CN104521929B - 一种基于植株目标特征独立喷嘴控制的变流量喷雾方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于植株目标特征独立喷嘴控制的变流量喷雾方法，激光传感器实现两侧植株目标扫描，扫描后的数据首先通过车载嵌入式计算机软件进行滤波处理，去除目标外的无用数据，结合实时喷雾速度形成了三维图像，并在喷嘴对应的区域上对其进行分割，根据分割后各个区域内三维成像特征由喷雾控制模型算法计算出各个喷嘴对应的PWM流量控制指令，由实时喷雾速度计算出所需延时时间，保证喷嘴到达植株目标时，通过流量控制器对各个喷嘴对应电磁的控制，实现独立喷嘴精确对靶变流量喷雾，从而达到提高农药的有效利用率、降低喷雾施药的误靶率和减少环境污染的目的。

Description

一种基于植株目标特征独立喷嘴控制的变流量喷雾方法

技术领域

本发明属于一种农业喷雾技术领域，尤其是涉及一种基于植株目标特征独立喷嘴控制的变流量喷雾方法。

背景技术

果树、花卉、苗圃等植株在栽种时，植株间距较大；生长过程中，不同植株间生长差异较大，存在外形各异，枝叶茂密程度不一的现象。在此过程中如采用传统的喷药技术将大大降低农药的使用率，造成大量的浪费和严重的环境污染问题。目前基于红外线、超声波对靶技术设计的喷雾机应用较为广泛，但由于这类传感器精度较低、测量速度慢、容易受温度、湿度及喷雾机喷药气流等因素的影响，大大的影响喷雾对靶精确性和变量喷药的使用效率。激光传感器作为一种先进的距离传感器，能快速实现高精度、宽角度的双边植株目标检测，使用车载嵌入式计算机能快速准确识别植株目标有无、大小、形状和密度等特征，通过对植株目标特征对应喷嘴的变流量控制，不仅能够实现精确对靶喷雾而且还能根据各个喷嘴对应的植株目标特征进行变量喷雾，从而达到提高农药的有效利用率、降低喷雾施药的误靶率和减少环境污染的目的。

发明内容

针对目前实时传感器识别植株目标过程中存在的不足，无法实现针对独立喷嘴对应区域目标特征的变量喷雾，本发明设计了一种基于植株目标特征独立喷嘴控制的变流量喷雾方法，通过对两侧喷嘴喷施区域的划分，使用激光传感器对植株目标进行扫描，结合实时喷雾速度形成三维成像，并在已划分的区域上对其进行分割，根据分割后各个区域内目标特征，结合喷雾控制模型算法计算出各个喷嘴对应的PWM流量控制指令，由实时喷雾速度计算出所需延时时间，保证喷嘴到达植株目标时，通过流量控制器对各个喷嘴对应电磁的控制，实现独立喷嘴变流量喷雾。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于植株目标特征独立喷嘴控制的变流量喷雾方法，包括如下步骤：

步骤1，对支架左右两侧喷嘴喷施区域进行划分；

步骤2，对激光传感器扫描左右两侧植株成像后对应喷嘴喷施区域进行分割；

步骤3，根据各个喷嘴对应喷施区域上的植株目标特征进行独立喷嘴变量喷雾。

进一步，所述步骤1中，根据各五指喷头的喷嘴之间的角度关系及五指喷头之间的间隔距离，对左右两侧喷嘴喷施空间进行平均分割，使其每个喷嘴对应一个喷施区域。

进一步，所述步骤2中，激光传感器在喷雾机前端进行两侧植株目标的扫描，扫描后的数据传输给车载嵌入式计算机，并进行滤波处理，去除目标外的无用数据，然后结合实时喷雾速度重构形成三维图像。

