；所述的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(15)安裝于噴藥系統(tǒng)的旁路回流管(13)上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)，其特征在于所述的噴藥 系統(tǒng)主要由藥箱(20)、藥泵(3)、噴桿(11)和壓力式變量噴頭(12)等組成。藥液在藥泵(3) 出口處分為兩路，一路流經(jīng)安全閥回路(8)流回藥箱(20)，另一路流經(jīng)溢流閥(10)、過(guò)濾器 (30)和蓄能器(29)注入主噴藥管路(19)。主噴藥管路(19)在噴桿(11)入口處分支成出 水管(16)和旁路回流管(13)，出水管(16)連接裝有壓力式變量噴頭(12)的噴桿(11)，旁 路回流管(13)連通藥箱(20)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)，其特征在于所述的壓力 式變量噴頭(12)的主腔體(39)分為儲(chǔ)液室(44)和渦流室(45)，儲(chǔ)液室(44)內(nèi)設(shè)有一單向閥，該單向閥由塑料小球(40)和防滴彈簧(41)組成，通過(guò)儲(chǔ)液室(44)底部的內(nèi)六角螺 栓(42)固定，渦流室(45)上體帶有U型卡槽(48)，下體帶有圓孔(51)，圓孔直徑為Dmm，渦 流室(45)室內(nèi)底部對(duì)稱(chēng)安裝兩塊與室底成60。的直角擋板(50)，直角擋板(50)背面與固 定于渦流室側(cè)壁的彈片(49)連接，直角擋板(50)的底面呈矩形狀，矩形長(zhǎng)度為(D+2)mm，寬 度為(D/2+l)mm，與渦流室(45)下表面壓緊，直角擋板(50)與圓孔(51)相配合，形成變截 面噴孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)，其特征在于所述的智能 控制系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)法和行列掃描法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模式下網(wǎng)格識(shí)別，對(duì)作業(yè)參數(shù)實(shí)時(shí)保存。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于處方圖控制的智能變量噴藥機(jī)，屬于植保機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。該機(jī)在農(nóng)田病、蟲(chóng)、草害空間分布不均勻情況下，根據(jù)GPS/GIS技術(shù)獲取的病、蟲(chóng)、草害差異信息，按需噴藥。該機(jī)包括智能控制系統(tǒng)和噴藥系統(tǒng)。智能控制系統(tǒng)是基于處方圖控制方式工作，具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作模式以及系統(tǒng)作業(yè)參數(shù)實(shí)時(shí)記錄功能。當(dāng)噴藥機(jī)進(jìn)行田間作業(yè)時(shí)，通過(guò)工作模式切換按鈕方便選擇噴藥機(jī)的作業(yè)模式。智能控制系統(tǒng)根據(jù)所選的作業(yè)模式采集相應(yīng)的傳感器信號(hào)，經(jīng)中央處理器換算處理后，輸出所需的電壓信號(hào)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的閥門(mén)開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)變量噴藥作業(yè)；系統(tǒng)作業(yè)參數(shù)被實(shí)時(shí)采集并記錄于中央處理器外擴(kuò)的數(shù)據(jù)寄存器中，便于后期試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理。
文檔編號(hào)B05B1/34GK101716567SQ200910211739
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者馮占榮, 張書(shū)慧, 徐巖, 李光宇, 牛許堂, 王利霞, 王薇, 賈洪雷, 齊江濤 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)