CN106342655A - 一种智能割胶刀 - Google Patents

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刘博艺
蔡宽麒
张燕
程杰仁
时彭超
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    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G23/00—Forestry
    • A01G23/10—Tapping of tree-juices, e.g. caoutchouc, gum
    • A01G23/12—Knives or axes for tapping
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

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Abstract

本发明提供一种智能割胶刀，包括：割胶刀主体（1）、外壳（2）、显示屏（3）、声音传感器（4）、人体感应装置（5）、LED灯（6）、固定臂（7）、L型环套（8）、位移传感器（9）、发声装置（10）、温湿度传感器（11）。本发明不仅能实时监测割胶厚度，还能将所探测的数据储存，并以此为依据对胶工割胶操作进行打分和指导，便于胶工割胶技术的学习，此外当胶工技术成熟时可将可拆卸模块取下，其刀的完整性不会破坏；并且割胶刀还能实时监测胶林温湿度，语音控制LED灯的开和关，能对整机的待机启动智能化控制，使用便捷、简单，在满足割胶工作的种种需求的同时，提高胶工割胶技术，能促进产胶量的增长。

Description

一种智能割胶刀
技术领域
本发明涉及一种智能割胶刀，具体涉及一种智能型学习割胶刀，属于农业机械。
背景技术
橡胶与煤、钢铁、石油并称为四大工业原料，其作为橡胶产国的经济建设、国防工业建设的重要原材料，不仅在工业制品、交通运输设备、农业用具设备上使用，并且其经常出现在各类生活用品中，胶制产品已打7万余种，但是想要获取橡胶，其唯一途径就是割胶，然而决定橡胶产量的多少在于胶工的割胶技术，技术娴熟的胶工往往可以比技术一般的胶工割胶量多20%-30%左右，目前胶工的割胶技术参差不齐是导致割胶产量无法达到峰值的主要原因。市面上大多数割胶刀都为机械自动化，或是半智能化，例如西双版纳州农机研究所所研制的电动割胶刀，其原理是通过电机减少人力输出从而做到割胶时速度快、效率高、比传统胶刀省力等优点，但其存在一些如刀片不稳定、安全系数低等问题。比如海南大学所研制的一种智能割胶刀，其优点在于将以往的经验转化为割胶深度并可视化，通过与已建立的最优割皮厚度数学模型的比较从而得出行刀的深浅情况是否处于最适合的范围内并显示于显示屏上，若不是则自动予以报警，割胶工仅通过报警音即可判断接下来所需使用的力度，此款割胶刀在一定程度上提高了割胶产量但是其功能较少，并且无法从根源上提升胶工的割胶水平。因此需要一种智能割胶刀，不但能检测树皮厚度，还能将胶工以往割胶的深度与最适合的割胶深度进行评估，使得胶工在割胶时不断调整行刀深度，完全实现智能化割胶。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能割胶刀，集学习橡胶技术、提高橡胶产量以及满足割胶需求的一体化智能割胶刀，不但能检测树皮厚度，还能将胶工以往割胶的深度与最适合的割胶深度进行评估，使得胶工在割胶时不断调整行刀深度，完全实现智能化割胶。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种智能割胶刀，包括：割胶刀主体（1）、外壳（2）、显示屏（3）、声音传感器（4）、人体感应装置（5）、LED灯（6）、固定臂（7）、L型环套（8）、位移传感器（9）、发声装置（10）、温湿度传感器（11）。所述的智能割胶刀由两个部分组成，其一为割胶刀主体（1）、其二为电子学习模块，割胶的环境较为潮湿，因此本发明设计外壳（2）将学习模块包裹，防止因潮湿造成的短路，其中外壳的正面由显示屏（3）、人体感应传感器（5）、和声音传感器（4）组成，这些传感器与胶工距离近，方便收集外界的输入信号，减小误差。外壳（2）底部安装发声装置，在外壳（2）顶部包含温湿度传感器（11），右部包含位移传感器（9），传感器安装在刀具下方，并且传感器头部的滚珠与割胶刀片位置平齐，顶部为LED灯条，其灯光照射的方向为刀口与橡胶树接触方向，方便在黑暗的割胶环境中查看刀片位置。外壳通过固定臂（7）和L型环套（8）与刀具组装。
外壳顶部安装LED灯，考虑到供电系统不易过多所以LED灯的规格采用1.2W、5V，可解决凌晨在胶林割胶时因光线不足所带来的问题，并且胶工只需要在声音传感器前说“开灯”、“关灯”即可做到对LED灯光的亮暗的控制。
