CN105528004B - 一种智能喷洒机及智能喷洒方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能喷洒机,包括机架、履带式行走机构、喷洒机构、供电系统、智能控制系统,智能控制系统包括主控制器、PLC分控制器和信号采集装置;PLC分控制器有CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成;一种智能喷洒方法,超声波传感器测量采集信号,将信号反馈给EM231模拟量输入模块,转换将信号传递给CPU模块和主控制器,CPU模块输出不同的喷洒量和喷洒高度的信号给喷洒机构;主控制器控制行走机构的移动;本发明的智能喷洒机和智能喷洒方法,可以根据喷洒目标的高度和所占空间大小的不同进行智能化喷洒,实现喷洒机的智能调节喷洒量和行走功能。
Description
技术领域
本发明涉及农业机械技术领域,具体来说是一种智能喷洒机及智能喷洒方法。
背景技术
在对农作物进行农药喷洒作业中会造成农药残留和地下水污染,其产生的危害已被人们所关注,在当代现今绿色农业的发展正逐步采取有效措施减少农药的使用。为了生产出高效、安全、低污染的农产品,国内外的许多专家学者研制出了高效低污染的自动化喷药装置,使现代农药喷洒装置逐步实现智能化。这些智能化的喷药装置大大提高了农药的使用效率,降低了农药的使用量。
我国的植保机械自动化程度低,喷洒农药量不能根据植物长势的不同进行智能化喷洒,也不能实现热雾机的自动调节喷药量等功能。目前,针对果园、花卉大棚等高杆作物,病虫害的防治大多依靠人工背负机械式。
发明内容
本发明提供一种智能喷洒机,可以根据喷洒目标的高度和所占空间大小的不同进行智能化喷洒,实现喷洒机的智能调节喷洒量和行走功能。
一种智能喷洒机,包括机架、履带式行走机构、喷洒机构、供电系统,所述履带式行走机构对称固定安装在机架的左右两侧,喷洒机构和供电系统固定安装在机架上;
所述喷洒机构包括后端的储药箱和前端的喷杆,所述储药箱上安装有电动泵;储药箱通过管道与所述喷杆连接;所述喷杆的顶端安装有喷头;
所述的储药箱中安装有流量计;
所述喷洒机构上还安装有智能控制系统,所述智能控制系统包括主控制器、PLC分控制器和信号采集装置;所述PLC分控制器有CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成;所述CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成;所述输入模块为EM231模拟量输入模块;所述信号采集装置为安装在喷杆的顶端的超声波传感器;
优选的,所述喷头为可拆卸的喷头,包括外环基座和组装型出水圆环;所述组装型出水圆环包括四个同心的出水圆环,出水圆环半径分别为8cm、6cm、4cm、2cm,各出水圆环上对应设有60、40、30、20个喷洒孔,各出水圆环按半径从大到小的顺序套接组装。
优选的,所述储药箱内还安装有液位传感器。
优选的,所述喷杆为可伸缩的组合喷杆,所述组合喷杆包括喷杆A和喷杆B;喷杆B部分置于喷杆A内,喷杆B露出部分的顶端安装有超声波传感器;所述喷杆A内壁为导电材料制成;所述喷杆A内设置有液压缸和螺旋流量电磁阀,所述螺旋流量电磁阀的阀体呈螺旋状水道,水道连通喷头,螺旋流量电磁阀与喷杆内壁过盈配合;所述液压缸和CPU模块电连接,液压缸根据CPU模块输出的信号调节可伸缩的组合喷杆的伸缩长度;所述螺旋流量电磁阀固定在喷杆内壁上,所述喷头连在螺旋流量电磁阀上。
优选的,所述喷杆连接在储药箱上,连接处使用十字形凹槽外嵌套圆形的连接机构。
一种智能喷洒方法,在具有行走机构的喷洒设备上设置超声波传感器,所述喷洒设备包括有喷杆,超声波传感器安装在喷杆的顶端;
所述超声波传感器测量喷洒目标的高度和所占空间大小信号,将信号反馈给EM231模拟量输入模块,经过EM231模拟量输入模块采集并转换将信号传递给CPU模块和主控制器,所述CPU模块输出不同的喷洒量和喷洒高度的信号给喷洒机构;
喷洒机构中通过流量计控制喷洒的流量,所述流量计根据电动泵传输的流量,将药液流量传给喷头,同时压力表接收到药液流量的压力,将压力信号传输给螺旋流量电磁阀和液压缸,螺旋流量电磁阀通过改变吸合程度来控制喷洒的流量大小,液压缸控制喷杆的高度。
所述主控制器根据EM231模拟量输入模块传递的信号控制行走机构的移动。
