手持式變量噴霧機(jī)的遠(yuǎn)程控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于植保機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種手持式變量噴霧機(jī)的遠(yuǎn)程控制裝置。該裝置包括控制單元、主單片機(jī)和手持式遙控器?？刂茊卧ㄐ盘?hào)采集單元、I/V轉(zhuǎn)換單元、中央處理單元、信號(hào)控制單元、信息獲取模塊以及遠(yuǎn)程控制模塊；獨(dú)立行駛的變量噴霧機(jī)，通過(guò)其上的超聲波傳感器判別兩側(cè)果樹(shù)，噴霧機(jī)上的主單片機(jī)根據(jù)信號(hào)發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)靶噴霧。操作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，獲得噴霧機(jī)工作參數(shù)，通過(guò)遙控器面板上的按鈕決定機(jī)器的行進(jìn)方向；通過(guò)水箱中液位傳感器，將信號(hào)發(fā)送到噴霧機(jī)上的單片機(jī)，手持控制器終端。超聲波傳感器對(duì)果樹(shù)的判別，使噴霧機(jī)具有機(jī)器視覺(jué)能力，通過(guò)信號(hào)反饋系統(tǒng)和單片機(jī)控制單元，控制電磁閥動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)靶噴霧。
【專利說(shuō)明】手持式變量噴霧機(jī)的遠(yuǎn)程控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于植物保護(hù)機(jī)械【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種手持式變量噴霧機(jī)的遠(yuǎn)程控制裝置，以適應(yīng)于構(gòu)建精確農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的變量噴霧的需要。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的噴霧機(jī)在田間作業(yè)時(shí)，噴灑農(nóng)藥或者除草劑采用的是地毯式噴施，即無(wú)論是否發(fā)生病蟲(chóng)害或存在田間雜草，都均勻地噴灑農(nóng)藥或除草劑。這樣導(dǎo)致農(nóng)藥和除草劑的使用效率下降，農(nóng)業(yè)成本增加。這種條件下，而操作工人一般根據(jù)地塊的大小可以計(jì)算出所需要的農(nóng)藥或除草劑的多少，進(jìn)行藥箱配藥。由操作人員將農(nóng)藥與水裝入箱中，靠機(jī)械力或液力進(jìn)行混合。由于操作人員直接接觸農(nóng)藥，容易引起中毒事故的發(fā)生。同時(shí)，由于噴施作業(yè)結(jié)束后的剩余農(nóng)藥通常都傾倒在地頭，造成對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染。這些農(nóng)藥通過(guò)地表水或者滲入地下水，污染了土壤和水源，將直接危害到人類或者牲畜。
[0003]變量噴霧機(jī)是具有機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的智能噴霧機(jī)具，該機(jī)器根據(jù)田間病蟲(chóng)或草害發(fā)生的情況決定是否施藥。機(jī)具帶有超聲波傳感器和單片機(jī)系統(tǒng)，超聲波采集到作業(yè)對(duì)象的信息，通過(guò)控制程序決定是否噴施農(nóng)藥，然后給電磁閥輸出信號(hào)，啟動(dòng)噴霧作業(yè)。由于田間信息采集的實(shí)時(shí)性，使操作人員無(wú)法事前預(yù)知所需要的農(nóng)藥或除草劑的多少。因此，藥箱混藥具有極大的盲目性，可能引起潛在的浪費(fèi)。為了降低農(nóng)林病蟲(chóng)害防治過(guò)程中農(nóng)藥的使用成本，提高農(nóng)藥使用效率，保護(hù)農(nóng)林生態(tài)環(huán)境，保護(hù)操作者的人身安全，開(kāi)展直接注入式變量噴霧機(jī)農(nóng)藥施用技術(shù)的研究是必要的。
[0004]國(guó)外的變量噴霧技術(shù)的研究開(kāi)始于上個(gè)世紀(jì)八十年代。由于歐洲和北美的環(huán)境立法和食品安全部門對(duì)植物保護(hù)產(chǎn)品的使用做出了嚴(yán)格的限制，要求使用者針對(duì)靶標(biāo)作物施藥，并且限制對(duì)靶標(biāo)區(qū)以外的地區(qū)產(chǎn)生環(huán)境污染。
