CN109452143A - 一种智能化浇灌用喷灌机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了喷灌机技术领域的一种智能化浇灌用喷灌机，包括主车架和桁架，桁架的顶部安装有水泵，桁架的底部均匀安装有喷头，喷头的外壁上安装有电磁阀，水泵的输入端连接水箱，主车架的前侧壁还安装有太阳能组件，安装板的顶部分别安装有主控机、逆变器和蓄电池，主控机电连接蓄电池，主控机还包括导航控制单元，导航控制单元包括转速传感器一、转速传感器二、电子轮盘、GPS定位器、线性比例控制器和转速控制器，主控机还电连接水泵、电磁阀、无线发射器、存储器和故障报警器，将太阳能技术、节水灌溉技术、GPS技术进行集成，大大降低了能耗，实现节能，增设喷灌机导航控制单元，实现平移式喷灌机沿导航路径的自动行走。

Description

一种智能化浇灌用喷灌机

技术领域

本发明涉及喷灌机技术领域，具体为一种智能化浇灌用喷灌机。

背景技术

增加灌溉面积是粮食增产的一个重要途径，灌溉机械的发展是提高灌溉效率、增进节水增产、降低人力成本的保障因素之一，随着全球淡水资源危机加剧，世界范围内开始大力发展节水灌溉，在众多的灌溉机械设备中，移动式喷灌机因其灌溉效率搞，人工投入少、移动方便、保证作物快速生长和提高产量的特点，被广泛应用。但是，现有移动式喷灌机成本较高，且灌溉过程中需要市电或者柴电进行电力供应，这使得在偏远缺电区域或者用电高峰期难以得到保证，节能降耗也将是灌溉行业发展的必然趋势，而且采用人工通过拖拉机牵引移动式喷灌机在田间行走，劳动强度发，不能够很好的保证喷灌机的喷灌路线，人工操控喷灌机上的水泵、水阀，操作麻烦，效率低，而且容易造成水源浪费。

基于此，本发明设计了一种智能化浇灌用喷灌机，将太阳能技术、节水灌溉技术、GPS技术进行集成，提出了一种以太阳能光伏组件和蓄电池为电源，并增设喷灌机导航控制单元，实现平移式喷灌机沿导航路径的自动行走，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能化浇灌用喷灌机，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能化浇灌用喷灌机，包括主车架和桁架，所述桁架安装于主车架的顶部，所述桁架的顶部安装有水泵，所述桁架的底部均匀安装有喷头，所述喷头的外壁上安装有电磁阀，所述水泵的输入端连接水箱，所述水泵的输出端通过水管与喷头连通，所述主车架的前侧壁还安装有太阳能组件，所述主车架的内壁横向安装有安装板，所述安装板的顶部分别安装有主控机、逆变器和蓄电池，所述太阳能组件通过逆变器与蓄电池电连接；

所述主车架的底部安装有行走轮，所述行走轮的一侧设有安装架，所述两组安装架的外壁上分别安装有电机一和电机二，所述电机一和电机二的输出端插接在行走轮的轴心出，两组所述行走轮的一侧分别安装有转速传感器一和转速传感器二；

所述主控机电连接蓄电池，所述主控机还包括导航控制单元，所述导航控制单元包括转速传感器一、转速传感器二、电子轮盘、GPS定位器、线性比例控制器和转速控制器，所述电子轮盘和GPS定位器通过线性比例控制器与主控机数据连接，所述主控机数据连接转速控制器、转速传感器一和转速传感器二，所述转速控制器通过D/A转换器分别与电机一和电机二电连接；