本技术中使用的PLC即可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),具有极高的可靠性和灵活性,因此被广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中。PLC主要有CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。CPU模块主要由微处理器(CPU芯片)和存储器组成。在PLC控制系统中,CPU模块相当于人的大脑和心脏,它不断地采集输入信号,执行用户程序,刷新系统的输出;存储器用来储存程序和数据。输入(Input)模块和输出(Output)模块简称为I/O模块,它们相当于人的眼、耳、手、脚,是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。编程器用来生成用户程序,并用它来编辑、检查、修改用户程序,监视用户程序的执行情况。PLC使用AC220V电源或DC24V电源,本发明中使用的是DC24V。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的侧视图。
图3为本发明十字形外嵌套圆形。
图4为本发明组合喷头的分解图。
图5为本发明喷洒系统的流程图。
图6为本发明的控制方法流程图。
其中:1为机架、2为主控制器、3为PLC分控制器、4为信号发射器、5为PLC的CPU224CN模块、6为EM231的模拟量输入模块、7为无线信号接收器、8为储药箱、9为电动泵、10为液位传感器、11为压力表、12为流量计、13为十字形凹槽外嵌套圆形的连接机构、14为喷杆A、15为喷杆B、16为组合喷杆、17为外环基座、181为出水圆环A、182为出水圆环B、183为出水圆环C、184为出水圆环D、19为喷头、20为超声波传感器、21为无刷直流电机、22为履带、23为张紧轮、24为支撑轮、25为拖轮、26为驱动轮、27为行走机构。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明:
一种智能喷洒机,包括机架1、履带式行走机构27、喷洒机构,履带行走机构包括履带22、驱动轮26、张紧轮23、拖轮25,动力机构与驱动轮连接,履带22安装在驱动轮26上,拖轮25通过轴承并行安装在机架上,拖轮25的底端内嵌在履带22内,张紧轮23通过轮心转动安装在支架后端且嵌在履带22内,张紧轮23轮心通过挡板和长螺杆与机架连接;机架1左右两侧通过焊接方式连接履带式行走机构27,机架1的后端安装有储药箱8,储药箱8尾部安装有电动泵9和液位传感器10,储药箱8的前部与组合喷杆16连接;
组合喷杆16包括喷杆A14和喷杆B15;喷杆B15部分置于喷杆A14内,喷杆B15露出部分的顶端安装有超声波传感器;喷杆A14内壁为导电材料制成;所述喷杆A14内设置有液压缸和螺旋流量电磁阀,液压缸可以控制喷杆B15的伸缩;螺旋流量电磁阀的阀体呈螺旋状水道,水道连通喷头,螺旋流量电磁阀与喷杆内壁过盈配合;组合喷杆16储药箱8的前部与喷杆A14连接,喷杆B15的顶端安装有超声波传感器20,超声波传感器20实时采集植株的高度和疏密程度;
喷杆B15的顶端安装有喷头19,喷头19为可拆卸的喷头,包括外环基座和组装型出水圆环;组装型出水圆环包括四个同心的出水圆环,出水圆环A181、出水圆环B182、出水圆环C183、出水圆环D184,四个出水圆环半径分别为8cm、6cm、4cm、2cm,各出水圆环上对应设有60、40、30、20个喷洒孔,各出水圆环按半径从大到小的顺序套接组装,四个出水圆环间可以采用热套法进行安装,用注入压力油的方法进行拆卸,这样对喷头无损害。热套安装法,即采用的是过盈配合连接,热套工艺在较高温度下完成,保证套装时的温度高于工件温度。
机架1的前端安装有PLC的CPU224CN模块5和EM231的模拟量输入模块6和PLC分控制器3,PLC分控制器3控制PLC的CPU224CN模块5和EM231的模拟量输入模块6,由超声波传感器20采集的信号进行处理并反馈给喷洒机构,从而控制喷头18组合喷出不同的喷洒量和喷洒高度。
喷洒机构包括储药箱8、电动泵9、药液传输系统、喷杆14、喷杆15、组合喷头19、超声波传感器20,喷洒机构连接至储药箱8内部,电动泵9控制药液的流出;喷杆A14另外一端连接至储药箱8上,且连接处使用十字形外嵌套圆形13的连接方法,圆形以十字形为直径,即喷杆14安装在十字形的凹槽中,使得喷杆14可在十字凹槽中可进行上下左右四个不同方位、圆形轨道内调节。喷杆15另外一端连接喷头19,使得喷头19根据超声波传感器20得出的不同植株密度和高度,经过PLC分控制器3的处理调整高度并且喷出适量的药液。
