自动对靶变量喷雾控制系统、喷雾机及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自动对靶变量喷雾控制系统、喷雾机及控制方法，所述系统包括控制模块、数据采集模块、输入/输出模块、喷雾机构以及风送机构；所述数据采集模块包括激光雷达和旋转编码器，所述激光雷达用于采集靶标的位置和距离信息，所述旋转编码器用于采集喷雾机的位置信息、喷雾机的行驶速度和行驶距离；所述控制模块包括控制器、树莓派和继电器，所述树莓派与激光雷达连接，所述控制器分别与树莓派、继电器、旋转编码器、输入/输出模块、风送机构的风机连接，所述继电器与喷雾机构的喷头组连接；所述喷雾机包括上述的自动对靶变量喷雾控制系统。本发明专利技术系统可以根据树冠有无、树冠体积以及冠层疏密度实现靶标区域内喷施。

Automatic target variable spray control system, sprayer and control method

The invention discloses an automatic target variable spray control system, a sprayer and a control method. The system comprises a control module, a data acquisition module, an input / output module, a spray mechanism and a wind sending mechanism, wherein the data acquisition module comprises a laser radar and a rotary coder, and the laser radar is used for collecting the position and distance information of the target. The control module comprises a controller, a raspberry pie and a relay. The raspberry pie is connected with a laser radar. The controller is respectively connected with a fan of a raspberry pie, a relay, a rotary encoder, an input / output module and a wind sending mechanism, and the relay is connected with the spray head group of the spray mechanism. The sprayer includes the automatic spray control system for target variable. The system can realize spraying in the target area according to the presence or absence of the canopy, the volume of the canopy and the density of the canopy.