进一步，所述激光传感器位于左右喷嘴中心位置的正前方，以25ms的扫描周期，270°的扫描角度在行走方向对两侧植株目标进行扫描。

进一步，所述重构形成的三维图像，根据喷嘴对应的区域上对其进行分割，使其喷雾时各个喷嘴正好对应植株目标特定某区域。

进一步，所述步骤3中，根据分割后各个区域内三维成像特征，通过喷雾控制模型算法计算出各个喷嘴对应的PWM流量控制指令，由实时喷雾速度计算出所需延时时间，保证喷嘴到达植株目标时，通过流量控制器对各个喷嘴对应电磁的控制，实现独立喷嘴变流量喷雾。

本发明的有益效果是，一种基于植株目标特征独立喷嘴控制的变流量喷雾方法，采用的激光传感器用于两侧植株目标测量，能快速准确判断植株目标有无，对植株目标形成三维成像，根据各个喷嘴喷施区域对应目标特征，由算法控制各个喷嘴的流量，不仅能够实现精确对靶喷雾，而且还能根据各个喷嘴对应的植株目标特征进行独立喷嘴变流量喷雾，从而达到提高农药的有效利用率、降低喷雾施药的误靶率和减少环境污染的目的。

附图说明

图1是左右两侧喷嘴喷施区域划分示意图。

其中，57-64为五指喷头喷施区域，1-40为各喷嘴喷施区域，41为支架

图2是激光传感器左右两侧植株三维成像对应喷嘴区域分布示意图。

其中，56为激光传感器，65、66为喷雾机左右两侧的目标植株，T4-T18，T25-T36为对植株三维图像分割后，左右各个喷嘴对应的喷施区域。

图3是基于植株目标特征独立喷嘴变量喷雾击中靶标示意图。

其中：42为横杆，T4-T18，T25-T36为左右各个喷嘴对应的喷施区域。

图4是采用激光传感器风送式变量喷雾机结构示意图。

其中，43为触摸屏，44为快速连接器，45为激光传感器，46为清洁嘴，47为背板、48为控制箱，49为药箱，50为电磁阀组，51为风机，52为压力传感器，53为流量传感器，54为速度传感器，55为滑轮，67为五指喷头。

具体实施方式

结合附图和实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明内容并不限于此。

如图1和4所示，一种采用激光传感器智能风送变量喷雾机，主要由驾驶室内的触摸屏43、快速连接器44、激光传感器45、控制箱48内的车载嵌入式主控单元和辅助控制单元、药箱49、电磁阀组50、五指喷头67、风机51、压力传感器52、流量传感器53、速度传感器54等组成，其中，人机界面触摸屏43安装在拖拉机驾驶室中，便于驾驶员通过手动操作实现人机交互功能，同时，通过触摸屏的人机交互功能监视喷药压力、实时流量、累计流量、喷雾机行进速度及左右两侧各个喷嘴打开状态，实现用户参数设定，查阅历史数据，自动控制等功能；快速接头44用于连接拖拉机与喷雾机部分，可以快速实现对喷雾机装卸；激光传感器45安装在一块半椭圆的铝板47上，它不仅能快速吸收激光传感器工作时产生的热量，而且起到保护激光传感器45的作用；控制箱48装载于药箱49下方的框架上，辅助速度传感器54、喷雾压力传感器52、喷雾流量传感器53完成数据采集，并由CAN总线发给主控单元，主控单元通过C++控制程序，结合激光传感器获取的植株目标数据，经过数据滤波预处理、特征提取算法、变量喷雾控制模型，最后形成各个通道PWM控制指令，再由CAN总线发回给辅助控制单元，实现对每个独立电磁阀的开关控制作用，达到每个喷嘴针对对应区域目标特征的变量喷雾控制。手动模式下，可以由手动开关输入单独实现对电磁阀的控制作用。

