CN108782507B - 一种低矮靶标探测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低矮靶标探测系统及方法，包括行驶底盘、喷杆、调制电路、靶标探测传感器、解调电路、信号调理电路、控制器和靶标探测传感器定位装置；其中，喷杆上挂接有多个靶标探测传感器定位装置，靶标探测传感器安装于靶标探测传感器定位装置上实现地面仿形，确保低矮靶标的可靠探测；解决了喷杆喷雾机对靶施药过程中因上下颠簸导致的靶标探测传感器与目标植株相对位置不稳定，检测误差大的问题。并使用角度传感器监测自由杆与固定杆间的夹角对靶标探测传感器定位装置水平滑移量进行补偿，实现作物靶标的精准定位，本发明可应用于田间喷杆式喷雾机作业上。

Description

一种低矮靶标探测系统及方法
技术领域
本发明涉及农业靶标探测技术领域，尤其涉及到一种低矮靶标探测系统及方法。
背景技术
当前我国仍以化学农药喷雾防治作为田间作物病虫草害的主要防治手段。在植株苗期施药过程中，因为苗期植株矮小、冠层稀疏，所以若采用喷杆式喷雾机进行全幅宽均匀施药，大部分药液雾滴将被直接喷洒到地面上，不仅造成大量的农药浪费，还会污染土壤和农业生态环境，危害农业的可持续发展。因而在田间施药过程中，根据植株靶标的实际位置，控制喷杆式喷雾机间歇性施药，是提高农药利用率、降低农业生态环境污染的必要手段之一。由于施药机幅宽较大，棉苗靶标探测装置只能安装在喷杆上，田间作业时会随喷杆一起上下浮动，喷杆末端的起伏幅度可达±10cm以上。如果探测装置的安装位置较高，极易对低矮的棉苗靶标造成漏检；如果安装位置较低，又易造成探测装置触地损坏。因而，研究一种靶标探测传感器定位装置具有重要的现实意义。
专利申请号201710499802.5，公开了一种篱架式果园精确对靶施药装置，作业时，安装在小车前端两侧的多个靶标探测传感器实现对两侧篱架果树冠层的识别。但该方法仅针对果树冠层，且并未考虑田间地面起伏对靶标精准探测的影响。
为了有效地对田间低矮靶标进行探测，本发明提供了一种低矮靶标探测系统，可实现对低矮靶标的精准探测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低矮靶标探测系统及方法，以实现在喷雾机实际田间作业阶段，靶标探测传感器相对地面的高度不因地面高低起伏而产生差异，进而保证靶标探测装置实现地面仿形，确保低矮靶标的可靠探测。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种低矮靶标探测系统，包括行驶底盘、喷杆、调制电路、靶标探测传感器、解调电路、信号调理电路、低矮靶标探测控制器和靶标探测传感器定位装置。
进一步的，所述调制电路连接至靶标探测传感器的发射端；所述解调电路连接至靶标探测传感器的接收端；所述信号调理电路连接至解调电路；所述低矮靶标探测控制器连接至信号调理电路。
进一步的，所述喷杆上挂接有多个靶标探测传感器定位装置。
进一步的，所述靶标探测传感器定位装置包括定位轮、自由杆、螺旋状弹簧、固定杆和角度传感器；所述定位轮与自由杆刚性连接，所述自由杆与固定杆轴连接，所述螺旋状弹簧安装于自由杆与固定杆之间，用于限定自由杆与固定杆的初始夹角，保证连接于自由杆上的定位轮始终紧贴地面；所述角度传感器安装于自由杆和固定杆连接处，用于检测地面起伏导致的角度偏移数据。
进一步的，所述靶标探测传感器定位装置的水平滑移量补偿值，计算公式如下所示：
D＝D1-D2＝Lcosα-Lcosβ
其中：D—靶标探测传感器定位装置的水平滑移量；
D1—靶标探测传感器定位装置初始水平位移；
D2—靶标探测传感器定位装置滑移后水平位移；
L—自由杆与固定杆连接点和自由杆与定位轮连接点间的间距；
α—自由杆与固定杆初始夹角；
β—自由杆与固定杆滑移后夹角。
进一步的，所述靶标探测传感器采用红外传感器。
进一步的，所述靶标探测传感器的发射端分上、中、下三排安装于靶标探测传感器定位装置A的定位轮右端，所述靶标探测传感器的接收端分上、中、下三排安装于靶标探测传感器定位装置B的定位轮左端。