【技术实现步骤摘要】
自动对靶变量喷雾控制系统、喷雾机及控制方法
本专利技术涉及一种自动对靶变量喷雾控制系统、喷雾机及控制方法，属于植保机械领域。
技术介绍
传统施药采取过量喷施的方式来达到防止病虫害的目的，但此种方式造成了农药的大量浪费，一方面污染环境，另一方面造成农药残留量超标，带来十分严重的安全隐患。因此实现按需施药，精确施药就成了我们亟待解决的问题。目前对靶喷雾主要都是靶标区域内喷施，区域外不喷，而不能够根据树冠体积大小以及冠层疏密程度实时改变喷雾量，改变风机转速，实现按需施药。中国专利技术专利申请(CN108575955A)公开了一种自动对靶喷雾控制系统，但这两种方式均只能实现对靶施药，不能实时根据树冠体积大小实现变量施药。中国专利技术专利申请(CN106070155A)公开了一种基于PLC的自动对靶变量喷雾控制系统及其控制方法，该系统利用图像采集模块进行靶标信息采集，根据靶标面积，病虫害程度实现变量，处理时间较长，实时性不高。中国专利技术专利(CN105486228B)公开了一种基于二维激光扫描仪的树木靶标体积实时测量方法，该方法仅提供了靶标体积的测量方法，没有涉及到冠层疏密程度以及具体的变量控制方法。中国专利技术专利申请(CN108684634A)公开了一种基于体积特征预判的喷雾控制方法及系统，该系统测距模块分为独立的若干组，体积测量精度较低，且不涉及冠层疏密程度的测量方法。因此，提供一种可以快速准确识别靶标体积和冠层疏密程度，实时变量喷雾的控制系统具有重要的意义。专利
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种自动对靶变量喷雾控制系统，该系统可以根据树冠有无、树冠体积以及冠层疏密度实现靶标区域内喷施。本专利技术的第二个目的在于提供一种包括上述系统的喷雾机。本专利技术的第三个目的在于提供一种基于上述系统的控制方法。本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种自动对靶变量喷雾控制系统，包括控制模块、数据采集模块、输入/输出模块、喷雾机构以及风送机构；所述数据采集模块包括激光雷达和旋转编码器，所述激光雷达用于采集靶标的位置和距离信息，所述旋转编码器用于采集喷雾机的位置信息、喷雾机的行驶速度和行驶距离；所述控制模块包括控制器、树莓派和继电器，所述树莓派与激光雷达连接，所述控制器分别与树莓派、继电器、旋转编码器、输入/输出模块、风送机构的风机连接，所述继电器与喷雾机构的喷头组连接。进一步的，所述喷雾机构包括药箱、液泵、多路分水器、多个电磁阀以及多个喷头组，所述继电器数量、电磁阀数量和喷头组数量均为一一对应，所述药箱的输出端与液泵的输入端连接，所述液泵的输出端与多路分水器的输入端连接，所述多路分水器的每路输出端与一个电磁阀连接，每个继电器与控制器连接，并通过对应的电磁阀与对应的喷头组连接。进一步的，所述药箱与液泵之间设有安全阀。进一步的，所述液泵上设有调压旋钮和压力表。进一步的，所述风送机构包括多个风机，所述喷雾机构的喷头组数量与风机数量一一对应，喷雾机构的每个喷头组设置在对应风机的前部，所述多个风机与控制器连接。进一步的，所述风送机构还包括仿形喷杆，所述多个风机设置在仿形喷杆上。进一步的，所述系统还包括控制箱，所述控制模块设置在控制箱内。进一步的，所述控制器为Arduino控制器。进一步的，所述输入/输出模块为触摸屏。本专利技术的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种喷雾机，所述喷雾机包括上述的自动对靶变量喷雾控制系统。本专利技术的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于上述自动对靶变量喷雾控制系统的控制方法，所述方法包括：在人机交互界面选择喷雾模式；若选择连续喷雾模式，在连续喷雾模式下选择风机转速，点击开启按钮，控制继电器，使电磁阀常开，连续喷雾；点击停止按钮，控制继电器，使电磁阀关闭，喷雾停止；若选择对靶模式，在对靶模式下选择风机转速，启动喷雾机开始行走，激光雷达和旋转编码器开始采集并处理数据；若采集到靶标信息，则根据处理得到的树冠体积信息和冠层疏密度信息，输出所需流量的脉冲宽度调制波控制对应的电磁阀频繁开闭，从而实现按需施药；若未采集到靶标信息，则控制继电器，使电磁阀关闭；判断控制器是否继续工作，若停止工作，则结束喷雾；否则，返回人机交互界面选择喷雾模式。进一步的，所述激光雷达和旋转编码器开始采集并处理数据，具体为：激光雷达采集靶标的位置和距离信息，旋转编码器采集喷雾机的位置信息、喷雾机的行驶速度和行驶距离，激光雷达每检测一次读取一次旋转编码器的值，得到完整的靶标三维信息；根据靶标三维信息，计算得到树冠体积和冠层疏密度。进一步的，所述激光雷达每检测一次读取一次旋转编码器的值，得到完整的靶标三维信息，具体包括：激光雷达扫描对准果树树冠，由下到上一次扫描生成一条密集的测距点云数据；激光雷达沿水平方向移动的过程，生成一系列测距点云数据；将一系列测距点云数据按照对应旋转编码器采集的水平信息进行组合，得到完整的靶标三维信息。进一步的，所述树冠体积包括两侧树冠体积，每侧树冠体积的计算如下式：其中，Vi为冠层单元体的体积，如下式：Vi＝Si×hi×rk其中，rk为旋转编码器采集的喷雾机行驶距离，Si为果树某个点的冠层深度信息，hi为果树上、下两个点之间的距离，如下式：Si＝Ds-di×cosaihi＝di+1×sinai+1-di×sinai其中，di和di+1分别为激光雷达从下往上扫描时生成的距离信息，对应角度分别为ai和ai+1；所述冠层疏密度的计算如下式：其中，S2表示一个完整靶标测距序列的方差，表征冠层的疏密程度，x0表示一个完整靶标测距序列的距离均值，xi表示激光雷达距离靶标的水平距离，如下式：xi＝di×cosai。进一步的，所述根据处理得到的树冠体积信息和冠层疏密度信息，输出所需流量的脉冲宽度调制波控制对应的电磁阀频繁开闭，从而实现按需施药，具体包括：根据处理得到的树冠体积信息和冠层疏密度信息，遵循施药量与树冠体积相匹配的原则，决策出对应树冠体积的施药量，建立树冠体积与冠层疏密度的关系，进一步修正体积参数；通过实验测得不同压力不同占空比下的流量数据，建立流量-占空比模型，根据果树施药量需求，给对应的喷头组输出所需流量的脉冲宽度调制波控制相应的电磁阀频繁开闭，从而实现按需施药。本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术系统设置了激光雷达和旋转编码器，通过激光雷达可以采集靶标的位置和距离信息，通过旋转编码器采集喷雾机的位置信息、喷雾机的行驶速度和行驶距离，树莓派获取激光雷达采集的数据，控制器获取旋转编码器采集的数据，树莓派与控制器之间实现数据传输，通过相应的数据处理，得到树冠体积和冠层疏密度，并将树冠体积信息和冠层疏密度信息发送给控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动对靶变量喷雾控制系统，其特征在于，包括控制模块、数据采集模块、输入/输出模块、喷雾机构以及风送机构；/n所述数据采集模块包括激光雷达和旋转编码器，所述激光雷达用于采集靶标的位置和距离信息，所述旋转编码器用于采集喷雾机的位置信息、喷雾机的行驶速度和行驶距离；/n所述控制模块包括控制器、树莓派和继电器，所述树莓派与激光雷达连接，所述控制器分别与树莓派、继电器、旋转编码器、输入/输出模块、风送机构的风机连接，所述继电器与喷雾机构的喷头组连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种自动对靶变量喷雾控制系统，其特征在于，包括控制模块、数据采集模块、输入/输出模块、喷雾机构以及风送机构；
所述数据采集模块包括激光雷达和旋转编码器，所述激光雷达用于采集靶标的位置和距离信息，所述旋转编码器用于采集喷雾机的位置信息、喷雾机的行驶速度和行驶距离；
所述控制模块包括控制器、树莓派和继电器，所述树莓派与激光雷达连接，所述控制器分别与树莓派、继电器、旋转编码器、输入/输出模块、风送机构的风机连接，所述继电器与喷雾机构的喷头组连接。


