一种田间虫害监测车及其监测方法
技术领域
本发明属于农业机械技术领域,具体涉及一种田间虫害监测车及其监测方法。
背景技术
病虫害是农作物生长过程中客观存在的自然灾害,对农作物的产量和品质有直接影响。我国是农业生产大国,也是农作物病虫害多发国家,准确的病虫预测预报对控制农作物病虫害蔓延、最大限度降低经济损失尤为重要。我国虫害监测多数以人工检测为主,以文字描述、手工绘制及记录的图标等纸质资源居多。这种传统的技术存在精确性不高、时效性差、利用率低、劳动强度大等问题,给虫害信息汇总、统计、分析及信息的共享带来很大的不便。而农作物病虫害数字化监测可以有效提高病虫防控组织化程度和科学化水平,是实现病虫综合治理、农药减量控害的重要措施,还是转变农业发展方式、实现提质增效的重大举措。但常规病虫害数字化监测系统大多不能移动,检测监控的范围较小,难以广泛应用于大规模的农田。因此,设计一种移动式的病虫害监控装置十分重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种田间虫害监测车及其监测方法。
本发明一种田间虫害监测车,包括主车、辅车、监测装置、第一钢丝绳、第二钢丝绳、第三钢丝绳和第四钢丝绳。
所述的主车包括第一卷轮电机、第二卷轮电机、第三卷轮电机、第一卷轮、第二卷轮、第三卷轮、主支撑板、主升降装置、主平衡装置、主车行进机构、第一T形支架、第一排线器、第二排线器、第三排线器、第一阻尼器、第二阻尼器和第三阻尼器。所述的主车行进机构通过主平衡装置与主支撑板的底面连接。主支撑板的顶面与第一T形支架的底端通过主升降装置连接。第一T形支架顶端横杆的中部及两端均支承有第一滑轮。
所述的第一卷轮电机、第二卷轮电机、第三卷轮电机、第一排线器、第二排线器及第三排线器均固定在主支撑板上。第一卷轮电机、第二卷轮电机、第三卷轮电机的输出轴与第一卷轮、第二卷轮、第三卷轮分别固定。第一卷轮电机、第二卷轮电机、第三卷轮电机的输出轴与第一阻尼器、第二阻尼器、第三阻尼器的阻力口分别固定。第一排线器、第二排线器、第三排线器与第一卷轮、第二卷轮、第三卷轮分别位置对应。
所述的辅车包括辅车行进机构、辅平衡装置、辅升降装置、辅支撑板、第二T形支架、第四卷轮、第四卷轮电机、第四排线器和第四阻尼器。辅车行进机构通过辅平衡装置与辅支撑板的底面连接。辅支撑板的顶面与第二T形支架的底端通过辅升降装置连接。第二T形支架顶端横杆的中部支承有第二滑轮。
所述的第四阻尼器、第四排线器及第四卷轮电机均固定在辅支撑板上。第四卷轮电机的输出轴与第四卷轮固定。第四卷轮电机的输出轴与第四阻尼器的阻力口固定。第四排线器与第四卷轮位置对应。
所述的主车行进机构与辅车行进机构均包括驱动电机、底架和三角履带轮。两个三角履带轮分别设置在底架的两侧。两个三角履带轮由两个驱动电机分别驱动。
所述的主平衡装置与辅平衡装置均包括固定架、平衡电机、曲柄、连杆和摇架。所述的摇架与固定架构成公共轴线垂直于行进方向且水平设置的转动副。平衡电机固定在固定架上;平衡电机的输出轴与曲柄的一端固定。曲柄的另一端与连杆的一端铰接;连杆的另一端与摇架铰接。主平衡装置内的摇架顶面与主支撑板的底面固定。辅平衡装置内的摇架顶面与辅支撑板的底面固定。主平衡装置内的固定架与主车行进机构内的底架固定。辅平衡装置内的固定架与辅车行进机构内的底架可拆卸固定。
所述的主升降装置和辅升降装置均包括螺母、套管、丝杠、升降板、固定板、升降电机、第一铰板组和第二铰板组。所述的第一铰板组包括首尾依次铰接成四边形的第一铰板、第二铰板、第三铰板和第四铰板。所述的第一铰板与第二铰板的铰接轴固定在套管上。所述的第三铰板与第四铰板的铰接轴固定在螺母上。第二铰板与第三铰板的铰接轴固定在升降板上。第一铰板与第四铰板的铰接轴固定在固定板上。所述的第二铰板组包括首尾依次铰接成四边形的第五铰板、第六铰板、第七铰板和第八铰板。所述的第五铰板与第六铰板的铰接轴固定在套管上。所述的第七铰板与第八铰板的铰接轴固定在螺母上。第六铰板与第七铰板的铰接轴固定在升降板上。第五铰板与第八铰板的铰接轴固定在固定板上。所述的升降电机与套管固定。升降电机的输出轴与丝杠的一端固定。所述的丝杠穿过套管并与螺母构成螺旋副。主升降装置内的固定板与主支撑板固定,升降板与第一T形支架的底端固定。辅升降装置内的固定板与辅支撑板固定,升降板与第二T形支架的底端固定。
