專利名稱：自動對靶變量施藥機動噴霧機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種自動對靶變量施藥機動噴霧機，尤其是各噴霧單元能根據(jù)施藥目標的有/無、特征變化以及機組行走速度的變化自動對靶施藥且能自動調節(jié)噴施劑量的機動噴霧機，應用于農(nóng)藥或殺菌劑等藥液的噴施作業(yè)，屬于植保機械領域。
背景技術：
目前應用于農(nóng)藥或殺菌劑等藥液噴施作業(yè)的普通型機動噴霧機，適應大面積作業(yè)，功效高；但其在作業(yè)過程中所有噴霧單元的噴施劑量一致，且在噴幅內全面積定量連續(xù)噴施，使所投放農(nóng)藥的有效性難以保證，造成了藥液的浪費和環(huán)境污染，若要改變噴施劑量只能采用手工更換或者轉換成不同噴量噴頭的方法來實現(xiàn)，不能根據(jù)施藥目標的有/無、特征變化以及機組行走速度的變化自動調節(jié)噴施劑量。
科技期刊“Journal of Transportation Engineering”(Vol.125，No.4，1999)刊登的由Slaughter D.C.等發(fā)表的題目為“Precision offset spray system for roadway shoulder weed control”的文章，揭示了一種用于公路兩側地帶間歇噴施除草劑的機器系統(tǒng)；該系統(tǒng)主要由一個機器視覺系統(tǒng)和一個快速響應間歇噴霧系統(tǒng)組成，實時采集圖像并根據(jù)雜草的有、無進行間歇地噴灑除草劑。
Sadjadi，F(xiàn)irooz.A等人于1997年申請的美國專利(申請?zhí)柺?57257)揭示了一種選擇性噴施除草劑的機器系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過葉綠素傳感器探測植物并與存貯的圖像比較、判斷，通過執(zhí)行機構控制噴頭進行選擇性噴霧。
科技期刊“Proceedings of SPIE The International Society forOptical Engineering(3543 Nov 4 1998 1999)”刊登的由Doruchowski，Graeorz等所作的，題目為“Target detection as a tool of selective sprayapplication on trees and weeds in orchards”的文章，揭示了一種用于果園和田間除草的選擇性噴霧機器系統(tǒng)，該裝置由光學探測系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)組成，每個噴霧單元上配置了一套光學探測器，探測器發(fā)出兩束不同波長的光，利用葉綠素反射光的差異判別目標的有、無，通過控制噴霧單元的電子螺旋管閥進行噴霧和停噴。
上述技術方案只能實現(xiàn)根據(jù)不同情況的噴施或不噴施兩種選擇，而不能實現(xiàn)噴施劑量(單位時間噴施量)的調節(jié)控制。
Giles，D.K.etal(Digital control of flow rate and spray dropletsize from agricultuaral nozzles for precision Agriculture，729-738)報道了一種控制電子螺旋管閥每秒鐘開閉次數(shù)的多少來調節(jié)每個噴頭施藥量的噴霧機器系統(tǒng)，運用脈沖寬度調節(jié)的方法實現(xiàn)對噴施劑量的調節(jié)控制，但其結構較復雜，可靠性有待進一步提高；J.Kunavat，J.K.schueller等(Trans of the ASAE，2000，43(4)829-837)報道了一種利用空氣收縮閥控制噴施劑量的機器系統(tǒng)，適應對單個噴施劑量控制，但系統(tǒng)需另配備一套壓縮空氣供給系統(tǒng)，結構復雜，成本高。
