本實(shí)用新型涉及一種精量噴霧裝置，具體涉及一種農(nóng)業(yè)技術(shù)工程領(lǐng)域中的一種基于植株形態(tài)的精量噴霧裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的精量噴霧裝置大多只考慮了植株的有無(wú)，并未將植株高度作為噴霧的控制變量。在噴頭噴霧角度一定的情況下，對(duì)不同高度的植株，霧滴的覆蓋范圍不同，這會(huì)導(dǎo)致藥量的浪費(fèi)或霧滴無(wú)法完全覆蓋植株，降低霧滴的沉積率。中國(guó)發(fā)明申請(qǐng)?zhí)?01510062346.9公開(kāi)了一種發(fā)明名稱為“基于舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的噴頭切換裝置”，包括信號(hào)采集處理單元、電磁閥、噴頭、多噴頭體、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、固定支承單元。其針對(duì)不同高度的植株采用切換不同噴霧角度噴頭的方式，這種方式雖然解決了不同高度的植株噴霧問(wèn)題，但成本過(guò)高，且受限于噴霧角度的非連續(xù)性，無(wú)法精確應(yīng)對(duì)不同的植株高度?，F(xiàn)有靜電噴霧技術(shù)雖然能提高霧滴的沉積率，但該方法在施藥過(guò)程中霧滴穿透性能較差。

中國(guó)發(fā)明申請(qǐng)?zhí)?01310147160.4公開(kāi)了一種發(fā)明名稱為“基于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精量調(diào)節(jié)裝置”，包括CCD攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)、流量計(jì)、精量調(diào)節(jié)單元和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。其通過(guò)植株有無(wú)及大小控制噴霧，這種方式雖然達(dá)到節(jié)約藥量的目的，但在應(yīng)對(duì)不同高度的植株時(shí)霧滴沉積率不高，仍然會(huì)造成藥量的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)背景技術(shù)中存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于植株形態(tài)的精量噴霧裝置，旨在進(jìn)一步提高沉積率，同時(shí)增加霧滴的穿透性能。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

本實(shí)用新型包括底座，Γ形支架，慣性導(dǎo)航組件，工業(yè)相機(jī)，電機(jī)，螺桿，支架，水管，電熱帶組，電磁閥，噴頭，溫度傳感器，單片機(jī)，繼電器組，電機(jī)控制器；Γ形支架一邊的底面垂直固定在底座上，Γ形支架一邊的頂面安裝電機(jī)，Γ形支架另一邊的上面安裝慣性導(dǎo)航組件，Γ形支架另一邊的端面安裝工業(yè)相機(jī)，Γ形支架一邊的內(nèi)側(cè)面中心開(kāi)有凹槽，凹槽內(nèi)安裝有螺桿，螺桿通過(guò)減速機(jī)構(gòu)與電機(jī)的電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，支架水平安裝在Γ形支架內(nèi)，支架的一端與螺桿構(gòu)成螺旋副，支架的另一端與電磁閥連接，繞有電熱帶組的水管安裝在支架下面，水管的一端經(jīng)電磁閥后與裝有溫度傳感器的噴頭連接，水管的另一端與藥箱連接，螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)支架的上下移動(dòng)，從而調(diào)整噴頭與植株間的距離；單片機(jī)分別與繼電器組的一端、工業(yè)相機(jī)、慣性導(dǎo)航組件、溫度傳感器和電機(jī)控制器的一端電連接，繼電器組另一端分別與電磁閥和電熱帶組電連接，電機(jī)控制器的另一端與電機(jī)電連接。

所述慣性導(dǎo)航組件為型號(hào)為MPU6050的傳感器和GPS模塊組合。

所述電熱帶組為2條或多條的電熱帶組成，交叉纏繞的每條電熱帶都貼在水管的表面。

本實(shí)用新型具有的有益效果是：

1)本實(shí)用新型是通過(guò)對(duì)植株的連續(xù)拍照及對(duì)其圖像序列處理獲得植株形態(tài)，從而得到有效的噴霧方法。

2)在噴施過(guò)程中通過(guò)工業(yè)相機(jī)及慣性導(dǎo)航組件對(duì)植株形態(tài)識(shí)別，結(jié)合慣性導(dǎo)航組件獲得的噴霧間隔和噴頭高度，進(jìn)行精量噴霧，可以提高霧滴的沉積率。

3)通過(guò)溫控機(jī)構(gòu)對(duì)霧滴進(jìn)行加熱，采用控制電熱帶條數(shù)的加熱方法，精確控制霧滴噴出前的溫度，不僅增加霧滴的穿透性能，而且節(jié)省了能源。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型噴頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型噴頭高度控制示意圖。