一种低矮靶标探测方法，包括以下步骤：
步骤一，在实际田间作业阶段，使用靶标探测传感器的发射端发射经过一定频率的PWM脉宽调制的特定波长的大功率窄带红外光；
步骤二，使用靶标探测传感器的接收端对靶标探测传感器的发射端发射的红外光信号进行探测，并对探测到的信号进行信号解调，克服环境杂散光影响；
步骤三，通过信号调理电路对上、中、下三排靶标探测传感器接收端的输出信号进行处理和融合，再由低矮靶标探测控制器通过模式匹配实现作物靶标的最终识别；
步骤四，低矮靶标探测控制器结合靶标探测传感器定位装置的安装位置及依据角度传感器检测值计算获得的靶标探测传感器定位装置水平滑移量补偿值，实现作物靶标的精准定位。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过设计一种靶标探测传感器定位装置，从而能在喷雾机实际田间作业过程中实现靶标探测传感器的地面仿形，确保低矮靶标的可靠探测。
2.本发明通过对靶标探测传感器信号进行数据融合处理及模式匹配，并结合靶标探测传感器定位装置水平滑移量的补偿方案，从而能在喷雾机实际田间作业过程中对目标植株位置进行精准定位。
附图说明
图1为不同地面高度情况下靶标探测传感器定位装置姿态图；
图2为靶标探测传感器安装结构示意图；
图3为低矮靶标探测系统田间作业示意图；
图4为靶标探测工作流程示意图。
附图标记如下：
1、靶标探测传感器；2、定位轮；3、自由杆；4、角度传感器；5、螺旋状弹簧；6、固定杆；7、喷杆；8、靶标探测传感器定位装置A；9、靶标探测传感器定位装置B。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
本发明提供的一种低矮靶标探测系统，由行驶底盘、喷杆7、调制电路9、靶标探测传感器1、解调电路10、信号调理电路11、低矮靶标探测控制器12和靶标探测传感器定位装置组成，其中喷杆上挂接有多个靶标探测传感器定位装置。如图1所示，靶标探测传感器定位装置由定位轮2、自由杆3、螺旋状弹簧5、固定杆6和角度传感器4组成；所述定位轮2与自由杆3刚性连接，所述自由杆3与固定杆6轴连接，所述螺旋状弹簧5安装于自由杆3与固定杆6之间，用于限定自由杆3与固定杆6的初始夹角，保证连接于自由杆3上的定位轮2始终紧贴地面；所述角度传感器4安装于自由杆3和固定杆6连接处，用于检测地面起伏导致的角度偏移数据，计算靶标探测传感器定位装置水平滑移量补偿值，计算公式如下所示：
D＝D1-D2＝Lcosα-Lcosβ
其中：D—靶标探测传感器定位装置的水平滑移量；
D1—靶标探测传感器定位装置初始水平位移；
D2—靶标探测传感器定位装置滑移后水平位移；
L—自由杆与固定杆连接点和自由杆与定位轮连接点间的间距；
α—自由杆与固定杆初始夹角；
β—自由杆与固定杆滑移后夹角。
所述靶标探测传感器1采用红外传感器，所述靶标探测传感器1的发射端分上、中、下三排安装于靶标探测传感器定位装置A8的定位轮2右端，所述靶标探测传感器1的接收端分上、中、下三排安装于靶标探测传感器定位装置B9的定位轮2左端。
本发明提供的低矮靶标探测系统在实际田间运作过程中，靶标探测传感器定位装置搭载在喷杆上向前行驶。当田间地面发生起伏变化时，定位轮2始终紧贴地面向前行驶，随地面变化在垂直方向上向上或向下平移，使靶标探测传感器1实现地面仿形，其相对地面的高度保持稳定，继而保证在靶标探测过程中，靶标探测传感器1与目标植株的相对位置保持稳定。定位轮2在垂直方向上向上或向下平移带动自由杆3绕搭载在喷杆7上的固定杆6向上或向下转动，通过安装在自由杆3与固定杆6连接处的角度传感器4监测自由杆3转动角度，计算靶标探测传感器1水平滑移量补偿值，对靶标探测结果进行补偿，实现目标植株的精准定位。
本发明提供的一种低矮靶标探测方法，包括以下步骤：
步骤一，在实际田间作业阶段，使用靶标探测传感器1的发射端发射经过一定频率的PWM脉宽调制的特定波长的大功率窄带红外光。
