CN105230444A - 一种全角度风力控制水枪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全角度风力控制水枪装置，包括水枪探头、万向节、柱状连接器、直流风机组模块、单片机主控模块、支架和无线遥控模块，所述柱状连接器上固定有所述直流风机组模块和单片机主控模块，其上端通过所述万向节与所述支架连接，其下端连接所述水枪探头，所述无线遥控模块与所述单片机主控模块无线连接。该装置可以在空中完成全方位、大面积的农林灌溉任务，节约喷头安装密度的同时对特定区域、特定物体进行定时定量灌溉。

Description

一种全角度风力控制水枪装置

技术领域

本发明属于控制或调节系统领域，特别涉及一种全角度风力控制水枪装置。

背景技术

近年来，自动控制已越来越广泛的应用于工业、农林、纺织、医疗等各个行业，而农业灌溉方面，目前大部分农田仍然采用人工浇灌或者固定喷头浇灌。不论是人工浇灌或是固定喷头式浇灌都存在很大的局限性,大规模的农林种植中，人工浇灌需要耗费大量的人力、物力，并且还费时，而固定喷头浇灌，需要事先埋下水管，具有相当大的工程量且地下水管不易检查和维护，对土壤土质结构也有一定的影响，固定喷头虽然常常可以进行360°旋转，但是所及范围有限，一般为半径不超过5米的圆形范围，而且只是考虑了灌溉的目的并没有考虑不同农作物的需求量，喷水量的大小不可控制，这样不仅降低了灌溉的效率而且对水资源也是一种浪费。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种可以在空中完成全方位、大面积的农林灌溉任务，节约喷头安装密度的同时对特定区域、特定物体进行定时定量灌溉的装置。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种全角度风力控制水枪装置，包括水枪探头、万向节、柱状连接器、直流风机组模块、单片机主控模块、支架和无线遥控模块，所述柱状连接器上固定有所述直流风机组模块和单片机主控模块，其上端通过所述万向节与所述支架连接，其下端连接所述水枪探头，所述无线遥控模块与所述单片机主控模块无线连接。

进一步地，所述直流风机组模块包括四个相同的直流风机，所述直流风机两两同轴连接再正交固定于所述柱状连接器下部，所述单片机主控模块分别与四个直流风机连接。

进一步地，所述柱状连接器采用碳素轻杆连接器。

更进一步地，所述支架为龙门型支架。

一种全角度风力控制水枪装置的控制方法，包括以下步骤：

（1）系统装置初始化设置：校正所述柱形连接器倾斜角度，所述直流风机组模块静止设定，所述单片机主控模块初始化；

（2）运动状态的控制：首先设置工作参数，向所述无线遥控模块输入预定的高度，角度和轨迹参数，通过所述无线遥控模块发送指令给所述单片机主控模块，接收到指令后所述单片机主控模块根据预先设定的高度，角度和轨迹参数生成特定的PWM输出波形，通过输出占空比时变的PWM波控制所述直流风机的转速，进而控制所述直流风机组模块的运动状态；

（3）喷水控制：所述直流风机组模块完成指定轨迹的运动并稳定后，所述无线遥控模块发出喷水指令，所述水枪探头阀门打开并向外喷水；

（4）停机控制：完成任务之后，所述无线遥控模块发出指令关闭所述水枪探头阀门，所述直流风机停止工作，系统恢复静止状态。

进一步地，所述步骤（2）包括以下步骤：

①所述单片机主控模块根据接收到的指令进行运算，生成对应的时变的四路PWM输出波形，并将四路PWM波分别输出给所述直流风机组模块的四个直流风机；

②所述直流风机组模块的四个直流风机以不同的风速转动，带动整个水枪装置从初始状态开始运动；

③所述单片机主控模块中的传感器对水枪装置的运动状态进行检测，判断水枪装置的运动是否符合预定设置的轨迹形态，若不满足，则继续执行所述步骤②，若满足，则执行步骤（4）。