本发明所提出的基于植株目标特征的对立喷嘴控制的变流量喷雾划分方法。包括如下步骤：

步骤1，对支架左右两侧喷嘴喷施区域进行划分；

步骤2，对激光传感器扫描左右两侧植株成像后对应喷嘴喷施区域进行分割；

步骤3，根据各个喷嘴对应喷施区域上的植株目标特征进行独立喷嘴变量喷雾。

下面进一步说明本方法的具体实施步骤。

如图1所示，其中五指喷头67分别安装在两侧的支架41上，由图3中横杆42安装在风机外框上。五指喷头67是由五个内径为36mm的圆柱形气流口组成，气流口之间夹角为15°，每个气流口的中心位置安装一个扇形喷嘴。左右两侧相邻两个五指喷头67之间的距离相同，以中心线为基准，如图1所示，把左侧分成4个五指喷头喷施区域(57-60)，右侧分成4个五指喷头喷施区域(61-64)，再对左右两侧五指喷头内的各个喷嘴进行喷施空间平均分割，左侧分为20区域(1-20)，右侧分成20区域(21-40)，使其每个喷嘴对应一个喷施区域。

如图2所示，激光传感器安装于喷雾机前端半圆铝板上，位于左右喷嘴中心位置的正前方，以25ms的扫描周期，270°的扫描角度在行走方向对两侧植株目标进行扫描，扫描后的数据首先通过车载嵌入式计算机软件进行滤波处理，去除目标外的无用数据，然后结合实时喷雾速度形成三维图像，并在喷嘴对应的区域上对其进行分割，使其喷雾时各个喷嘴正好对应植株目标的分割区域。左右两侧外形不同的植株，分配到各个喷嘴上的喷施区域分别为(T4-T18，T25-T36)。

如图3所示，喷雾机喷雾行走过程中，激光传感器高速扫描植株，结合实时喷雾速度形成植株三维图像被分割到对应喷嘴喷施区域，根据分割后各个区域内三维成像特征，通过喷雾控制模型算法计算出各个喷嘴对应的PWM流量控制指令，由实时喷雾速度计算出所需延时时间，保证喷嘴到达植株目标时，通过流量控制器对各个喷嘴对应电磁的控制，实现独立喷嘴变流量喷雾，即在植株靶标外区域关闭了对应的喷嘴，在靶标上区域(T4-T18，T25-T36)根据喷嘴喷施区域划分的植株目标特征，实现对应喷嘴不同流量的控制，枝叶较密流量较大，反之流量较小。

上面已经结合具体实施步骤说明了本发明，然而对于本领域的技术人员来说，可以在不背离本发明的精神和范围的前提下，对本发明做出不同的改进和变型。因而落入本发明的权利要求范围内的各种改进和变型，都应属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于植株目标特征独立喷嘴控制的变流量喷雾方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，对支架(41)左右两侧喷嘴喷施区域进行划分；

步骤2，对激光传感器(56)扫描左右两侧植株成像后对应喷嘴喷施区域进行分割，激光传感器(56)在喷雾机前端进行两侧植株目标的扫描，扫描后的数据传输给车载嵌入式计算机，并进行滤波处理，去除目标外的无用数据，然后结合实时喷雾速度重构形成三维图像；

步骤3，根据各个喷嘴对应喷施区域上的植株目标特征进行独立喷嘴变量喷雾；

所述重构形成的三维图像，根据喷嘴对应的区域上对其进行分割，使其喷雾时各个喷嘴正好对应植株目标特定某区域；

所述步骤3中，根据分割后各个区域内三维成像特征，通过喷雾控制模型算法计算出各个喷嘴对应的PWM流量控制指令，由实时喷雾速度计算出所需延时时间，保证喷嘴到达植株目标时，通过流量控制器对各个喷嘴对应电磁的控制，实现独立喷嘴变流量喷雾。

2.根据权利要求1所述一种基于植株目标特征独立喷嘴控制的变流量喷雾方法，其特征在于，所述步骤1中，根据各五指喷头(67)的喷嘴之间的角度关系及五指喷头(67)之间的间隔距离，对左右两侧喷嘴喷施空间进行平均分割，使其每个喷嘴对应一个喷施区域。

3.根据权利要求1所述一种基于植株目标特征独立喷嘴控制的变流量喷雾方法，其特征在于，所述激光传感器(56)位于左右喷嘴中心位置的正前方，以25ms的扫描周期，270°的扫描角度在行走方向对两侧植株目标进行扫描。