所述的第一卷轮、第二卷轮、第三卷轮、第四卷轮与第一钢丝绳、第二钢丝绳、第三钢丝绳、第四钢丝绳的一端分别固定。所述第三钢丝绳与第四钢丝绳的另一端与接绳杆的两端分别可拆卸连接。第一钢丝绳、第二钢丝绳的另一端上均固定有第一弯钩。两个第一弯钩分别勾住固定在第二T形支架顶端横杆两端的圆环。第一钢丝绳、第二钢丝绳、第三钢丝绳、第四钢丝绳分别卷在第一卷轮、第二卷轮、第三卷轮、第四卷轮上,并分别绕过第一排线器、第二排线器、第三排线器、第四排线器。第一钢丝绳、第二钢丝绳、第三钢丝绳分别绕过第一T形支架顶端上的三个第一滑轮。第四钢丝绳绕过第二T形支架顶端上的第二滑轮。
所述的监测装置包括悬挂杆、滑动套和相机。滑动套呈工字形,由一体成型的连接横杆和两根滑动管组成。连接横杆的两端与两根滑动管的中部连接。两根滑动管与第一钢丝绳、第二钢丝绳分别构成滑动副。连接横杆与第四钢丝绳固定。两根悬挂杆的顶端与连接横杆的两端分别固定,底端与两个相机分别固定。两个相机的摄像头均朝向第一T形支架,且向内侧倾斜。
进一步地,本发明一种田间虫害监测车控制系统,还包括主车控制模块、辅车控制模块、光照检测模块、照明模块、温度检测模块和湿度检测模块。主车控制模块及辅车控制模块均包括单片机、电源模块、驱动模块和无线传输模块。温度检测模块及湿度检测模块设置在主车上并与主车控制模块内的单片机相连或设置在辅车并与辅车控制模块内的单片机相连。光照检测模块及照明模块均设置在悬挂杆上且与主车控制模块内的单片机相连或与辅车控制模块内的单片机相连。温度检测模块通过温度传感器检测温度值并传输给单片机。湿度检测模块通过湿度传感器检测湿度值并传输给单片机。光照检测模块检测光照强度并传输给单片机。单片机根据光照检测模块检测到的光照强度,控制照明模块内的照明灯的亮度。
进一步地,所述的电源模块包括蓄电池、瞬态二极管、第一稳压芯片、第二稳压芯片和逆变器。所述的第一稳压芯片及第二稳压芯片的型号均为B1205s-2W。所述蓄电池的正极接瞬态二极管的负极、第一电感L1、电容C6、电容C7的一端、电容C8的正极、第一稳压芯片、第二稳压芯片的2管脚及逆变器的正极输出端。蓄电池的负极接瞬态二极管的正极、第一电感L1、电容C6、电容C7的另一端、电容C8的负极、第一稳压芯片、第二稳压芯片的1管脚、逆变器的负极输出端及电源地线。第一稳压芯片的3管脚与电容C2的一端及电容C3的负极相连并接第一地线。第一稳压芯片的4管脚接电容C2的另一端及电容C3正极。第二稳压芯片的3管脚与电容C4的一端及电容C5的负极相连并接第二地线。第二稳压芯片的4管脚接电容C4的另一端及电容C5的正极。蓄电池的正极即电源模块的12V输出端。第一稳压芯片的4管脚即电源模块的第一5V输出端。第二稳压芯片的4管脚即电源模块的第二5V输出端。
所述单片机的型号为STC12C5A32S2。单片机的38管脚接电源模块的第一5V输出端,16管脚接第一地线,15管脚接晶振Y1及电容C11的一端,14管脚接晶振Y1的另一端及电容C12的一端。电容C11及电容C12的另一端均接第一地线。单片机的4管脚接电阻R7的一端。电阻R7的另一端接第一地线。
所述的驱动模块包括第一光电耦合器和第二光电耦合器。所述的第一光电耦合器的型号为NEC2051。所述的第二光电耦合器的型号为TLP1A。第一光电耦合器的负极输入端接电阻R3的一端,电阻R3的另一端接第一地线。第一光电耦合器的负极输出端接电源地线,正极输出端接电阻R1的一端。电阻R1的另一端接第二三极管的基极。第二三极管的发射极接电源模块的12V输出端,集电极接电阻R2的一端及电容C1的正极。电阻R2的另一端及电容C1的负极均接第一继电器的第一输入端。第一继电器的第二输入端接电源地线。第一继电器的第一输出端接第二继电器的第一个触点组内静触点,第二输出端接第二继电器的第二个触点组内静触点。第二继电器的第一个触点组内常闭触点接第二继电器的第二个触点组内常开触点。第二继电器的第一个触点组内常开触点接第二继电器的第二个触点组内常闭触点。第二继电器的线圈一端接电源模块的第一5V输出端、第一二极管的负极及电阻R4的一端,另一端接第一二极管的正极及第一三极管的发射极。