綜上所述，現(xiàn)有的普通型機動噴霧機各噴霧單元只能在噴幅內全面積定量連續(xù)噴施，不能根據(jù)施藥目標的有、無和特征變化以及機組行走速度的變化自動調節(jié)噴施劑量，而上述可實現(xiàn)噴施劑量控制的系統(tǒng)均存在結構上的不足。
實用新型內容本實用新型的主要目的是提供一種自動對靶變量施藥機動噴霧機，該噴霧機能根據(jù)各噴霧單元施藥目標的有/無自動對靶施藥，并且能根據(jù)施藥目標的特征變化和機組行走速度的變化自動調節(jié)噴施劑量，結構簡單，可靠性好，成本低。
本實用新型的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種自動對靶變量施藥機動噴霧機，由給藥裝置、對靶裝置和控制裝置相互連接組成；電源分別和給藥裝置、對靶裝置以及控制裝置連接，為各個裝置提供電源；其中，給藥裝置包括用于盛放藥劑的藥箱、給藥泵和通過管路相互并聯(lián)的多個噴霧單元；給藥泵通過管路串接在藥箱和噴霧單元之間，它的作用是將藥箱中的藥液輸送到各噴霧單元。為了使各噴霧單元到給藥泵之間的壓力穩(wěn)定，在藥箱和給藥泵的出口之間還設有溢流管路，該溢流管路中串設有溢流控制單元；通過溢流控制單元的開或關，使溢流管路通或斷，從而達到控制各噴霧單元到給藥泵之間壓力穩(wěn)定的目的。
對靶裝置為圖像采集裝置，該裝置與噴霧單元相對應設置，最優(yōu)的設置為一個圖像采集裝置對應一噴霧單元；該圖像采集裝置裝設在噴霧單元的前方，通過信號線和控制裝置連接；所述的控制裝置至少由計算機、輸入輸出單元和圖像采集卡連接構成，該圖像采集卡和輸入輸出單元分別通過相應的數(shù)據(jù)信號和控制信號(例如以總線的形式)與計算機連接；給藥泵、溢流控制單元與該控制裝置的輸入輸出單元電氣連接；對靶裝置的輸出信號也連接到圖像采集卡的輸入端口。
本實用新型的一個重要的特點是所述的噴霧單元由一個以上噴桿并聯(lián)組成，每個噴桿上分別裝設有一個以上噴施量相同的噴頭和噴桿開關，噴桿開關各自通過管線與用于接收計算機發(fā)出的控制信號、并根據(jù)該控制信號控制噴桿開關動作的控制裝置中的輸入輸出單元連接。
當圖像采集單元采集到被噴施藥劑對象及其密度時，采集信號被傳送到計算機內，該計算機根據(jù)預先設定的噴藥控制量，控制輸入輸出單元的輸出端口的信號改變，進而各自獨立地控制噴霧單元上每個噴桿上的噴桿開關的開關狀態(tài)，并由此組合出不同的噴施藥量，達到變量噴施藥液的目的。
更進一步，本實用新型噴霧單元不同的噴桿上安裝噴頭的噴施量各不相同，則每個噴桿的噴施藥量也各不相同，在此基礎上再進行開關組合，則會得到更加多的噴藥的控制等級。噴桿上的開關可以采用電磁閥或氣動閥或液動閥任意之一。
為了使給藥裝置中藥液的壓力控制在一個合適的范圍內，本實用新型的給藥裝置的主回路中還串設有流量傳感器和/或壓力傳感器，該流量傳感器和/或壓力傳感器的輸入輸出信號連接到輸入輸出單元，由計算機分別采集，并根據(jù)流量、壓力的變化情況，對溢流閥和/或給藥泵進行相應的調節(jié)控制。
為了使藥液均勻，在藥箱和給藥泵的出口之間還進一步設有攪拌回路，該攪拌回路中設有在噴霧單元停止工作時開啟并用于通過藥液循環(huán)達到攪拌藥箱中藥液的攪拌閥，該攪拌閥和控制裝置的輸入輸出單元電氣連接。當不進行噴施藥液工作時，可以開啟攪拌閥，通過給藥泵的作用，產(chǎn)生一個藥液循環(huán)，致使藥液不會發(fā)生沉淀等現(xiàn)象，保持藥液均勻。當開啟噴霧單元時，則將該攪拌閥關閉，藥液依然進入各個噴霧單元。