本发明的工作原理：本发明通过无线遥控模块进行远程遥控，由它发出的指令，通过无线信道将指令传给单片机主控模块，单片机主控模块接收到指令之后，生成特定的PWM波输出信号，并将信号传给直流风机模块，直流风机组模块是由四个相同的直流风机组成，相互独立且由单片机主控模块单独控制，四个直流风机配合工作可以使得本发明水枪装置做预定轨迹的运动，稳定后水枪探头开始喷水，对固定区域进行定时定量的灌溉。

本发明的有益效果是：

适用于灌溉，消防等不同领域，可以在空中完成全方位、大面积的农林灌溉任务，能够在小角度的转动领域对大面积区域进行定点定量的补水供给，具有成本低，所占空间小，管辖面积大，省时省力，精准可靠的特点，提高了灌溉效率，也明显提高了水资源的利用率。

附图说明

图1为本实施例结构示意图；

图2为本实施例无线遥控模块示意图；

图3为本实施例的控制模块示意图；

图4为本实施例的方法流程图。

其中，1-水枪探头、2-直流风机组模块、3-单片机主控模块、4-碳素轻杆连接器、5-万向节、6-无线遥控模块。

具体实施方式

通过以下详细说明结合附图可以进一步理解本发明的特点和优点。所提供的实施例仅是对本发明方法的说明，而不以任何方式限制本发明揭示的其余内容。

如图1所示，一种全角度风力控制水枪装置，包括水枪探头、万向节、柱状连接器、直流风机组模块、单片机主控模块、支架和无线遥控模块，所述柱状连接器上固定有所述直流风机组模块和单片机主控模块，其上端通过所述万向节与所述支架连接，其下端连接所述水枪探头，所述无线遥控模块与所述单片机主控模块无线连接。

本实施例中柱状连接器采用碳素轻杆连接器4，支架采用龙门型支架，直流风机模块2包括四个相同的直流风机，直流风机两两同轴连接再正交固定于所述柱状连接器下部，所述单片机主控模块单独控制四个直流风机。

如图1、图2、图3所示，全角度风力控制的水枪装置，包括万向节5及碳素轻杆连接器4、直流风机组模块2、单片机主控模块3、无线遥控模块6和水枪探头1；碳素轻杆连接器4下端连接水枪探头1，单片机主控模块3、直流风机组模块2和水枪探头1固定在碳素轻杆连接器4上，万向节5置于碳素轻杆连接器4的上端，碳素轻杆连接器4通过万向节5与龙门型支架连接，使得整个系统可以在360°全空间内无限制的运动。无线遥控模块6进行远程遥控，由它发出的指令，通过无线信道将指令传给单片机主控模块3，此模块用于接收遥控指令并对直流风机组模块2起实际控制作用，单片机主控模块3接收到指令之后，生成特定的PWM波输出信号，并将信号传给直流风机模块2，直流风机组模块2是由四个相同的直流风机组成，每个直流风机相互独立并且由单片机主控模块3单独控制，四个风机配合工作可以使得该装置做预定轨迹的运动，使得水枪探头1能够对固定区域进行定时定量的灌溉。

如图1、图4所示，本发明提供了一种全角度风力控制水枪装置的控制方法，包括以下步骤：

（1）系统装置初始化设置：校正所述碳素轻杆连接器4倾斜角度，所述直流风机组模块2静止设定，所述单片机主控模块3初始化；

（2）运动状态的控制：首先设置工作参数，向所述无线遥控模块6输入预定的高度，角度和轨迹参数，通过所述无线遥控模块6发送指令给所述单片机主控模块3，接收到指令后所述单片机主控模块3根据预先设定的高度，角度和轨迹参数生成特定的PWM输出波形，通过输出占空比时变的PWM波控制所述直流风机的转速，进而控制所述直流风机组模块2的运动状态；