所述主控机还电连接水泵、电磁阀、无线发射器、存储器和故障报警器，所述无线发射器与移动终端上的无线接收器信号连接。

优选的，所述桁架由三根不锈钢管及位于不锈钢管之间的支撑件焊接而成，所述桁架的横截面为三角形，顶部不锈钢管与水管连通设置。

优选的，所述无线发射器采用蓝牙、无线局域网、紫蜂、电磁、 超声波、红外线或者无线射频识别中的任意一种。

优选的，所述线性比例控制器采用基于PID理论的线性负反馈比例控制策略。

优选的，所述转速传感器一、转速传感器二、电子轮盘、GPS定位器、线性比例控制器、转速控制器和主控机之间均通过CAN总线连接。

优选的，所述GPS定位器和转速控制器均选用32位ARM微控制器STM32F103芯片。

优选的，所述移动终端为智能手机、平板电脑或者桌面CP机中的任意一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将太阳能技术、节水灌溉技术、GPS技术进行集成，实现喷灌机能够以太阳能光伏组件和蓄电池为电源，大大降低了能耗，实现节能，并增设喷灌机导航控制单元，实现平移式喷灌机沿导航路径的自动行走，大大降低了劳动强度，使用者可通过移动终端下载APP进行远程控制，可远程控制水泵和电磁阀的打开和关闭，避免水资源的浪费，通过故障报警器可进行故障报警，实现智能化控制，大大提高了喷灌机的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明工作原理框图；

图3为本发明导航控制单元框图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-主车架，2-桁架，3-水泵，4-水管，5-喷头，6-电磁阀，7-太阳能组件，8-安装板，9-主控机，10-逆变器，11-蓄电池，12-行走轮，13-安装架，14-电机一，15-电机二，16-转速传感器一，17-转速传感器二，18-无线发射器，19-电子轮盘，20-GPS定位器，21-线性比例控制器，22-移动终端，23-转速控制器，24-D/A转换器，25-存储器，26-故障报警器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种智能化浇灌用喷灌机，包括主车架1和桁架2，所述桁架2安装于主车架1的顶部，所述桁架2的顶部安装有水泵3，所述桁架2的底部均匀安装有喷头5，所述喷头5的外壁上安装有电磁阀6，所述水泵3的输入端连接水箱，所述水泵3的输出端通过水管4与喷头5连通，所述主车架1的前侧壁还安装有太阳能组件7，所述主车架1的内壁横向安装有安装板8，所述安装板8的顶部分别安装有主控机9、逆变器10和蓄电池11，所述太阳能组件7通过逆变器10与蓄电池11电连接，所述主车架1的底部安装有行走轮12，所述行走轮12的一侧设有安装架13，所述两组安装架13的外壁上分别安装有电机一14和电机二15，所述电机一14和电机二15的输出端插接在行走轮12的轴心出，两组所述行走轮12的一侧分别安装有转速传感器一16和转速传感器二17，所述主控机9电连接蓄电池11，所述主控机9还包括导航控制单元，所述导航控制单元包括转速传感器一16、转速传感器二17、电子轮盘19、GPS定位器20、线性比例控制器21和转速控制器23，所述电子轮盘19和GPS定位器20通过线性比例控制器21与主控机9数据连接，所述主控机9数据连接转速控制器23、转速传感器一16和转速传感器二17，所述转速控制器23通过D/A转换器24分别与电机一14和电机二15电连接，所述主控机9还电连接水泵3、电磁阀6、无线发射器18、存储器25和故障报警器26，所述无线发射器18与移动终端22上的无线接收器信号连接。

其中，所述桁架2由三根不锈钢管及位于不锈钢管之间的支撑件焊接而成，所述桁架2的横截面为三角形，顶部不锈钢管与水管4连通设置，桁架2结构稳定，能够保证喷灌机运行的稳定性。

其中，所述无线发射器18采用蓝牙、无线局域网、紫蜂、电磁、 超声波、红外线或者无线射频识别中的任意一种。

其中，所述线性比例控制器21采用基于PID理论的线性负反馈比例控制策略。

其中，所述转速传感器一16、转速传感器二17、电子轮盘19、GPS定位器20、线性比例控制器21、转速控制器23和主控机9之间均通过CAN总线连接，采用CAN总线保证导航、控制等模块数据通信的实时性、完整性和可靠性，并为以后的功能扩展留有足够的余地。

其中，所述GPS定位器20和转速控制器23均选用32位ARM微控制器STM32F103芯片，GPS定位器20的微处理器主要完成GPS对灌溉机位置数据的采集、电子罗盘19对航向数据的采集、导航控制算法的实现，控制命令的生成和输出，转速控制器23的微处理器主要完成对喷灌机两组行走轮12轮速的采集、接收和执行GPS定位器20的控制指令。