电阻R4的另一端接第二二极管的正极。第二二极管的负极接电阻R6的一端及第二光电耦合器的正极输出端。电阻R6的另一端接第一三极管的基极。第二光电耦合器的负极输出端及第一三极管的集电极均接第一地线。第一光电耦合器的正极输入端接电阻R5的一端。电阻R5的另一端接电源模块的第一5V输出端。第一光电耦合器正极输入端接单片机的10管脚,第二光电耦合器正极输入端接单片机的11管脚。主车控制模块中第二继电器的第一个触点组内常闭触点、常开触点与第三卷轮电机的两个接线端分别相连。辅车控制模块中第二继电器的第一个触点组内常闭触点、常开触点与第四卷轮电机的两个接线端分别相连。
所述的无线传输模块包括第三光电耦合器、第四光电耦合器、第五光电耦合器、通讯片和无线数传电台。所述的第三光电耦合器、第四光电耦合器及第五光电耦合器的型号均为6N137。所述的通讯片的型号为SN75176。所述的第三光电耦合器的2管脚接电阻R17的一端,3管脚接电阻R18的一端。电阻R17及电阻R18的另一端均接电源模块的第一5V输出端。第三光电耦合器的7管脚及8管脚均接电源模块的第二5V输出端,5管脚接第二地线,6管脚接电阻R19的一端、通讯片的2管脚及3管脚。电阻R19的另一端接电源模块的第二5V输出端。第四光电耦合器的2管脚接电阻R20的一端。电阻R20的另一端接电源模块的第一5V输出端。第四光电耦合器的7管脚及8管脚均接电源模块的第二5V输出端,5管脚接第二地线,6管脚接电阻R21的一端及通讯片的4管脚。电阻R21的另一端接电源模块的第二5V输出端。第五光电耦合器的5管脚接第一地线,6管脚接电阻R28的一端,7管脚、8管脚及电阻R28的另一端均接电源模块的第一5V输出端。第五光电耦合器的2管脚接电阻R26的一端。电阻R26的另一端接电源模块的第二5V输出端。第五光电耦合器的3管脚接通讯片的1管脚。通讯片的5管脚接第二地线,8管脚接电容C18的一端及电源模块的第二5V输出端。电容C18的另一端接第二地线。通讯片的6管脚接电阻R22、电阻R23及电阻R24的一端。电阻R22的另一端接电源模块的第二5V输出端。电阻R23的另一端接第三稳压管的正极及无线数传电台的第一通讯端。通讯片的7管脚接电阻R24的另一端、电阻R27及电阻R25的一端。电阻R27的另一端接第二地线。电阻R25的另一端接第四稳压管的正极及无线数传电台的第二通讯端。第三稳压管的负极接第五稳压管的负极。第四稳压管的负极接第六稳压管的负极。第五稳压管的正极与第六稳压管的正极相连并接第二地线。无线数传电台的供电端接电源模块的12V输出端,地线端接电源地线。
所述的温度检测模块包括温度传感器及场效应管。所述的温度传感器采用型号为DS18B20的数字式温度传感器。场效应管的型号为2N7000。温度传感器的1管脚接电源模块的第一5V输出端,3管脚接第一地线,2管脚接第一稳压管的负极、电阻R11、电容C13的一端、场效应管的源极及单片机的1管脚,电阻R11的另一端接电源模块的第一5V输出端。电容C13的另一端接电容C14、电容C15、电阻R12的一端及场效应管的栅极。电容C14及电阻R12的另一端均接第二稳压管的负极及单片机的40管脚。电容C15的另一端及第二稳压管的正极均与场效应管的漏极及第一稳压管的正极相连并接第一地线。
所述的湿度检测模块包括湿度传感器和IIC隔离器。所述的湿度传感器采用型号为SHT11的数字式湿度传感器。所述IIC隔离器的型号为ADUM1250。湿度传感器的4管脚接电源模块的第二5V输出端,1管脚接第二地线,2管脚接电阻R13的一端及IIC隔离器的6管脚,3管脚接电阻R14的一端及IIC隔离器的7管脚。电阻R13及电阻R14的另一端均接电源模块的第二5V输出端。IIC隔离器的4管脚接第一地线,5管脚均接第二地线,8管脚接电源模块的第二5V输出端及电容C16的一端。电容C16的另一端接第二地线。IIC隔离器的1管脚接电源模块的第一5V输出端及电容C17的一端,电容C17的另一端接第一地线。IIC隔离器的2管脚接电阻R16的一端及单片机的2管脚,3管脚接电阻R15的一端及单片机的3管脚。电阻R15及电阻R16的另一端均接电源模块的第一5V输出端。