（3）喷水控制：所述直流风机组模块2完成指定轨迹的运动并稳定后，所述无线遥控模块6给出喷水指令，所述水枪探头1阀门打开并向外喷水；

（4）停机控制：完成任务之后，所述无线遥控模块6给出指令关闭所述水枪探头1阀门，所述直流风机停止工作，系统恢复静止状态。

所述步骤（2）包括以下步骤：

①所述单片机主控模块2根据接收到的指令进行运算，生成对应的时变的四路PWM输出波形，并将四路PWM波分别输出给所述直流风机组模块2的四个直流风机；

②所述直流风机组模块2的四个直流风机以不同的风速转动，带动整个水枪装置从初始状态开始运动；

③所述单片机主控模块3中的传感器对水枪装置的运动状态进行检测，判断水枪装置的运动是否符合预定设置的轨迹形态，若不满足，则继续执行所述步骤②，若满足，则执行步骤（4）。

想要获得精准和稳定的运动轨迹则就要涉及位置信息的获取，如何滤掉信号中的噪声信号对装置系统控制来说至关重要，卡尔曼滤波是一种基于线性回归思想，对系统方程进行最优估计的算法，其优点就在于即使不知道系统的具体状态方程，也可以非常精准的对系统下一时刻的状态量进行有效的估计，这对获取精准的数据提供了保障。PID算法是一种经典的自动控制算法，它是对系统偏差的比例，积分和微分做出及时的反应，从而保证系统有效而又稳定的运动。

基于计算复杂度以及难易度的考虑，本发明主要采用基于卡尔曼滤波的PID控制算法。

该水枪装置适用范围广泛，不仅可以用于农林灌溉，同时还可以用于消防、军事和医疗等各个方面；借助经典的自动控制原理技术，能够精准并稳定的根据预定轨迹运动，在空中进行全方位、大面积的灌溉任务；灌溉效率高，不仅大面积节省占地空间，而且节省人力物力，也提高了水资源的利用率。

Claims (6)

1.一种全角度风力控制水枪装置，其特征在于：包括水枪探头、万向节、柱状连接器、直流风机组模块、单片机主控模块、支架和无线遥控模块，所述柱状连接器上固定有所述直流风机组模块和单片机主控模块，其上端通过所述万向节与所述支架连接，其下端连接所述水枪探头，所述无线遥控模块与所述单片机主控模块无线连接。

2.根据权利要求1所述的全角度风力控制水枪装置，其特征在于：所述直流风机组模块包括四个相同的直流风机，所述直流风机两两同轴连接再正交固定于所述柱状连接器下部，所述单片机主控模块分别与四个直流风机连接。

3.根据权利要求1所述的全角度风力控制水枪装置，其特征在于：所述柱状连接器采用碳素轻杆连接器。

4.根据权利要求1所述的全角度风力控制水枪装置，其特征在于：所述支架为龙门型支架。

5.一种权利要求1至4任意一项所述全角度风力控制水枪装置的控制方法：其特征在于包括以下步骤：

（1）系统装置初始化设置：校正所述柱状连接器倾斜角度，所述直流风机组模块静止设定，所述单片机主控模块初始化；

（2）运动状态的控制：首先设置工作参数，向所述无线遥控模块输入预定的高度，角度和轨迹参数，通过所述无线遥控模块发送指令给所述单片机主控模块，接收到指令后所述单片机主控模块根据预先设定的高度，角度和轨迹参数生成特定的PWM输出波形，通过输出占空比时变的PWM波控制所述直流风机的转速，进而控制所述直流风机组模块的运动状态；

（3）喷水控制：所述直流风机组模块完成指定轨迹的运动并稳定后，所述无线遥控模块给出喷水指令，所述水枪探头阀门打开并向外喷水；

（4）停机控制：完成任务之后，所述无线遥控模块给出指令关闭所述水枪探头阀门，所述直流风机停止工作，系统恢复静止状态。

6.根据权利要求5所述的全角度风力控制水枪装置的控制方法，其特征在于：所述步骤（2）包括以下步骤：

①所述单片机主控模块根据接收到的指令进行运算，生成对应的时变的四路PWM输出波形，并将四路PWM波分别输出给所述直流风机组模块的四个直流风机；②所述直流风机组模块的四个直流风机以不同的风速转动，带动整个水枪装置从初始状态开始运动；

③所述单片机主控模块中的传感器对水枪装置的运动状态进行检测，判断水枪装置的运动是否符合预定设置的轨迹形态，若不满足，则继续执行所述步骤②，若满足，则执行步骤（4）。