药液传输过程中,电动泵9从储药箱8中抽出药液,若储药箱8的药液超出安全液位,则溢流阀动作并溢出药液,提醒操作人员不得再继续加药,流量12计根据电动泵9传输的流量,将药液流量传给压力表,进而药液流出。喷头19直接连在螺旋流量电磁阀上,螺旋流量电磁阀固定在喷杆16内部,螺旋流量电磁阀的阀体呈螺旋状水道,水道口径与喷药嘴口径一致,螺旋流量电磁阀与喷杆16内壁过盈配合,喷杆内部还配合螺旋流量电磁阀设置有方刚,PLC分控制器3通过调节方钢在喷杆16中的高度来改变螺旋流量电磁阀吸合程度,从而控制喷杆的高度和喷射的流量大小;达到根据超声波传感器20接收到的信号带动实现喷杆16的伸缩,从而调节喷杆16的高度和喷洒量的大小。
控制系统包括主控制器2和PLC分控制器3,电动泵9、无刷直流电机21与主控制器2通信连接并由主控制器2控制其行走机构27,PLC分控制器3安装在机架1前端,主控制器2通过超声波传感器20获取喷雾机前方的植株高度和植株密度,主控制器2将信号传输给PLC分控制器3,经PLC分控制器3的处理后,根据上述待喷区域植株高度和植株密度控制动力机构、喷杆组合16和喷头19的动作。
超声波传感器20进行信号采集,将采集到的信号反馈给EM231模拟量输入模块6。喷洒机在果园中行走,根据超声波传感器测量的不同植株密度信号,将信号反馈给EM231模拟量输入模块6,经过模拟量的采集并将转换后的信号发送给PLC的CPU224CN模块5,进而由电磁阀调节组合型出水圆环的喷头19,根据植株密度喷出不同的药液量。同时根据超声波传感器20测量的喷杆15末端离地面的高度,将信号反馈给EM231模拟量输入模块6,经过模拟量的采集并转换将转换后的信号再发送给PLC的CPU224CN模块5,进而由喷杆内部液压缸调节喷杆的伸缩达到所需要的喷杆高度。
喷洒机构的机架1下方安装有无刷直流电机21,无刷直流电机21给履带行走机构27供电,保证其稳定行走,同时无刷直流电机21也给PLC的CPU224CN模块5和EM231模拟量模块6供电,以保证PLC的CPU224CN模块5和EM231模拟量模块6能够保持在通电状态进行信号的采集和处理。
Claims (2)
1.一种智能喷洒机,其特征在于:包括机架、履带式行走机构、喷洒机构、供电系统,所述履带式行走机构对称固定安装在机架的左右两侧,喷洒机构和供电系统固定安装在机架上;所述喷洒机构包括后端的储药箱和前端的喷杆,所述储药箱上安装有电动泵;储药箱通过管道与所述喷杆连接;所述喷杆的顶端安装有喷头;所述的储药箱中安装有流量计;所述喷洒机构上还安装有智能控制系统,所述智能控制系统包括主控制器、PLC分控制器和信号采集装置;所述PLC分控制器有CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成;所述CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成;所述输入模块为EM231模拟量输入模块;所述信号采集装置为安装在喷杆的顶端的超声波传感器;
所述喷头为可拆卸的喷头,包括外环基座和组装型出水圆环;所述组装型出水圆环包括四个同心的出水圆环,出水圆环半径分别为8cm、6cm、4cm、2cm,各出水圆环上对应设有60、40、30、20个喷洒孔,各出水圆环按半径从大到小的顺序套接组装;
所述储药箱内还安装有液位传感器;
所述喷杆为可伸缩的组合喷杆,所述组合喷杆包括喷杆A和喷杆B;喷杆B部分置于喷杆A内,喷杆B露出部分的顶端安装有超声波传感器;所述喷杆A内壁为导电材料制成;所述喷杆A内设置有液压缸和螺旋流量电磁阀,所述螺旋流量电磁阀的阀体呈螺旋状水道,水道连通喷头,螺旋流量电磁阀与喷杆内壁过盈配合;所述液压缸和CPU模块电连接,液压缸根据CPU模块输出的信号调节可伸缩的组合喷杆的伸缩长度;所述螺旋流量电磁阀固定在喷杆内壁上,所述喷头连在螺旋流量电磁阀上;
所述喷杆连接在储药箱上,连接处使用十字形凹槽外嵌套圆形的连接机构。
2.一种智能喷洒方法,其特征在于,在具有行走机构的喷洒设备上设置超声波传感器,所述喷洒设备包括有喷杆,超声波传感器安装在喷杆的顶端;所述超声波传感器测量喷洒目标的高度和所占空间大小信号,将信号反馈给EM231模拟量输入模块,经过EM231模拟量输入模块采集并转换将信号传递给CPU模块和主控制器,所述CPU模块输出不同的喷洒量和喷洒高度的信号给喷洒机构;喷洒机构中通过流量计控制喷洒的流量,所述流量计根据电动泵传输的流量,将药液流量传给喷头,同时压力表接收到药液流量的压力,将压力信号传输给螺旋流量电磁阀和液压缸,螺旋流量电磁阀通过改变吸合程度来控制喷洒的流量大小,液压缸控制喷杆的高度;所述主控制器根据EM231模拟量输入模块传递的信号控制行走机构的移动。
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