使用了人体感应模块，当人体传感器通过微波“监测”到胶工远离割胶刀时，此时传感器就会将信号传递给（板）从而控制割胶刀待机。
位移传感器安装在刀具下方，并且传感器头部的滚珠与割胶刀片位置平齐，当割胶刀进行割胶的时候，刀口切入树干，弹簧受到橡胶树表皮阻挡而压缩，由于树皮对弹簧的压缩量与所割树皮的厚度相等，间接求出所割树皮的厚度，并且实时反映在显示屏上，与此同时还能记录以往胶工所割树皮的厚度，并进行相应的评估并给出意见，给胶工下次割胶提供可视化数据参照，通过声音输出装置将评估分数显示给胶农，促使胶工割胶技术的增长，达到学习的目的。
外壳背后设置了声音输出装置，当开机和割胶割到合适厚度时声音输出装置将会输出一段MP3提示音。
L型环套和固定臂相连，共同支撑起整个外壳以及其内部的电子设备，L型环套与刀具过盈配合并为可拆卸的，当胶工的割胶水平到达一定高度，不需要学习辅助时，可将学习模块取下，不会破坏刀具的完整性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：智能割胶刀，不但能检测树皮厚度，还能将胶工以往割胶的深度与最适合的割胶深度进行评估，并且以分数形式显示在显示屏上，使得胶工在割胶时不断调整行刀深度，能提升割胶经验，其还能检测胶林温湿度，提醒胶工在合适的温湿度下割胶，促进橡胶流出的产量；机器还包含语音识别模块，从而做到无需按键即可控制LED灯的暗灭，解决了在黑暗中寻找开关的困难，人体检测模块可以检测是有人与刀具的距离，从而判断刀具是否处于工作状态，若检测人与刀具距离较远，则启动待机模式，减少能耗。
附图说明
图1是本发明的智能割胶刀立体图。
图2是本发明的智能割胶刀主视图。
图3是本发明的智能割胶刀左视图。
图4是本发明的智能割胶刀俯视图。
图5是本发明的智能割胶刀仰视图。
图6是本发明的智能割胶刀右视图。
图7是本发明的智能割胶刀后视图。
图8是本发明的智能割胶刀的学习模块图。
图9是本发明的智能割胶刀的割胶模块图。
其中：1-割胶刀主体、2-外壳、3-显示屏、4-声音传感器、5-人体感应装置、6-LED灯、7-固定臂、8-L型环套、9-位移传感器、10-发声装置、11-温湿度传感器。
具体实施方式
为了详细说明本发明一种智能割胶刀的技术内容、构造特征、以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。
如图1、2、3、4、5、6、7、8、9所示，一种智能割胶刀，包括：割胶刀主体（1）、外壳（2）、显示屏（3）、声音传感器（4）、人体感应装置（5）、LED灯（6）、固定臂（7）、L型环套（8）、位移传感器（9）、发声装置（10）、温湿度传感器（11）。所述的智能割胶刀由两个部分组成，其一为割胶刀主体（1）、其二为电子学习模块，割胶的环境较为潮湿，因此本发明设计外壳（2）将学习模块包裹，防止因潮湿造成的短路，其中外壳的正面由显示屏（3）、人体感应传感器（5）、和声音传感器（4）组成，这些传感器与胶工距离近，方便收集外界的输入信号，减小误差。外壳（2）底部安装发声装置，在外壳（2）顶部包含温湿度传感器（11），右部包含位移传感器（9），传感器安装在刀具下方，并且传感器头部的滚珠与割胶刀片位置平齐，顶部为LED灯条，其灯光照射的方向为刀口与橡胶树接触方向，方便在黑暗的割胶环境中查看刀片位置。外壳通过固定臂（7）和L型环套（8）与刀具组装。
外壳顶部安装LED灯，考虑到供电系统不易过多所以LED灯的规格采用1.2W、5V，可解决凌晨在胶林割胶时因光线不足所带来的问题，并且胶工只需要在声音传感器前说“开灯”、“关灯”即可做到对LED灯光的亮暗的控制，避免了胶工在漆黑环境下找不到灯开关的困扰。
使用了人体感应模块，当人体传感器通过微波“监测”到胶工远离割胶刀时，此时传感器就会将信号传递给（板）从而控制割胶刀待机，达到节约能源的目的。
位移传感器安装在刀具下方，并且传感器头部的滚珠与割胶刀片位置平齐，当割胶刀进行割胶的时候，刀口切入树干，弹簧受到橡胶树表皮阻挡而压缩，由于树皮对弹簧的压缩量与所割树皮的厚度相等，间接求出所割树皮的厚度，并且实时反映在显示屏上，与此同时还能记录以往胶工所割树皮的厚度，并进行相应的评估并给出意见，给胶工下次割胶提供可视化数据参照，通过声音输出装置将评估分数显示给胶农，促使胶工割胶技术的增长，达到学习的目的。
外壳背后设置了声音输出装置，当开机和割胶割到合适厚度时声音输出装置将会输出一段MP3提示音。
L型环套和固定臂相连，共同支撑起整个外壳以及其内部的电子设备，L型环套与刀具过盈配合并为可拆卸的，当胶工的割胶水平到达一定高度，不需要学习辅助时，可将学习模块取下，不会破坏刀具的完整性。