步骤二，使用靶标探测传感器1的接收端对靶标探测传感器1的发射端发射的红外光信号进行探测，并对探测到的信号进行信号解调，克服环境杂散光影响。
步骤三，通过信号调理电路11对上、中、下三排靶标探测传感器1接收端的输出信号进行处理和融合，再由低矮靶标探测控制器12通过模式匹配实现作物靶标的最终识别。
步骤四，低矮靶标探测控制器12结合靶标探测传感器定位装置的安装距离及依据角度传感器4检测值计算获得的靶标探测传感器定位装置水平滑移量补偿值，实现作物靶标的精准定位。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之内。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种低矮靶标探测系统，其特征在于，包括行驶底盘、喷杆(7)、调制电路(9)、靶标探测传感器(1)、解调电路(10)、信号调理电路(11)、低矮靶标探测控制器(12)和靶标探测传感器定位装置；所述靶标探测传感器定位装置包括定位轮(2)、自由杆(3)、螺旋状弹簧(5)、固定杆(6)和角度传感器(4)；所述定位轮(2)与自由杆(3)刚性连接，所述自由杆(3)与固定杆(6)轴连接，所述螺旋状弹簧(5)安装于自由杆(3)与固定杆(6)之间，用于限定自由杆(3)与固定杆(6)的初始夹角，保证连接于自由杆(3)上的定位轮(2)始终紧贴地面；所述角度传感器(4)安装于自由杆(3)和固定杆(6)连接处，用于检测地面起伏导致的角度偏移数据。
2.根据权利要求1所述的一种低矮靶标探测系统，其特征在于，所述调制电路(9)连接至靶标探测传感器(1)的发射端；所述解调电路(10)连接至靶标探测传感器(1)的接收端；所述信号调理电路(11)连接至解调电路(10)；所述低矮靶标探测控制器(12)连接至信号调理电路(11)。
3.根据权利要求1所述的一种低矮靶标探测系统，其特征在于，所述喷杆(7)上挂接有多个靶标探测传感器定位装置。
4.根据权利要求1所述的一种低矮靶标探测系统，其特征在于，所述靶标探测传感器定位装置的水平滑移量补偿值，计算公式如下所示：
D＝D1-D2＝L cosα-L cosβ
其中：D—靶标探测传感器定位装置的水平滑移量；
D1—靶标探测传感器定位装置的初始水平位移；
D2—靶标探测传感器定位装置滑移后水平位移；
L—自由杆与固定杆连接点和自由杆与定位轮连接点间的间距；
α—自由杆与固定杆初始夹角；
β—自由杆与固定杆滑移后夹角。
5.根据权利要求1所述的一种低矮靶标探测系统，其特征在于，所述靶标探测传感器(1)采用红外传感器。
6.根据权利要求1所述的一种低矮靶标探测系统，其特征在于，所述靶标探测传感器(1)的发射端分上、中、下三排安装于靶标探测传感器定位装置A(8)的定位轮(2)右端，所述靶标探测传感器(1)的接收端分上、中、下三排安装于靶标探测传感器定位装置B(9)的定位轮(2)左端。
7.基于权利要求1至6任一项所述的一种低矮靶标探测系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在实际田间作业阶段，使用靶标探测传感器(1)的发射端发射经过一定频率的PWM脉宽调制的特定波长的大功率窄带红外光；
步骤二，使用靶标探测传感器(1)的接收端对靶标探测传感器(1)的发射端发射的红外光信号进行探测，并对探测到的信号进行信号解调，克服环境杂散光影响；
步骤三，通过信号调理电路(11)对上、中、下三排靶标探测传感器(1)接收端的输出信号进行处理和融合，再由低矮靶标探测控制器(12)通过模式匹配实现作物靶标的最终识别；
步骤四，低矮靶标探测控制器(12)结合靶标探测传感器定位装置的安装位置及依据角度传感器(4)检测值计算获得的靶标探测传感器定位装置水平滑移量补偿值，实现作物靶标的精准定位。
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