為了使噴藥量不受噴霧機械運動速度的影響，所述的對靶裝置還進一步設有用于測量噴霧機運動速度的速度傳感器，該速度傳感器探測噴霧機的運動速度，并將該速度輸出信號連接到控制裝置的輸入輸出單元，進一步輸入到計算機中，計算機根據(jù)采集到的速度信號和預設的匹配數(shù)據(jù)，控制各個噴霧單元中各個噴桿的開或關動作，改變供藥量，達到更好的變量供藥效果。
上述的給藥泵傳動機構和動力源連接，該傳動機構為變速箱或皮帶輪，在具體的應用上，可以利用承載噴霧機的設備，例如拖拉機等，作為給藥泵提供動力的動力源，或者，直接利用電動機作為該給藥泵的動力源。
一般而言，可以采用CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)攝像機采集被噴施對象的圖像信息，該攝像機與噴霧單元的距離至少為2M。另外，在藥箱和藥泵之間的管路中還可以進一步串設用于過濾藥液中雜質、保護噴頭的過濾器，達到保護管路和噴頭的目的。
通過上述技術方案可知本實用新型的各個噴霧單元設有一個以上噴施劑量不同的噴桿，通過計算機對噴霧單元中各噴桿的開關控制，可實現(xiàn)不同的噴量組合，從而達到變量施藥的目的；該噴霧機通過其設有的圖像監(jiān)測裝置、輔助信號裝置和計算機配合工作，不僅能根據(jù)施藥目標的有、無自動對靶施藥，而且能根據(jù)施藥目標的特征變化和機組行走速度的變化自動調節(jié)噴施劑量，提高所投放藥液的有效性，減少藥液的浪費和環(huán)境污染，結構簡單，可靠性好。


圖1是本實用新型實施例一具有兩個噴霧單元的結構示意圖；圖2是本實用新型電控部分原理框圖；圖3是本實用新型具有五個噴霧單元的職能符號圖；圖4是本實用新型圖3中的電磁閥驅動電路簡圖；圖5是本實用新型實施例二具有五個噴霧單元的職能符號圖。
具體實施方式
以下，結合具體實施例并參照附圖，對本實用新型做進一步的詳細說明。
實施例一如圖1、圖2所示，該噴霧機的監(jiān)測裝置由CCD攝像機8a、8b組成，CCD攝像機8a、8b安裝在噴霧機前方并與計算機9的圖像采集卡連接，用于監(jiān)測目標的有無及特征變化。計算機9由電源10供電。
該噴霧機的噴霧裝置由噴霧單元13a和噴霧單元13b構成；噴霧單元13a并聯(lián)安裝有3根噴桿13a2a、13a2b、13a2c，每個噴桿均安裝有一組相同噴量的噴頭，不同噴桿上安裝的噴頭噴量不同，在每根噴桿的進液端分別安裝有電磁閥13a1a、13a1b、13a1c，各電磁閥分別通過壓力傳感器12與嵌入在計算機9中的I/O模塊連接；噴霧單元13b的結構與噴霧單元13a的結構相同。各噴霧單元的噴桿配置在噴霧機后方并與CCD攝像機8a、8b保持2m以上的距離。
該噴霧機的藥液供給裝置由藥箱1、開關2、過濾器3、給藥泵4、攪拌閥5、溢流閥6及其相互連接和與其他裝置連接的管線組成。藥箱1用于存儲藥液；開關2為主管路主開關；過濾器3用于對藥液進行過濾；給藥泵4用于為各個噴霧單元提供藥液，給藥泵4通過傳動機構和承載本實用新型的農(nóng)業(yè)機械設備(例如拖拉機、播種機等)的動力部分連接；攪拌閥5打開后對藥箱1內藥液進行攪拌，噴施作業(yè)中將攪拌閥5關閉；溢流閥6用于調定噴霧裝置的工作壓力并保持一定值，噴霧過程中給藥泵4的工作壓力由溢流閥6控制。
該噴霧機的輔助信號裝置由分別通過纜線與嵌入在計算機9中的I/O模塊連接的流量傳感器7、壓力傳感器12和速度傳感器11組成，流量傳感器7和壓力傳感器12用于給計算機9輸出流量和壓力數(shù)據(jù)；速度傳感器11安裝在噴霧機一側，用于測量噴霧機的前進速度和噴霧機到被噴藥物體的距離。