选用Arduino Mega 2560 开发板。 Arduino Mega2560是采用USB接口的核心电路板，具有54路数字输入输出，适合需要大量IO接口的设计。处理器核心是ATmega2560， 同时具有54路数字输入/输出口（其中16路可作为PWM输出），16路模拟输入，4路UART接口，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源 插座，一个ICSP header和一个复位按钮。ArduinoMega2560也能兼容为Arduino UNO设计的扩展板。该刀具具有人机交互模块，通过传感器采集输入信息，通过声音识别模块控制对LED灯的暗灭，通过人体感应模块对整机的待机模式进行控制，通过位移传感器可实时监测所割橡胶树皮的厚度，并且能对胶农割胶前后所产生的数据收集并对比，对胶农割胶技术进行评分，在显示屏中显示，并提出相应意见，有助于胶农割胶水平的提升。
开始工作时胶工打开启动按钮，在听到后置的声音输出装置传出的MP3提示音后，屏幕亮起，随后胶工只需要在声音传感器前说“开灯”即打开LED灯光，屏幕上显示的参数包括时间、温湿度、已割厚度、待需割的厚度、胶工的工作评分，该刀具行刀开始时，应注意位移传感器是否与刀具平行，且位移传感器末端与刀具竖直面位于同一水平面，在行刀过程中刀口切入树干，弹簧因受到橡胶树表皮阻挡而压缩，由于树皮对弹簧的压缩量与所割树皮的厚度相等，间接求出所割树皮的厚度，并且实时反映在显示屏上，与此同时还能记录以往胶工所割树皮的厚度，进行相应的评估并给出意见，给胶工下次割胶提供可视化数据参照，通过声音输出装置将评估分数显示给胶农，促使胶工割胶技术的增长，达到学习的目的，当人体传感器通过微波“监测”到胶工休息远离割胶刀时，此时传感器就会将信号传递给（板）从而控制割胶刀待机，达到节约能源的目的。
当胶工割胶水平达到要求后，即可通过L型环套将学习模块取下，并且L型环套的尺寸与大部分割胶刀匹配，可进行模块式拆卸，方便维修。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例，但是不能以此来限定本发明之权利范围，因此本发明权利要求所做的等效替换、修改及改进等，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种智能割胶刀，包括：割胶刀主体（1）、外壳（2）、显示屏（3）、声音传感器（4）、人体感应装置（5）、LED灯（6）、固定臂（7）、L型环套（8）、位移传感器（9）、发声装置（10）、温湿度传感器（11），其特征在于：智能割胶刀由两个部分组成，其一为割胶刀主体（1）、其二为电子学习模块，割胶的环境较为潮湿，因此本发明设计外壳（2）将学习模块包裹，防止因潮湿造成的短路，其中外壳的正面由显示屏（3）、人体感应传感器（5）、和声音传感器（4）组成，这些传感器与胶工距离近，方便收集外界的输入信号，减小误差；外壳（2）底部安装发声装置，在外壳（2）顶部包含温湿度传感器（11），右部包含位移传感器（9），传感器安装在刀具下方，并且传感器头部的滚珠与割胶刀片位置平齐，顶部为LED灯条，其灯光照射的方向为刀口与橡胶树接触方向，方便在黑暗的割胶环境中查看刀片位置；外壳通过固定臂（7）和L型环套（8）与刀具组装。
2.如权利要求1所述的一种智能割胶刀，其特征在于：外壳顶部安装LED灯，考虑到供电系统不易过多所以LED灯的规格采用1.2W、5V，可解决凌晨在胶林割胶时因光线不足所带来的问题，并且胶工只需要在声音传感器前说“开灯”、“关灯”即可做到对LED灯光的亮暗的控制。
3.如权利要求1所述的一种智能割胶刀，其特征在于：使用了人体感应模块，当人体传感器通过微波“监测”到胶工远离割胶刀时，此时传感器就会将信号传递给（板）从而控制割胶刀待机。
4.如权利要求1所述的一种智能割胶刀，其特征在于：位移传感器安装在刀具下方，并且传感器头部的滚珠与割胶刀片位置平齐，当割胶刀进行割胶的时候，刀口切入树干，弹簧受到橡胶树表皮阻挡而压缩，由于树皮对弹簧的压缩量与所割树皮的厚度相等，间接求出所割树皮的厚度，并且实时反映在显示屏上，与此同时还能记录以往胶工所割树皮的厚度，并进行相应的评估并给出意见，给胶工下次割胶提供可视化数据参照，通过声音输出装置将评估分数显示给胶农，促使胶工割胶技术的增长，达到学习的目的。
5.如权利要求1所述的一种智能割胶刀，其特征在于：外壳背后设置了声音输出装置，当开机和割胶割到合适厚度时声音输出装置将会输出一段MP3提示音。
6.如权利要求1所述的一种智能割胶刀，其特征在于： L型环套和固定臂相连，共同支撑起整个外壳以及其内部的电子设备，L型环套与刀具过盈配合并为可拆卸的，当胶工的割胶水平到达一定高度，不需要学习辅助时，可将学习模块取下，不会破坏刀具的完整性。
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