[0005]Chris Gliever曾利用圖像傳感器在種子行進(jìn)行拍照并儲(chǔ)存在圖象處理計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)根據(jù)圖象處理的結(jié)果，決定哪些部分需要噴灑除草劑，這個(gè)信息以噴霧處方地圖的形式傳到噴霧控制器，噴霧處方地圖標(biāo)有數(shù)字網(wǎng)格，這些網(wǎng)格說(shuō)明了噴霧區(qū)域。當(dāng)噴霧機(jī)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的區(qū)域，相應(yīng)的閥就會(huì)打開(kāi)，針對(duì)雜草區(qū)域噴霧(Chris Gliever, DavidC.Slaughter, 2001)。
[0006]由于農(nóng)藥殘留給農(nóng)業(yè)環(huán)境帶來(lái)的巨大影響，使得人們開(kāi)始應(yīng)用變量噴霧技術(shù)進(jìn)行對(duì)靶噴霧。包括針對(duì)大田作物噴施農(nóng)藥、對(duì)果樹(shù)噴灑殺蟲(chóng)劑以及大田噴灑除草劑等，都需要對(duì)靶標(biāo)進(jìn)行識(shí)別等關(guān)鍵技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種手持式變量噴霧機(jī)的遠(yuǎn)程控制裝置，該裝置即植物靶標(biāo)識(shí)別裝置，本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)在于將超聲波傳感器判別靶標(biāo)技術(shù)和果園變量噴霧機(jī)的核心控制部分相結(jié)合，通過(guò)超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)果樹(shù)的判別，使果園噴霧機(jī)具有了機(jī)器視覺(jué)的能力，通過(guò)信號(hào)反饋系統(tǒng)和單片機(jī)控制單元，控制電磁閥的動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)靶植物的噴霧，同時(shí)，通過(guò)水箱中的液位傳感器，將信號(hào)發(fā)送到手持的控制器終端，并通過(guò)手持的控制器終端控制噴霧機(jī)的工作參數(shù)。
[0008]具體地，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]一種手持式變量噴霧機(jī)的遠(yuǎn)程控制裝置，其包括控制單元、主單片機(jī)和手持式遙控器；
[0010]控制單元包括信號(hào)采集單元100、I/V轉(zhuǎn)換單元200、中央處理單元300、信號(hào)控制單元400、信息獲取模塊500以及遠(yuǎn)程控制模塊600，其連接方式為依次連接；
[0011]信號(hào)采集單元100、I/V轉(zhuǎn)換單元200、單片機(jī)300和信號(hào)控制單元400依次連接；
[0012]信號(hào)采集單元100包括超聲波探頭110、超聲波傳感器控制器120和距離溫度顯示裝置130 ；
[0013]超聲波探頭110、超聲波傳感器控制器120、距離溫度顯示裝置130依次連接；
[0014]I/V轉(zhuǎn)換單元200包括模擬輸出轉(zhuǎn)換210和光電耦合220 ；
[0015]模擬輸出轉(zhuǎn)換210、光電耦合220依次連接；
[0016]中央處理單元300包括按鍵輸入模塊330、液晶顯示模塊310和單片機(jī)控制模塊320 ；
[0017]按鍵輸入模塊330、單片機(jī)控制模塊320、液晶顯示模塊310依次連接；
[0018]信號(hào)控制單元400包括光電耦合410、繼電器420和電磁閥430 ；
[0019]光電耦合410、繼電器420、電磁閥430依次連接；
[0020]超聲波傳感器控制器120、模擬輸出轉(zhuǎn)換210、光電耦合220、單片機(jī)控制模塊320、光電耦合410依次連接；
[0021]信息獲取模塊500包括液位傳感器510、計(jì)量泵520、光電耦合530和速度傳感器540 ；
[0022]遠(yuǎn)程控制模塊600包括無(wú)線模塊610、觸摸屏620、液晶顯示模塊630、SD卡640以及遠(yuǎn)程控制主機(jī)650。
[0023]觸摸屏620、遠(yuǎn)程控制主機(jī)650、SD卡640依次連接。