所述的光照检测模块包括光照探头。所述光照探头的第一信号输出端接电阻R8、电容C9的一端及单片机的41管脚,第二信号输出端接电阻R8、电容C10的一端及单片机的44管脚。电阻R8、电容C9、电阻R8及电容C10的另一端均接第一地线。
所述的照明模块包括数字电位器和照明灯。所述数字电位器的两个输出端与照明灯的两个接线端分别相连,地线端接第一地线,控制输入端接单片机的13管脚。
进一步地,所述的主车还包括主控制箱;所述的辅车还包括辅控制箱。主控制箱固定在主支撑板上。所述的辅控制箱固定在辅支撑板。
进一步地,所述的主车还包括主车电池;所述的辅车还包括辅车电池;所述的主车电池设置在主车行进机构内;所述的辅车电池设置在辅车行进机构内。
进一步地,所述的主支撑板及辅平衡装置上均固定有陀螺仪。
进一步地,所述的第一阻尼器、第二阻尼器、第三阻尼器及第四阻尼器均采用旋转单向阻尼器。
进一步地,所述的三角履带轮包括履带、驱动轮、支撑轮和三角支架。所述的三角支架与底架固定。三角支架上支承有驱动轮和n个支撑轮,2≤n≤10。所述的驱动轮设置在n个支撑轮的正上方。所述的履带套在驱动轮和支撑轮上。两个三角履带轮内的驱动轮与两个驱动电机的输出轴分别固定。两个驱动电机均固定在底架上。
该田间虫害监测车的虫害监测方法如下:
步骤一、将第一钢丝绳及第二钢丝绳与第二T形支架分离,将第三钢丝绳与第四钢丝绳分离,并将主车和辅车放置到大棚内第一垄农田的两端。
步骤二、第一卷轮电机、第二卷轮电机、第三卷轮电机及第四卷轮电机均正转,使得位于第一T形支架与第二T形支架之间的第一钢丝绳长度、第二钢丝绳长度及第三钢丝绳与第四钢丝绳长度之和均大于一垄农田的长度。将第一钢丝绳、第二钢丝绳上的第一弯钩分别勾住固定在第二T形支架顶端横杆两端的圆环。将第三钢丝绳与第四钢丝绳对接。
步骤三、第一卷轮电机及第二卷轮电机均反转,第三卷轮电机及第四卷轮电机均转动,直至第一钢丝绳、第二钢丝绳、第三钢丝绳及第四钢丝绳均绷紧,且相机位于主车所在位置。令i=1。
步骤四、主平衡装置内平衡电机及辅平衡装置内平衡电机均转动,使得主支撑板及辅支撑板均保持水平。主升降装置内升降电机及辅升降装置内升降电机转动,使得第一钢丝绳、第二钢丝绳、第三钢丝绳及第四钢丝绳均保持水平。
步骤五、第四卷轮电机反转,第三卷轮电机断电,滑动套向第二T形支架滑动。第三阻尼器为第三卷轮提供正转的阻力,使得第三钢丝绳、第四钢丝绳时刻处于紧绷状态。滑动套滑动过程中,相机持续拍摄农作物。
步骤六、滑动套到达辅车所在位置后,将主车行进机构内驱动电机和辅车行进机构内驱动电机均转动,主车和辅车分别行进到第i+1垄农田的两端。同时,第三卷轮电机反转,第四卷轮电机断电,滑动套滑动至主车所在位置。第四阻尼器为第四卷轮提供正转的阻力,使得第三钢丝绳、第四钢丝绳时刻处于紧绷状态。i增大1,重复执行步骤四和五,直至完成大棚内所有农作物的拍摄。
步骤四中主升降装置内升降电机及辅升降装置内升降电机转动后,所述的相机与农作物顶端的间距小于或等于200mm。
本发明具有的有益效果是:
1、本发明通过能够自动完成大棚内所有农作物的拍摄。使得虫害检测更加方便且准确。
2、对本发明拍摄得到的农作物图片进行分析,能够判断出当前虫害的情况。进而根据当前虫害情况,调整施药配比,降低农药使用量。
3、本发明机动性较强,能够对依次在多个大棚进行作业,只需一套装置即可完成多个大棚的病虫害检测,成本较低。
4、本发明在对大棚进行图像采集的同时,还能够采集大棚内的温湿度情况。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图;
图2为本发明中主车的立体图;
图3为本发明中辅车的立体图;
图4为本发明中主车行进机构的立体图;
图5为本发明中主平衡装置的示意图;
图6为本发明中主升降装置的示意图;
图7为本发明中监测装置的示意图;
图8为本发明中电源模块的电路原理图;
图9为本发明中单片机的接线图;
图10为本发明中驱动模块的电路原理图;
图11为本发明中无线传输模块的电路原理图;
图12为本发明中温度检测模块的电路原理图;
图13为本发明中湿度检测模块的电路原理图;
图14为本发明中光照检测模块的电路原理图;