2.根据权利要求1所述的自动对靶变量喷雾控制系统，其特征在于，所述喷雾机构包括药箱、液泵、多路分水器、多个电磁阀以及多个喷头组，所述继电器数量、电磁阀数量和喷头组数量均为一一对应，所述药箱的输出端与液泵的输入端连接，所述液泵的输出端与多路分水器的输入端连接，所述多路分水器的每路输出端与一个电磁阀连接，每个继电器与控制器连接，并通过对应的电磁阀与对应的喷头组连接。


3.根据权利要求1所述的自动对靶变量喷雾控制系统，其特征在于，所述风送机构包括多个风机，所述喷雾机构的喷头组数量与风机数量一一对应，喷雾机构的每个喷头组设置在对应风机的前部，所述多个风机与控制器连接。


4.根据权利要求3所述的自动对靶变量喷雾控制系统，其特征在于，所述风送机构还包括仿形喷杆，所述多个风机设置在仿形喷杆上。


5.一种喷雾机，其特征在于，所述喷雾机包括权利要求1-4任一项所述的自动对靶变量喷雾控制系统。


6.一种基于权利要求1-4任一项所述自动对靶变量喷雾控制系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
在人机交互界面选择喷雾模式；
若选择连续喷雾模式，在连续喷雾模式下选择风机转速，点击开启按钮，控制继电器，使电磁阀常开，连续喷雾；点击停止按钮，控制继电器，使电磁阀关闭，喷雾停止；
若选择对靶模式，在对靶模式下选择风机转速，启动喷雾机开始行走，激光雷达和旋转编码器开始采集并处理数据；
若采集到靶标信息，则根据处理得到的树冠体积信息和冠层疏密度信息，输出所需流量的脉冲宽度调制波控制对应的电磁阀频繁开闭，从而实现按需施药；若未采集到靶标信息，则控制继电器，使电磁阀关闭；
判断控制器是否继续工作，若停止工作，则结束喷雾；否则，返回人机交互界面选择喷雾模式。


7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洲，向军，徐兴，段洁利，李君，余孝福，蒋寅龙，丁允贺，张志宏，王伟强，王韬隐，黄洪铭，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44