噴霧作業(yè)過程中，溢流閥6調定噴霧系統(tǒng)的工作壓力并保持一定值，CCD攝像機8a、8b監(jiān)測到的圖像信號通過計算機9的圖像采集卡輸入到計算機9中進行處理，用于判斷目標的有無及其特征變化，其處理結果分別作為控制噴霧單元13a、13b噴霧動作的參數(shù)之一(即CCD攝像機8a、8b分別與噴霧單元13a、13b配套)；流量傳感器7、壓力傳感器12和速度傳感器11的監(jiān)測信號通過計算機9的I/O模塊與CCD攝像機8a、8b的圖像信號同步輸入到計算機9中進行處理，其處理結果同樣作為控制噴霧單元13a、13b噴霧動作的參數(shù)。
計算機9根據(jù)處理結果，通過其I/O模塊對安裝在噴霧單元中各噴桿上的電磁閥發(fā)出開關信號，控制各噴桿上噴頭的開/關。各噴霧單元上3個電磁閥的不同開、關組合可以實現(xiàn)8種組合狀態(tài)，由于不同噴桿上噴頭的噴量不同，因此可以實現(xiàn)7種噴施劑量的變化。
圖1中的計算機9是基于PC/104總線的嵌入式計算機系統(tǒng)，配置有四個模塊，依次為圖像采集模塊、處理模塊、電源模塊和I/O模塊。
電源模塊采用專為移動交通工具和嵌入應用設計的PC/104總線的JUPITER-MM電源模塊。
圖像采集模塊是基于PCI總線的高速圖像采集卡SysExpanModule/VCM，輸入的視頻信號，經(jīng)數(shù)字解碼器，模/數(shù)轉換器，比例縮放，裁剪，色空變換等處理，通過PCI總線傳到VGA卡實時顯示后傳到計算機內存實時存儲。
CPU處理單元采用的是盛博公司生產(chǎn)的SCM/SPT模塊，其CPU是一片X86兼容的64位第六代處理器，最高運行速度可達300MHz，在板內支持最大128M3.3V SDRAM，其圖形處理器可支持各種LCD及TFT顯示屏，2M內置顯存支持至1280×1024種顏色，同時在板上支持PS/2鍵盤、PS/2鼠標、EIDE接口、Floppy接口、兩串一并接口、CF卡插座、USB、IrDa、Watchdog，SCM/SPT模塊遵從PC/104+標準，提供PC/104總線。
I/O模塊采用的是盛博公司的PC/104總線的ADT200/ADT600。該模塊具有以下特點1)、8路雙端或16路單端模擬輸入通道；12位，20微秒A/D轉換器；±5V，±10V，或0到+10V模擬輸入量程；可用電阻配置增益；2)、24通道基于TTL/CMOS 71055芯片的可編程數(shù)字量I/O；3)、三個獨立的16位8MHz定時器/計數(shù)器可采集頻率信號。
壓力傳感器接I/O模塊雙端模擬量輸入端，并在輸入端跨接5K精密電阻(將壓力傳感器4～20mA電流輸出轉換到I/O模塊模擬量輸入端需要的0～10V范圍內)，流量傳感器和速度傳感器接I/O模塊的頻率量輸入端。
噴霧機配置的噴霧單元以及與之配套的CCD攝像機數(shù)量可根據(jù)需要增加或減少；如圖3所示的噴霧機配有5個噴霧單元及其配套的CCD攝像機，其工作原理與圖1所示配有2個噴霧單元及其配套的CCD攝像機的噴霧機相同。
如圖4所示，圖3所示噴霧機中計算機I/O模塊的15個數(shù)字量輸出端分別接15個電磁閥驅動電路的輸入端；各電磁閥驅動電路的輸出端接電磁閥，COM端接電源。
實施例二如圖5所示，該噴霧機與實施例一中的噴霧機的不同之處在于每個噴霧單元上并聯(lián)安裝有2根噴桿，兩根噴桿上分別安裝著不同噴量的一組噴頭，在每根噴桿進液端分別安裝有一個電磁閥，兩個電磁閥的不同開、關組合可以實現(xiàn)4種組合狀態(tài)，從而實現(xiàn)3種噴施劑量的變化。該噴霧機的其他裝置及工作原理與實施例一相同，在此不作贅述。