图15为本发明中照明模块的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示,一种田间虫害监测车,包括主车、辅车、监测装置、第一钢丝绳17、第二钢丝绳18、第三钢丝绳19、第四钢丝绳20和控制系统。
如图1和2所示,主车包括主车电池、第一卷轮电机21、第二卷轮电机22、第三卷轮电机23、第一卷轮24、第二卷轮25、第三卷轮26、主控制箱27、主支撑板28、主升降装置29、主平衡装置30、主车行进机构31、第一T形支架32、第一排线器、第二排线器、第三排线器、第一阻尼器35、第二阻尼器和第三阻尼器。主车电池设置在主车行进机构31内。
主车行进机构31通过主平衡装置30与主支撑板28的底面连接。主支撑板28的顶面与第一T形支架32的底端通过主升降装置29连接。第一T形支架32顶端横杆的中部及两端均支承有第一滑轮9。
主控制箱27、第一卷轮电机21、第二卷轮电机22、第三卷轮电机23、第一排线器、第二排线器及第三排线器均固定在主支撑板28上。第一卷轮电机21、第二卷轮电机22、第三卷轮电机23的输出轴与第一卷轮24、第二卷轮25、第三卷轮26分别固定。第一卷轮电机21、第二卷轮电机22、第三卷轮电机23的输出轴与第一阻尼器35、第二阻尼器、第三阻尼器的阻力口分别固定。第一阻尼器35、第二阻尼器及第三阻尼器均采用旋转单向阻尼器。第一排线器、第二排线器、第三排线器与第一卷轮24、第二卷轮25、第三卷轮26分别位置对应。
如图1和3所示,辅车包括辅车行进机构1、辅平衡装置2、辅升降装置3、辅支撑板4、第二T形支架5、第四卷轮6、辅控制箱7、第四卷轮电机10、第四排线器、辅车电池和第四阻尼器34。辅车电池设置在辅车行进机构1内。
辅车行进机构1通过辅平衡装置与辅支撑板4的底面连接。辅支撑板4的顶面与第二T形支架5的底端通过辅升降装置3连接。第二T形支架5顶端横杆的中部支承有第二滑轮13。
第四阻尼器34、第四排线器、辅控制箱及第四卷轮电机10均固定在辅支撑板4上。第四卷轮电机10的输出轴与第四卷轮6固定。第四卷轮电机10的输出轴与第四阻尼器34的阻力口固定。第四阻尼器34采用旋转单向阻尼器。第四排线器与第四卷轮6位置对应。
如图1和4所示,主车行进机构31与辅车行进机构1均包括驱动电机、底架36和三角履带轮。两个驱动电机均固定在底架36上。两个三角履带轮分别设置在底架36的两侧。三角履带轮包括履带37、驱动轮38、支撑轮8和三角支架11。三角支架11与底架36固定。三角支架11上支承有驱动轮38和五个支撑轮8。驱动轮38设置在五个支撑轮8的正上方。履带37套在驱动轮38和支撑轮8上。两个三角履带轮内的驱动轮38与两个驱动电机的输出轴分别固定。
如图1和5所示,主平衡装置30与辅平衡装置2均包括固定架39、平衡电机40、曲柄41、连杆42和摇架43。摇架43与固定架39构成公共轴线垂直于行进方向且水平设置的转动副。平衡电机40固定在固定架39上;平衡电机40的输出轴与曲柄41的一端固定。曲柄41的另一端与连杆42的一端铰接;连杆42的另一端与摇架43铰接。主平衡装置30内的摇架43顶面与主支撑板28的底面固定。辅平衡装置内的摇架43顶面与辅支撑板4的底面固定。主支撑板28及辅平衡装置上均固定有陀螺仪。主平衡装置30内的固定架39与主车行进机构31内的底架36顶面固定。辅平衡装置内的固定架39与辅车行进机构1内的底架36顶面可拆卸固定。
如图1和6所示,主升降装置29和辅升降装置3均包括螺母33、套管44、丝杠45、升降板46、固定板47、升降电机48、第一铰板组49和第二铰板组50。第一铰板组49包括首尾依次铰接成四边形的第一铰板、第二铰板、第三铰板和第四铰板。第一铰板与第二铰板的铰接轴固定在套管44上。第三铰板与第四铰板的铰接轴固定在螺母33上。第二铰板与第三铰板的铰接轴固定在升降板46上。第一铰板与第四铰板的铰接轴固定在固定板47上。第二铰板组50包括首尾依次铰接成四边形的第五铰板、第六铰板、第七铰板和第八铰板。第五铰板与第六铰板的铰接轴固定在套管44上。第七铰板与第八铰板的铰接轴固定在螺母33上。第六铰板与第七铰板的铰接轴固定在升降板46上。第五铰板与第八铰板的铰接轴固定在固定板47上。升降电机48与套管44固定。升降电机48的输出轴与丝杠45的一端固定。丝杠45穿过套管44并与螺母33构成螺旋副。主升降装置29内的固定板47与主支撑板28固定,升降板46与第一T形支架32的底端固定。辅升降装置3内的固定板47与辅支撑板4固定,升降板46与第二T形支架5的底端固定。