[0024]本發(fā)明的技術(shù)原理是:變量噴霧機(jī)在山地的軌道上行駛，通過(guò)超聲波傳感器判別果樹(shù)，并由單片機(jī)接收到信號(hào)后發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)靶噴霧。操作人員在坡底對(duì)噴霧機(jī)的工作參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。包括機(jī)器在軌道上的行進(jìn)速度和方向和水箱以及藥箱中的液面高度等信息。根據(jù)這些信息，通過(guò)操作遙控器面板上的按鈕決定機(jī)器的行進(jìn)方向。通過(guò)水箱中的投入式液位傳感器，把信號(hào)發(fā)送到噴霧機(jī)上的單片機(jī)，手持的控制器終端。
[0025]本發(fā)明與超聲波傳感器判別靶標(biāo)技術(shù)成為果園變量噴霧機(jī)的核心控制部分。
[0026]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了果園變量噴霧機(jī)的智能控制，是一種新的超聲波控制的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，通過(guò)反饋信號(hào)確定噴霧對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)靶噴霧。
[0027]本發(fā)明與山地果園變量噴霧機(jī)配套使用，通過(guò)手持的控制器終端對(duì)機(jī)器的工作過(guò)程實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。
[0028]本發(fā)明的主要特點(diǎn)如下:
[0029]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了變量噴霧機(jī)在山地軌道上作業(yè)的遠(yuǎn)程信息交換和操作，使得操作人員在山底下能夠準(zhǔn)確獲取噴霧作業(yè)的主要工作信息。避免了操作人員中毒的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)減少了對(duì)環(huán)境安全造成的危害。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1:本發(fā)明工作模塊框圖。圖中:100是控制單元(即信息獲取模塊)，中間是主控制器；300是中央處理單元(即遙控器終端)，主控制器和遙控器通過(guò)NRF24L01無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制器之間的通訊。
[0031]圖2:本發(fā)明控制系統(tǒng)流程圖。
[0032]圖3:本發(fā)明軟件流程框圖。
[0033]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0034]100-控制單元(即信息獲取模塊)包括信號(hào)采集單元；
[0035]110-超聲波探頭；120-超聲波傳感器控制器；130-距離溫度顯示裝置；
[0036]200-1/V 轉(zhuǎn)換單元
[0037]210-模擬輸出轉(zhuǎn)換；220_光電耦合；
[0038]300-中央處理單元(即遙控器終端)
[0039]330按鍵輸入模塊；310_液晶顯示模塊；320_單片機(jī)控制模塊；
[0040]400-信號(hào)控制單元
[0041]410-光電耦合；420_繼電器；430_電磁閥；
[0042]500信息獲取模塊
[0043]510-液位傳感器510 ;520_計(jì)量泵520 ;530_光電耦合；540_速度傳感器；
[0044]600-遠(yuǎn)程控制模塊
[0045]610-無(wú)線模塊；620_觸摸屏；630_液晶顯示模塊；640_SD卡；650_遠(yuǎn)程控制主機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0046]實(shí)施例1
[0047]由圖1-3所示:
[0048]一種手持式變量噴霧機(jī)的遠(yuǎn)程控制裝置，其包括控制單元、主單片機(jī)和手持式遙控器；
[0049]控制單元包括信號(hào)采集單元100、I/V轉(zhuǎn)換單元200、中央處理單元300、信號(hào)控制單元400、信息獲取模塊500以及遠(yuǎn)程控制模塊600，其連接方式為依次連接；
[0050]信號(hào)采集單元100、I/V轉(zhuǎn)換單元200、單片機(jī)300和信號(hào)控制單元400依次連接；
[0051]信號(hào)采集單元100包括超聲波探頭110、超聲波傳感器控制器120和距離溫度顯示裝置130 ；
[0052]超聲波探頭110、超聲波傳感器控制器120、距離溫度顯示裝置130依次連接；
[0053]I/V轉(zhuǎn)換單元200包括模擬輸出轉(zhuǎn)換210和光電耦合220 ；
[0054]模擬輸出轉(zhuǎn)換210、光電耦合220依次連接；
[0055]中央處理單元300包括按鍵輸入模塊330、液晶顯示模塊310和單片機(jī)控制模塊320 ；
