CN107479369B - 一种自适应行驶速度的智能变量喷洒控制系统及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应行驶速度的智能喷洒控制系统，包括压力传感器、电控单元、喷头，所述压力传感器一端设置在喷头前端，用于感应喷洒管路中的喷洒压力，压力传感器另一端与电控单元相连，具有以下优点：解决了人工调节喷洒量造成喷洒不均匀的问题，在设备上增加一套智能控制系统，时刻监测行驶速度的变化并实时调节喷洒量，保证喷洒的准确性、均匀性，避免出现病虫害防治效果差或者产生药害的现象，并有效的降低操作者劳动强度。

Description

一种自适应行驶速度的智能变量喷洒控制系统及其实现方法
技术领域
本发明为一种自适应行驶速度的智能变量喷洒控制系统及其实现方法，属于农业机械智能控制类，用于田间管理机械上农药、叶面肥等液体撒布的智能变量控制。
背景技术
市场上的常见技术是在设备行驶过程中，设备的操作者根据当前设备的速度手动调节喷洒压力调节喷洒量大小。由于在实际作业过程中，设备在田地里的行驶速度受到多重因素的影响，速度变化毫无规律，而由于各地块内作物的情况不同，所需要的喷洒量也不同，因此整个调节过程完全依赖操作者经验。同时，由于设备速度变化非常频繁，需要操作者频繁调节控制手柄，劳动强度较大。另外，操作者难以做到及时、迅速、准确调节，操作者往往在开始喷洒时，设定好喷洒量。当车速变化时，操作者不再调节控制手柄，造成药液喷洒不均的问题。实际药液喷洒量要么偏少，导致病虫害防治效果差，要么偏多，造成农药浪费，农药残留超标，产生药害。
发明内容
本发明要解决的问题是针对以上不足，提供一种自适应行驶速度的智能变量喷洒控制系统，解决了人工调节喷洒量造成喷洒不均匀的问题，在设备上增加一套智能控制系统，时刻监测行驶速度的变化并实时调节喷洒量，保证喷洒的准确性、均匀性，避免出现病虫害防治效果差或者产生药害的现象，并有效的降低操作者劳动强度。
为解决以上问题，本发明采用以下技术方案：
一种自适应行驶速度的智能喷洒控制系统，包括压力传感器、电控单元、喷头，所述压力传感器一端设置在喷头前端，用于感应喷洒管路中的喷洒压力，压力传感器另一端与电控单元相连。
进一步的，所述智能变量喷洒控制系统还包括转速传感器和变速箱，转速传感器一端设置在变速箱上，转速传感器另一端与电控单元连接。
进一步的，所述智能变量喷洒控制系统还包括电动阀、回液管、高压管，电动阀两端分别连接回液管、高压管，电动阀与电控单元连接。
进一步的，所述压力传感器可用流量计代替，可利用流量计直接测量喷头流量。
一种自适应行驶速度的智能喷洒控制系统的实现方法，所述实现方法包括以下步骤：
步骤S101，程序开始运行，完成后进入步骤S102；
步骤S102，参数读取，读取控制、检测需用的参数，如：压力参数、车速频率、压力、流量表等，完成后进入步骤S103；
步骤S103，端口初始化，即配置输入、输出端口类型，重置输出，完成后进入步骤S104。
进一步的，所述实现方法还包括以下步骤：
步骤S104，输入数据检测，检测车速、压力传感器信号，完成进入步骤S105；
步骤S105，输入数据滤波，去除杂波及系统冲击，防止信号失真，获得较稳定的压力、车速信号，完成后进入步骤S106；
步骤S106，输入数据监测，判断压力和车速信号的合理性，防止因传感器故障造成的信号误判，若是电控单元1监测为故障，则进入步骤S107，否则进入步骤S108；
步骤S107，电控单元1进行故障警示，完成后返回执行步骤S104。
进一步的，所述实现方法还包括以下步骤：
步骤S108，车速、压力值的计算，完成后进入步骤S109和步骤S111、步骤S114、S115；
步骤S109，电控单元1自带屏幕进行数据显示；
步骤S111，选择工作模式，若工作模式为停止状态，返回执行步骤S104，若工作模式为手动启动状态，则进入步骤S112，若工作模式为自动启动状态，则进入步骤S114；