如图1和7所示,第一卷轮24、第二卷轮25、第三卷轮26、第四卷轮6与第一钢丝绳17、第二钢丝绳18、第三钢丝绳19、第四钢丝绳20的一端分别固定。第三钢丝绳19与第四钢丝绳20的另一端与接绳杆16的两端分别可拆卸连接。第一钢丝绳17、第二钢丝绳18的另一端上均固定有第一弯钩。两个第一弯钩分别勾住固定在第二T形支架5顶端横杆两端的圆环。第一钢丝绳17、第二钢丝绳18、第三钢丝绳19、第四钢丝绳20分别卷在第一卷轮24、第二卷轮25、第三卷轮26、第四卷轮6上,并分别绕过第一排线器、第二排线器、第三排线器、第四排线器。第一钢丝绳17、第二钢丝绳18、第三钢丝绳19分别绕过第一T形支架32顶端上的三个第一滑轮9。第四钢丝绳20绕过第二T形支架5顶端上的第二滑轮13。
如图1和7所示,监测装置包括悬挂杆12、滑动套14和相机15。滑动套14呈工字形,由一体成型的连接横杆和两根滑动管组成。连接横杆的两端与两根滑动管的中部连接。两根滑动管与第一钢丝绳17、第二钢丝绳18分别构成滑动副。连接横杆与第四钢丝绳20固定。两根悬挂杆12的顶端与连接横杆的两端分别固定,底端与两个相机分别固定。两个相机的摄像头均朝向第一T形支架,且向内倾斜。
控制系统包括主车控制模块、辅车控制模块、光照检测模块、照明模块、温度检测模块和湿度检测模块。主车控制模块设置在主控制箱内。辅车控制模块设置在辅控制箱内。主车控制模块及辅车控制模块均包括单片机U14、电源模块、驱动模块和无线传输模块。温度检测模块及湿度检测模块设置在主车上并与主车控制模块内的单片机U14相连或设置在辅车并与辅车控制模块内的单片机U14相连。光照检测模块及照明模块均设置在悬挂杆上且与主车控制模块内的单片机U14相连或与辅车控制模块内的单片机U14相连。温度检测模块通过温度传感器检测温度值并传输给单片机。湿度检测模块通过湿度传感器检测湿度值并传输给单片机。光照检测模块检测光照强度并传输给单片机。单片机根据光照检测模块检测到的光照强度,控制照明模块内的照明灯的亮度。
如图8所示,电源模块包括蓄电池GB、瞬态二极管TVS1、第一稳压芯片U1、第二稳压芯片U2和逆变器U3。第一稳压芯片U1及第二稳压芯片U2的型号均为B1205s-2W。蓄电池GB的正极接瞬态二极管TVS1的负极、第一电感L1、电容C6、电容C7的一端、电容C8的正极、第一稳压芯片U1、第二稳压芯片U2的2管脚及逆变器U3的正极输出端。蓄电池的负极接瞬态二极管TVS1的正极、第一电感L1、电容C6、电容C7的另一端、电容C8的负极、第一稳压芯片U1、第二稳压芯片U2的1管脚、逆变器U3的负极输出端及电源地线G12V。在给蓄电池GB充电时,逆变器U3的两个输入端与220V交流电的火线、零线分别相连。第一稳压芯片U1的3管脚与电容C2的一端及电容C3的负极相连并接第一地线DGND。第一稳压芯片U1的4管脚接电容C2的另一端及电容C3正极。第二稳压芯片U2的3管脚与电容C4的一端及电容C5的负极相连并接第二地线DGND1。第二稳压芯片U2的4管脚接电容C4的另一端及电容C5的正极。蓄电池GB的正极即电源模块的12V输出端+12V。第一稳压芯片U1的4管脚即电源模块的第一5V输出端VCC。第二稳压芯片U2的4管脚即电源模块的第二5V输出端+5V。
如图9所示,单片机U14的型号为STC12C5A32S2。单片机U14的38管脚接电源模块的第一5V输出端VCC,16管脚接第一地线DGND,15管脚接晶振Y1及电容C11的一端,14管脚接晶振Y1的另一端及电容C12的一端。电容C11及电容C12的另一端均接第一地线DGND。单片机U14的4管脚接电阻R7的一端。电阻R7的另一端接第一地线DGND。