最后應說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求1.一種自動對靶變量施藥機動噴霧機，由給藥裝置、對靶裝置和控制裝置相互連接組成；電源分別和給藥裝置、對靶裝置以及控制裝置連接；其中，給藥裝置包括藥箱、給藥泵和一個以上通過管路相互并聯(lián)的噴霧單元；給藥泵通過管路串接在藥箱和噴霧單元之間；在藥箱和給藥泵的出口之間設有溢流管路，該溢流管路中串設有溢流控制單元；對靶裝置為圖像采集裝置，該裝置與噴霧單元相對應，并裝設在噴霧單元的前方，通過信號線和控制裝置連接；控制裝置至少由計算機、輸入輸出單元和圖像采集卡連接構成，該圖像采集卡和輸入輸出單元分別通過相應的數(shù)據(jù)信號和控制信號與計算機連接；給藥泵、溢流控制單元與控制裝置的輸入輸出端單元電氣連接；對靶裝置的輸出信號連接到圖像采集卡的輸入端口。其特征在于所述噴霧單元由一個以上噴桿并聯(lián)組成，每個噴桿上分別裝設有一個以上噴施量相同的噴頭和噴桿開關，噴桿開關各自通過管線與用于接收計算機發(fā)出的控制信號、并根據(jù)該控制信號控制噴桿開關動作的控制裝置中的輸入輸出單元連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的自動對靶變量施藥機動噴霧機，其特征在于所述的同一噴霧單元中不同噴桿上所裝設噴頭的噴施劑量不同。
3.根據(jù)權利要求1所述的自動對靶變量施藥機動噴霧機，其特征在于所述噴桿開關為電磁閥或氣動閥或液動閥。
4.根據(jù)權利要求1所述的自動對靶變量施藥機動噴霧機，其特征在于所述的給藥裝置的主回路中還串設有流量傳感器和/或壓力傳感器，該流量傳感器和/或壓力傳感器的輸入輸出信號連接到輸入輸出單元。
5.根據(jù)權利要求1所述的自動對靶變量施藥機動噴霧機，其特征在于所述的藥箱和給藥泵的出口之間還進一步設有攪拌回路，該攪拌回路中設有在噴霧單元停止工作時開啟并用于通過藥液循環(huán)達到攪拌藥箱中藥液的攪拌閥，該攪拌閥和控制裝置的輸入輸出單元電氣連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的自動對靶變量施藥機動噴霧機，其特征在于所述的對靶裝置還進一步設有用于測量噴霧機運動速度的速度傳感器，該速度傳感器的輸出信號連接到控制裝置的輸入輸出單元。
7.根據(jù)權利要求1所述的自動對靶變量施藥機動噴霧機，其特征在于所述的圖像采集裝置是CCD攝像機，該攝像機與噴霧單元的距離至少為2m。
8.根據(jù)權利要求1所述的自動對靶變量施藥機動噴霧機，其特征在于在藥箱和藥泵之間的管路中還進一步串設有用于過濾藥液中雜質、保護噴頭的過濾器。
9.根據(jù)權利要求1所述的自動對靶變量施藥機動噴霧機，其特征在于所述的給藥泵傳動機構和動力源連接，該傳動機構為變速箱或皮帶輪，該動力源為承載噴霧機的動力設備或電動機。
專利摘要本實用新型公開了一種自動對靶變量施藥機動噴霧機，包括圖像監(jiān)測裝置、噴霧裝置、輔助信號裝置、藥液供給裝置和計算機；其中，圖像監(jiān)測裝置、噴霧裝置、輔助信號裝置分別與計算機連接，藥液供給裝置與噴霧裝置連接；通過圖像監(jiān)測裝置、輔助信號裝置和計算機配合工作，能根據(jù)施藥目標的有、無自動對靶施藥；噴霧裝置由一個以上的噴霧單元組成，每個噴霧單元由一個以上噴桿組成，噴桿上設有一個以上相同噴量的噴頭和開關，各噴桿的噴頭噴量不同，噴桿開關通過管線與計算機連接，計算機對各噴桿進行開關控制，可實現(xiàn)不同的噴量組合，從而能根據(jù)施藥目標的特征變化和機組行走速度的變化自動調節(jié)噴施劑量，達到變量施藥的目的。
文檔編號B05B9/06GK2640617SQ0326675
公開日2004年9月15日 申請日期2003年7月7日 優(yōu)先權日2003年7月7日
發(fā)明者傅澤田, 史巖, 祁力鈞, 高振江, 李志剛 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學