步骤S110，亩/喷洒量输入输入到电控单元1，完成后进入步骤S114。
进一步的，所述实现方法还包括以下步骤：
步骤S114，电控单元1根据速度值进行需求流量计算，完成后进入步骤S115；
步骤S115，根据压力值进行当前流量的计算，完成后进入步骤S116；
步骤S116，判断流量差是否超差，流量差是指实际流量与需求流量之间的差值，超差是指两者的差值超过允许值，电控单元1通过压力、流量曲线得出当前流量，流量差是指实际流量与需求流量之间的差值，超差是指两者的差值超过允许值，若不超差进入步骤S121，否则进入步骤S117。
进一步的，所述实现方法还包括以下步骤：
步骤S117，PID算法计算得出驱动阀门的电流值，完成后进入步骤S118；
步骤118，电控单元判断方向，方向是阀门打开和关闭，阀门的打开会降低喷洒压力，关闭会增加喷洒压力，方向增加则进入步骤S120，方向降低，则进入步骤S119；
步骤S112，手动开关1状态，若手动开关1状态为关闭状态，则进入步骤S113，若手动开关1状态为打开状态，则进入步骤S119；
步骤S119，电控单元控制电动阀的阀门打开，完成后返回执行步骤S104。
进一步的，所述实现方法还包括以下步骤：
步骤S113，手动开关2状态，若手动开关2状态为关闭状态，则进入步骤S121，若手动开关2状态为打开状态，则进入步骤S120；
步骤S121，电控单元控制电动阀的停止阀门，完成后返回执行步骤S104；
步骤S120，阀门关闭，完成后返回执行步骤S104。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
1、解决了人工调节喷洒量造成喷洒不均匀的问题，在设备上增加一套智能控制系统，时刻监测行驶速度的变化并实时调节喷洒量；。
2、设备作业过程中，电控单元自动调节喷洒量，能有效保证喷洒量均匀、精准；
3、设备作业过程中，操作者无需对喷洒系统进行任何操作，作业简单，操作轻松；
4、避免出现病虫害防治效果差或者产生药害的现象，并有效的降低操作者劳动强度。
下面结合附图和实施例对本发明机型作进一步说明。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
附图1是本发明实施例中智能变量喷洒控制系统的结构示意图；
附图2是本发明实施例中智能变量喷洒控制系统的实现方法流程图；
附图3是本发明实施例中喷头的结构示意图；
附图4是本发明实施例中电动阀的结构示意图。
具体实施方式
实施例，如图1所示，一种自适应行驶速度的智能变量喷洒控制系统，包括泵8、出水管7、高压管10、喷头6，出液管7连接泵8，泵8与高压管10连接，高压管10与喷头6连接。
所述智能变量喷洒控制系统还包括转速传感器2、电控单元1、变速箱5、电动阀4、回液管9、压力传感器3，压力传感器3一端设置在喷头6前端，用于感应喷洒管路中的喷洒压力，压力传感器3另一端与电控单元1相连。
所述电动阀4两端分别连接回液管9、高压管10，电动阀4与电控单元1连接。
所述转速传感器2一端设置在变速箱5上，用于实时检测变速箱的转速数据，转速传感器2另一端与电控单元1连接；
所述电控单元1用于接收转速传感器2提供的转速数据、计算车辆的行驶速度，接收压力传感器3提供的压力数据，计算出喷头6的喷洒流量，对行驶速度、喷洒压力、喷洒流量进行处理，确定并驱动电动阀4调节喷头6喷洒的流量。
所述电控单元还可设定、补偿的喷洒量与喷头曲线；电控单元还可改变的喷洒量设定。
所述压力传感器3可用流量计代替，可利用流量计直接测量喷头流量。
如图3所示，所述喷头6包括喷头本体61，喷头本体61的上端通过螺纹拧入高压管10，喷头本体61的侧面设有防滴阀62，防滴阀62阀门的一侧设有固定缸套、活塞、齿轮、齿轮座、旁通水道、出水口和弹簧，通过水压克服弹簧的作用，打开活塞使出药液经喷头64喷出，当停止作业时，高压水管中的压力降低，水压不足以克服弹簧力，活塞回位，药液无法进入喷头64，达到防止滴漏水的现象；喷头本体61的下端安装有喷头固定座63和喷嘴64，喷头固定座63将喷嘴64固定在喷头本体61。