[0056]按鍵輸入模塊330、單片機(jī)控制模塊320、液晶顯示模塊310依次連接；
[0057]信號(hào)控制單元400包括光電耦合410、繼電器420和電磁閥430 ；
[0058]光電耦合410、繼電器420、電磁閥430依次連接；
[0059]超聲波傳感器控制器120、模擬輸出轉(zhuǎn)換210、光電耦合220、單片機(jī)控制模塊320、光電耦合410依次連接；
[0060]信息獲取模塊500包括液位傳感器510、計(jì)量泵520、光電耦合530和速度傳感器540 ；
[0061]遠(yuǎn)程控制模塊600包括無(wú)線模塊610、觸摸屏620、液晶顯示模塊630以及SD卡640以及遠(yuǎn)程控制主機(jī)650。
[0062]觸摸屏620、遠(yuǎn)程控制主機(jī)650、SD卡640依次連接。
[0063]本發(fā)明的使用方式:
[0064]用于果園變量噴霧機(jī)能夠通過(guò)手持式遙控裝置，控制果園噴霧機(jī)噴霧作業(yè)的參數(shù)，包括混藥比例、噴霧機(jī)在軌道上的行駛速度、以及噴霧機(jī)沿軌道作業(yè)的行駛方向等。
[0065]A.系統(tǒng)由兩個(gè)超聲波傳感器分別對(duì)噴霧機(jī)兩旁的果樹(shù)進(jìn)行判別，通過(guò)電路系統(tǒng)輸出信號(hào)，噴霧機(jī)上有主單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)控制兩組電磁閥，當(dāng)電磁閥接到信號(hào)后，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，從而藥液和水進(jìn)入輸藥管路，在管路中的核心部件直接注入式混藥器中進(jìn)行混合。
[0066]B.水箱和藥箱里分別安裝有兩個(gè)投入式液位傳感器傳感器，在噴霧機(jī)工作過(guò)程中判斷液面高度。傳感器可以把液位信號(hào)發(fā)送給噴霧機(jī)上的主單片機(jī)，如果其中任何一個(gè)液面高度降到接近箱底，主單片機(jī)通過(guò)BRF24L01無(wú)線模塊與手持式遙控器建立雙向通信。操作人員通過(guò)遙控器接收到該信號(hào)，并采用觸摸屏操作，使機(jī)器下行加水或者加藥。
[0067]C.手持遙控器面板上有6個(gè)濃度選項(xiàng)，藥水比例為分別是1:500、1:800、1:1000、1:1200、1:1500和1:2000。在確定了農(nóng)藥使用量后，可以通過(guò)手動(dòng)觸摸屛，選擇所需要的混藥比例。電磁閥將按照混藥比例動(dòng)作，隔膜泵依次泵出所需要的藥量，并在混藥器里充分混口 ο
【權(quán)利要求】
1.一種手持式變量噴霧機(jī)的遠(yuǎn)程控制裝置，包括控制單元、主單片機(jī)和手持式遙控器；其特征在于: 控制單元包括信號(hào)采集單元100、I/V轉(zhuǎn)換單元200、中央處理單元300、信號(hào)控制單元400、信息獲取模塊500以及遠(yuǎn)程控制模塊600，其連接方式為依次連接； 信號(hào)采集單元100、I/V轉(zhuǎn)換單元200、單片機(jī)300和信號(hào)控制單元400依次連接； 信號(hào)采集單元100包括超聲波探頭110、超聲波傳感器控制器120和距離溫度顯示裝置130 ； 超聲波探頭110、超聲波傳感器控制器120、距離溫度顯示裝置130依次連接； I/V轉(zhuǎn)換單元200包括模擬輸出轉(zhuǎn)換210和光電耦合220 ； 模擬輸出轉(zhuǎn)換210、光電耦合220依次連接； 中央處理單元300包括按鍵輸入模塊330、液晶顯示模塊310和單片機(jī)控制模塊320 ； 按鍵輸入模塊330、單片機(jī)控制模塊320、液晶顯示模塊310依次連接； 信號(hào)控制單元400包括光電耦合410、繼電器420和電磁閥430 ； 光電耦合410、繼電器420、電磁閥430依次連接； 超聲波傳感器控制器120、模擬輸出轉(zhuǎn)換210、光電耦合220、單片機(jī)控制模塊320、光電耦合410依次連接； 信息獲取模塊500包括液位傳感器510、計(jì)量泵520、光電耦合530和速度傳感器540 ；遠(yuǎn)程控制模塊600包括無(wú)線模塊610、觸摸屏620、液晶顯示模塊630、SD卡640以及遠(yuǎn)程控制主機(jī)650。 觸摸屏620、遠(yuǎn)程控制主機(jī)650、SD卡640依次連接。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK104298200SQ201410547469
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】劉青, 周勇, 于晨, 柴國(guó)磊, 楊雄, 王宏磊, 陳逸夫 申請(qǐng)人:華中農(nóng)業(yè)大學(xué)