如图10所示,驱动模块包括第一光电耦合器U8和第二光电耦合器U10。第一光电耦合器U8的型号为NEC2051。第二光电耦合器U10的型号为TLP1A。第一光电耦合器U8的负极输入端接电阻R3的一端,电阻R3的另一端接第一地线DGND。第一光电耦合器U8的负极输出端接电源地线G12V,正极输出端接电阻R1的一端。电阻R1的另一端接第二三极管Q3的基极。第二三极管Q3的发射极接电源模块的12V输出端+12V,集电极接电阻R2的一端及电容C1的正极。电阻R2的另一端及电容C1的负极均接第一继电器K1的第一输入端。第一继电器K1的第二输入端接电源地线G12V。第一继电器K1的第一输出端接第二继电器K2的第一个触点组内静触点,第二输出端接第二继电器K2的第二个触点组内静触点。第二继电器K2的第一个触点组内常闭触点接第二继电器K2的第二个触点组内常开触点。第二继电器K2的第一个触点组内常开触点接第二继电器K2的第二个触点组内常闭触点。第二继电器K2的线圈一端接电源模块的第一5V输出端VCC、第一二极管D7的负极及电阻R4的一端,另一端接第一二极管D7的正极及第一三极管Q1的发射极。电阻R4的另一端接第二二极管D8的正极。第二二极管D8的负极接电阻R6的一端及第二光电耦合器U10的正极输出端。电阻R6的另一端接第一三极管Q1的基极。第二光电耦合器U10的负极输出端及第一三极管Q1的集电极均接第一地线DGND。第一光电耦合器U8的正极输入端接电阻R5的一端。电阻R5的另一端接电源模块的第一5V输出端VCC。第一光电耦合器U8正极输入端接单片机U14的10管脚,第二光电耦合器U10正极输入端接单片机U14的11管脚。主车控制模块中第二继电器K2的第一个触点组内常闭触点、常开触点与第三卷轮电机23的两个接线端分别相连。辅车控制模块中第二继电器K2的第一个触点组内常闭触点、常开触点与第四卷轮电机10的两个接线端分别相连。
如图11所示,无线传输模块包括第三光电耦合器U4、第四光电耦合器U5、第五光电耦合器U7、通讯片U6和无线数传电台U9。第三光电耦合器U4、第四光电耦合器U5及第五光电耦合器U7的型号均为6N137。通讯片U6的型号为SN75176。第三光电耦合器U4的2管脚接电阻R17的一端,3管脚接电阻R18的一端。电阻R17及电阻R18的另一端均接电源模块的第一5V输出端VCC。第三光电耦合器U4的7管脚及8管脚均接电源模块的第二5V输出端+5V,5管脚接第二地线DGND1,6管脚接电阻R19的一端、通讯片U6的2管脚及3管脚。电阻R19的另一端接电源模块的第二5V输出端+5V。第四光电耦合器U5的2管脚接电阻R20的一端。电阻R20的另一端接电源模块的第一5V输出端VCC。第四光电耦合器U5的7管脚及8管脚均接电源模块的第二5V输出端+5V,5管脚接第二地线DGND1,6管脚接电阻R21的一端及通讯片U6的4管脚。电阻R21的另一端接电源模块的第二5V输出端+5V。第五光电耦合器U7的5管脚接第一地线DGND,6管脚接电阻R28的一端,7管脚、8管脚及电阻R28的另一端均接电源模块的第一5V输出端VCC。第五光电耦合器U7的2管脚接电阻R26的一端。电阻R26的另一端接电源模块的第二5V输出端+5V。第五光电耦合器U7的3管脚接通讯片U6的1管脚。通讯片U6的5管脚接第二地线DGND1,8管脚接电容C18的一端及电源模块的第二5V输出端+5V。电容C18的另一端接第二地线DGND1。通讯片U6的6管脚接电阻R22、电阻R23及电阻R24的一端。电阻R22的另一端接电源模块的第二5V输出端+5V。电阻R23的另一端接第三稳压管D3的正极及无线数传电台U9的第一通讯端。通讯片U6的7管脚接电阻R24的另一端、电阻R27及电阻R25的一端。电阻R27的另一端接第二地线DGND1。电阻R25的另一端接第四稳压管D4的正极及无线数传电台的第二通讯端。第三稳压管D3的负极接第五稳压管D5的负极。第四稳压管D4的负极接第六稳压管D6的负极。第五稳压管D5的正极与第六稳压管D6的正极相连并接第二地线DGND1。无线数传电台的供电端接电源模块的12V输出端+12V,地线端接电源地线G12V。第三光电耦合器U4、第四光电耦合器U5及第五光电耦合器U7的其他管脚悬空。