如图4所示，所述电动阀4包括电机41，电机41连接有第一齿轮42和齿轮减速构件43，齿轮减速构件43连接有丝杠构件44和第二齿轮45，丝杠构件44的上下极限位置分别设有第一限位开关46和第二限位开关47，丝杠构件44的下端连接有阀杆48，阀杆48的下端为三角形尖状，阀杆48的下端插入有阀芯体49中，电机41旋转带动齿轮转动，齿轮经减速后，带动丝杠构件上下运动，改变阀杆下端与阀芯体之间的间隙，同时丝杠构件上下极限位置各有一个限位开关，防止阀杆脱出。
如图2所示，所述智能变量喷洒控制系统的实现方法包括以下步骤：
步骤S101，程序开始运行，完成后进入步骤S102；
步骤S102，参数读取，读取控制、检测需用的参数，如：压力参数、车速频率、压力、流量表等，完成后进入步骤S103；
步骤S103，端口初始化，即配置输入、输出端口类型，重置输出，完成后进入步骤S104；
步骤S104，输入数据检测，检测车速、压力传感器信号，完成进入步骤S105；
步骤S105，输入数据滤波，去除杂波及系统冲击，防止信号失真，获得较稳定的压力、车速信号，完成后进入步骤S106；
步骤S106，输入数据监测，判断压力和车速信号的合理性，防止因传感器故障造成的信号误判，若是电控单元1监测为故障，则进入步骤S107，否则进入步骤S108；
步骤S107，电控单元1进行故障警示，完成后返回执行步骤S104；
步骤S108，车速、压力值的计算，完成后进入步骤S109和步骤S111、步骤S114、S115；
步骤S109，电控单元1自带屏幕进行数据显示；
步骤S111，选择工作模式，若工作模式为停止状态，返回执行步骤S104，若工作模式为手动启动状态，则进入步骤S112，若工作模式为自动启动状态，则进入步骤S114；
步骤S110，亩/喷洒量输入输入到电控单元1，完成后进入步骤S114；
步骤S114，电控单元1根据速度值进行需求流量计算，完成后进入步骤S115；
步骤S115，根据压力值进行当前流量的计算，完成后进入步骤S116；
步骤S116，判断流量差是否超差，流量差是指实际流量与需求流量之间的差值，超差是指两者的差值超过允许值，电控单元1通过压力、流量曲线得出当前流量，流量差是指实际流量与需求流量之间的差值，超差是指两者的差值超过允许值，若不超差进入步骤S121，否则进入步骤S117；
步骤S117，PID算法计算得出驱动阀门的电流值，完成后进入步骤S118；
步骤118，电控单元判断方向，方向是阀门打开和关闭，阀门的打开会降低喷洒压力，关闭会增加喷洒压力，方向增加则进入步骤S120，方向降低，则进入步骤S119；
步骤S112，手动开关1状态，若手动开关1状态为关闭状态，则进入步骤S113，若手动开关1状态为打开状态，则进入步骤S119；
步骤S119，电控单元控制电动阀的阀门打开，完成后返回执行步骤S104；
步骤S113，手动开关2状态，若手动开关2状态为关闭状态，则进入步骤S121，若手动开关2状态为打开状态，则进入步骤S120；
步骤S121，电控单元控制电动阀的停止阀门，完成后返回执行步骤S104；
步骤S120，阀门关闭，完成后返回执行步骤S104。
操作者首先将亩喷洒量输入电控单元1中，在设备行驶行驶时，变速箱5上的转速传感器2检测变速箱转速，电控单元1接收到转速信号并转化为设备的行驶速度，由于车速传感器安装在变速箱的输入轴上，由于变速箱速比的因素，传感器检测到的是车轮放大几十倍的信号，准确性和响应性更强。电控单元1根据转速、压力数据，计算出需要的喷洒流量，同时电控单元1接收到喷洒压力传感器3传递过来的压力信号，计算出当前喷头6的喷洒流量，与喷洒表中喷洒流量进行比较，根据两者之间的流量差值、压力，进行模糊PID运算，得出合适的电流值，输出并驱动电动阀门4，将喷头6的流量快速的调整到需要的喷洒流量。