圖中：1、底座，2、Γ形支架，3、慣性導(dǎo)航組件，4、工業(yè)相機(jī)，5、電機(jī)，6、螺桿，7、支架，8、水管，9、電熱帶組，10、電磁閥，11、噴頭，12、溫度傳感器，13、單片機(jī)，14、繼電器，15、電機(jī)控制器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型包括底座1，Γ形支架2，慣性導(dǎo)航組件3，工業(yè)相機(jī)4，電機(jī)5，螺桿6，支架7，水管8，電熱帶組9，電磁閥10，噴頭11，溫度傳感器12，單片機(jī)13，繼電器組14，電機(jī)控制器15；Γ形支架2一邊的底面垂直固定在底座1上，Γ形支架2一邊的頂面安裝電機(jī)5，Γ形支架2另一邊的上面安裝慣性導(dǎo)航組件3，Γ形支架2另一邊的端面安裝工業(yè)相機(jī)4，Γ形支架2一邊的內(nèi)側(cè)面中心開(kāi)有凹槽，凹槽內(nèi)安裝有螺桿6，螺桿6通過(guò)減速機(jī)構(gòu)與電機(jī)5的電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，支架7水平安裝在Γ形支架2內(nèi)，支架7的一端與螺桿6構(gòu)成螺旋副，支架7的另一端與電磁閥10連接，繞有電熱帶組9的水管8安裝在支架7下面，水管8的一端經(jīng)電磁閥10后與裝有溫度傳感器12的噴頭11連接，水管8的另一端與藥箱連接，螺桿6的轉(zhuǎn)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)支架7的上下移動(dòng)，從而調(diào)整噴頭11與植株間的距離；單片機(jī)13分別與繼電器組14的一端、工業(yè)相機(jī)4、慣性導(dǎo)航組件3、溫度傳感器12和電機(jī)控制器15的一端電連接，繼電器組14另一端分別與電磁閥10和電熱帶組9電連接，電機(jī)控制器15的另一端與電機(jī)5電連接。

所述慣性導(dǎo)航組件3為型號(hào)為MPU6050的傳感器和GPS模塊組合。

所述電熱帶組9為2條或多條的電熱帶組成，交叉纏繞的每條電熱帶都貼在水管8的表面，在電熱帶組9外包覆鋁膠帶進(jìn)行保溫。

本實(shí)用新型的工作原理：

本實(shí)用新型的控制方法包括基于視覺(jué)機(jī)構(gòu)的植株形態(tài)特征獲取方法和基于溫控機(jī)構(gòu)的噴霧液體的分組加熱方法。

1)基于視覺(jué)機(jī)構(gòu)的植株形態(tài)特征獲取方法：

如圖2所示，計(jì)算公式給出植株高度h及從工業(yè)相機(jī)采集圖像到噴頭噴霧之間的時(shí)間間隔t：

式中：A-噴霧裝置加速度矢量和；L-工業(yè)相機(jī)所得兩幅圖像中植株葉片上匹配點(diǎn)的距離；F-工業(yè)相機(jī)焦距；S-工業(yè)相機(jī)鏡頭中心與噴頭中心間水平距離；T-工業(yè)相機(jī)兩次拍攝之間的時(shí)間間隔；H-工業(yè)相機(jī)底面與底座距離；

如圖3所示，在計(jì)算出植株高度h及時(shí)間間隔t后，通過(guò)下面公式計(jì)算需要的噴頭高度l；

式中：d-通過(guò)圖像得出的植株葉片寬度，θ-噴頭的噴霧角度，然后控制電機(jī)調(diào)整噴頭高度l。

2)基于溫控機(jī)構(gòu)的噴霧液體的分條加熱方法：

根據(jù)溫度傳感器12所測(cè)的噴霧液體的出口溫度T₀及所需的噴霧液體理想溫度T₁，決定加熱功率大小，并控制電熱帶組9內(nèi)電熱帶加熱工作的條數(shù)。具體計(jì)算公式如下：

設(shè)：水管8長(zhǎng)j、半徑r，噴霧液體的流速v、噴霧液體的密度ρ、比熱容C_p，加熱液體所需的電熱帶功率Q為：

Q＝C_p(T₁-T₀)(πr²ρj/v)

設(shè)一條電熱帶的功率為Q₁，則根據(jù)溫度傳感器12檢測(cè)給出的液體出口溫度T₀，利用上式可以計(jì)算得到加熱到噴霧液體理想溫度T₁所需的電熱帶條數(shù)n。

n＝Q/Q₁

如果n≤1,則只需一條加熱；如果1＜n≤2,則需二條加熱。

使用時(shí)將本裝置安裝在行走底盤(pán)上，通過(guò)慣性導(dǎo)航組件獲得行走底盤(pán)的加速度矢量和值，計(jì)算出植株高度及時(shí)間間隔，通過(guò)植株高度控制電機(jī)調(diào)整噴頭高度；并根據(jù)工業(yè)相機(jī)獲得的植株有無(wú)，決定噴霧與否。根據(jù)溫度傳感器所得的溫度，控制電熱帶組內(nèi)電熱帶工作的條數(shù)，從而精確控制霧滴噴出前的溫度。

使用本實(shí)用新型時(shí)須注意各個(gè)物理量的量綱，即要量綱統(tǒng)一。如采用國(guó)際單位制SI，基本量綱為：毫米(mm)，千克(kg)，秒(s)。

上述具體實(shí)施方式用來(lái)解釋說(shuō)明本實(shí)用新型，而不是對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限制，在本實(shí)用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本實(shí)用新型做出的任何修改和改變，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。