如图12所示,温度检测模块包括温度传感器U11及场效应管Q2。温度传感器U11采用型号为DS18B20的数字式温度传感器。场效应管U6的型号为2N7000。温度传感器U11的1管脚接电源模块的第一5V输出端VCC,3管脚接第一地线DGND,2管脚接第一稳压管D1的负极、电阻R11、电容C13的一端、场效应管Q2的源极及单片机U14的1管脚,电阻R11的另一端接电源模块的第一5V输出端VCC。电容C13的另一端接电容C14、电容C15、电阻R12的一端及场效应管U6的栅极。电容C14及电阻R12的另一端均接第二稳压管D2的负极及单片机U14的40管脚。电容C15的另一端及第二稳压管D2的正极均与场效应管U6的漏极及第一稳压管D1的正极相连并接第一地线DGND。
如图13所示,湿度检测模块包括湿度传感器U12和IIC隔离器U13。湿度传感器U12采用型号为SHT11的数字式湿度传感器。IIC隔离器的型号为ADUM1250。湿度传感器U12的4管脚接电源模块的第二5V输出端+5V,1管脚接第二地线DGND1,2管脚接电阻R13的一端及IIC隔离器U13的6管脚,3管脚接电阻R14的一端及IIC隔离器U13的7管脚。电阻R13及电阻R14的另一端均接电源模块的第二5V输出端+5V。IIC隔离器U13的4管脚接第一地线DGND,5管脚均接第二地线DGND1,8管脚接电源模块的第二5V输出端+5V及电容C16的一端。电容C16的另一端接第二地线DGND1。IIC隔离器U13的1管脚接电源模块的第一5V输出端VCC及电容C17的一端,电容C17的另一端接第一地线DGND。IIC隔离器U13的2管脚接电阻R16的一端及单片机U14的2管脚,3管脚接电阻R15的一端及单片机U14的3管脚。电阻R15及电阻R16的另一端均接电源模块的第一5V输出端VCC。
如图14所示,光照检测模块包括光照探头U15。光照探头U15的第一信号输出端接电阻R8、电容C9的一端及单片机的41管脚,第二信号输出端接电阻R8、电容C10的一端及单片机的44管脚。电阻R8、电容C9、电阻R8及电容C10的另一端均接第一地线DGND。
如图15所示,照明模块包括数字电位器U16和照明灯DS1。数字电位器的两个输出端与照明灯DS1的两个接线端分别相连,地线端接第一地线DGND,控制输入端接单片机的13管脚。
主车控制模块内单片机U14及辅车控制模块内单片机U14的其余管脚均悬空。
该田间虫害监测车的虫害监测方法如下:
步骤一、将第一钢丝绳17及第二钢丝绳18与第二T形支架5分离,将第三钢丝绳19与第四钢丝绳20分离,并将主车和辅车放置到大棚内第一垄农田的两端。
步骤二、第一卷轮电机、第二卷轮电机、第三卷轮电机及第四卷轮电机10均正转,使得位于第一T形支架32与第二T形支架5之间的第一钢丝绳17长度、第二钢丝绳18长度及第三钢丝绳19与第四钢丝绳长度之和均大于一垄农田的长度。将第一钢丝绳17、第二钢丝绳18上的第一弯钩分别勾住固定在第二T形支架5顶端横杆两端的圆环。将第三钢丝绳19与第四钢丝绳20对接。
步骤三、第一卷轮电机及第二卷轮电机均反转,第三卷轮电机及第四卷轮电机均转动,直至第一钢丝绳17、第二钢丝绳18、第三钢丝绳19及第四钢丝绳均绷紧,且相机15位于主车所在位置。令i=1。
步骤四、主平衡装置30内平衡电机40及辅平衡装置2内平衡电机40均转动,使得主支撑板及辅支撑板均保持水平。主升降装置29内升降电机48及辅升降装置3内升降电机48转动,使得第一钢丝绳17、第二钢丝绳18、第三钢丝绳19及第四钢丝绳20保持水平,且相机15与农作物顶端的间距小于或等于200mm。
步骤五、第四卷轮电机反转,第三卷轮电机断电,滑动套14向第二T形支架32滑动。第三阻尼器为第三卷轮提供正转的阻力,使得第三钢丝绳19、第四钢丝绳20时刻处于紧绷状态。滑动套14滑动过程中,相机15持续拍摄农作物,同时,温度检测模块采集大棚中的温度信号并发送给单片机U14,湿度检测模块采集并储存大棚中的湿度信号并发送给单片机U14。
步骤六、滑动套14到达辅车所在位置后,将主车行进机构内驱动电机和辅车行进机构内驱动电机均转动,主车和辅车分别行进到第i+1垄农田的两端。同时,第三卷轮电机反转,第四卷轮电机断电,滑动套14滑动至主车所在位置。第四阻尼器为第四卷轮提供正转的阻力,使得第三钢丝绳19、第四钢丝绳20时刻处于紧绷状态。i增大1,重复执行步骤四和五,直至完成大棚内所有农作物的拍摄。