本发明采用上述方案，将电控单元、压力传感器、电动阀门结合，操作者输入喷洒量目标后，设备行驶过程中，电控单元会根据设备的行驶速度，计算出目前需要的喷洒量，同时测量当前的喷洒压力，计算出当前的喷洒量，并进行比较，电控单元根据差值，快速调节电控阀门改变当前喷洒量，直到当前喷洒量喷洒要求，保证喷洒量的准确、均匀和减轻操作者劳动强度。
以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种自适应行驶速度的智能喷洒控制系统的实现方法，其特征在于：所述控制系统包括压力传感器（3）、电控单元（1）、喷头（6），压力传感器（3）一端设置在喷头（6）前端，用于感应喷洒管路中的喷洒压力，压力传感器（3）另一端与电控单元（1）相连；
所述智能变量喷洒控制系统还包括转速传感器（2）和变速箱（5），转速传感器（2）一端设置在变速箱（5）上，转速传感器（2）另一端与电控单元（1）连接；
所述智能变量喷洒控制系统还包括电动阀（4）、回液管（9）、高压管（10），电动阀（4）两端分别连接回液管（9）、高压管（10），电动阀（4）与电控单元（1）连接；
所述压力传感器（3）可用流量计代替，可利用流量计直接测量喷头（6）流量；
所述实现方法包括以下步骤：
步骤S101，程序开始运行，完成后进入步骤S102；
步骤S102，参数读取，读取控制、检测需用的参数，完成后进入步骤S103；
步骤S103，端口初始化，即配置输入、输出端口类型，重置输出，完成后进入步骤S104；
步骤S104，输入数据检测，检测车速、压力传感器信号，完成进入步骤S105；
步骤S105，输入数据滤波，去除杂波及系统冲击，防止信号失真，获得较稳定的压力、车速信号，完成后进入步骤S106；
步骤S106，输入数据监测，判断压力和车速信号的合理性，防止因传感器故障造成的信号误判，若是电控单元（1）监测为故障，则进入步骤S107，否则进入步骤S108；
步骤S107，电控单元（1）进行故障警示，完成后返回执行步骤S104；
步骤S108，车速、压力值的计算，完成后进入步骤S109和步骤S111、步骤S114、S115；
步骤S109，电控单元（1）自带屏幕进行数据显示；
步骤S111，选择工作模式，若工作模式为停止状态，返回执行步骤S104，若工作模式为手动启动状态，则进入步骤S112，若工作模式为自动启动状态，则进入步骤S114；
进入步骤S114前需先进行步骤S110，即：亩/喷洒量输入到电控单元（1），完成后进入步骤S114；
步骤S114，电控单元（1）根据速度值进行需求流量计算，完成后进入步骤S115；
步骤S115，根据压力值进行当前流量的计算，完成后进入步骤S116；
步骤S116，判断流量差是否超差，流量差是指实际流量与需求流量之间的差值，超差是指两者的差值超过允许值，电控单元（1）通过压力、流量曲线得出当前流量，流量差是指实际流量与需求流量之间的差值，超差是指两者的差值超过允许值，若不超差进入步骤S121，否则进入步骤S117；
步骤S117，PID算法计算得出驱动阀门的电流值，完成后进入步骤S118；
步骤S118，电控单元判断方向，方向是阀门打开和关闭，阀门的打开会降低喷洒压力，关闭会增加喷洒压力，方向增加则进入步骤S120，方向降低，则进入步骤S119；
步骤S112，手动开关1状态，若手动开关1状态为关闭状态，则进入步骤S113，若手动开关1状态为打开状态，则进入步骤S119；
步骤S119，电控单元控制电动阀的阀门打开，完成后返回执行步骤S104；
步骤S113，手动开关2状态，若手动开关2状态为关闭状态，则进入步骤S121，若手动开关2状态为打开状态，则进入步骤S120；
步骤S121，电控单元控制电动阀的停止阀门，完成后返回执行步骤S104；
步骤S120，阀门关闭，完成后返回执行步骤S104。
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