其中，所述移动终端22为智能手机、平板电脑或者桌面CP机中的任意一种。

本实施例的一个具体应用为：通过太阳能组件7、逆变器10和蓄电池11，将太阳能新能源进行利用，以蓄电池作为喷灌机的电力，大大降低了能耗，实现节能，而喷灌机作业行走过程中通过GPS定位器20实时获取当前位置，则喷灌机到当前位置的位置偏差为∆d，喷灌机运行过程中通过电子罗盘实时获得当前航向，当前航向与目标航向的差值即为航向差值∆θ，以位置偏差为∆d和航向差值∆θ作为输入量，通过线性比例控制器21进行导航决策，得出输出控制量，输出量为两侧车轮转速的调节电压，转速控制器23将调速的电压信号经过D/A转换器后输送到电机一14和电机二15，实现对电机一14和电机二15转速的精确控制，并以转速传感器一16和转速传感器二17检测的转速作为参考，从而实现实时调控喷灌机预定路线的路径跟踪，对两组行走轮12的转速的反馈控制可以完全获得转速状态，为喷灌机的转向提供了很好的控制能力，实现喷灌机沿导航路径自动行走，大大降低了劳动强度，此外主控机9连接接水泵3、电磁阀6、无线发射器18、存储器25和故障报警器26，无线发射器18与移动终端22信号连接，使用者可通过移动终端22下载APP进行远程控制，可远程控制水泵3和电磁阀6的打开和关闭，避免水资源的浪费，当水泵3和电磁阀6发生故障时，通过故障报警器26可进行报警，存储器25可存储故障信息和传输的数据，实现智能化控制，大大提高了喷灌机的工作效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种智能化浇灌用喷灌机，包括主车架（1）和桁架（2），其特征在于：所述桁架（2）安装于主车架（1）的顶部，所述桁架（2）的顶部安装有水泵（3），所述桁架（2）的底部均匀安装有喷头（5），所述喷头（5）的外壁上安装有电磁阀（6），所述水泵（3）的输入端连接水箱，所述水泵（3）的输出端通过水管（4）与喷头（5）连通，所述主车架（1）的前侧壁还安装有太阳能组件（7），所述主车架（1）的内壁横向安装有安装板（8），所述安装板（8）的顶部分别安装有主控机（9）、逆变器（10）和蓄电池（11），所述太阳能组件（7）通过逆变器（10）与蓄电池（11）电连接；

所述主车架（1）的底部安装有行走轮（12），所述行走轮（12）的一侧设有安装架（13），所述两组安装架（13）的外壁上分别安装有电机一（14）和电机二（15），所述电机一（14）和电机二（15）的输出端插接在行走轮（12）的轴心出，两组所述行走轮（12）的一侧分别安装有转速传感器一（16）和转速传感器二（17）；

所述主控机（9）电连接蓄电池（11），所述主控机（9）还包括导航控制单元，所述导航控制单元包括转速传感器一（16）、转速传感器二（17）、电子轮盘（19）、GPS定位器（20）、线性比例控制器（21）和转速控制器（23），所述电子轮盘（19）和GPS定位器（20）通过线性比例控制器（21）与主控机（9）数据连接，所述主控机（9）数据连接转速控制器（23）、转速传感器一（16）和转速传感器二（17），所述转速控制器（23）通过D/A转换器（24）分别与电机一（14）和电机二（15）电连接；

所述主控机（9）还电连接水泵（3）、电磁阀（6）、无线发射器（18）、存储器（25）和故障报警器（26），所述无线发射器（18）与移动终端（22）上的无线接收器信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能化浇灌用喷灌机，其特征在于：所述桁架（2）由三根不锈钢管及位于不锈钢管之间的支撑件焊接而成，所述桁架（2）的横截面为三角形，顶部不锈钢管与水管（4）连通设置。

3.根据权利要求1所述的一种智能化浇灌用喷灌机，其特征在于：所述无线发射器（18）采用蓝牙、无线局域网、紫蜂、电磁、 超声波、红外线或者无线射频识别中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种智能化浇灌用喷灌机，其特征在于：所述线性比例控制器（21）采用基于PID理论的线性负反馈比例控制策略。

5.根据权利要求1所述的一种智能化浇灌用喷灌机，其特征在于：所述转速传感器一（16）、转速传感器二（17）、电子轮盘（19）、GPS定位器（20）、线性比例控制器（21）、转速控制器（23）和主控机（9）之间均通过CAN总线连接。

6.根据权利要求1所述的一种智能化浇灌用喷灌机，其特征在于：所述GPS定位器（20）和转速控制器（23）均选用32位ARM微控制器STM32F103芯片。

7.根据权利要求1所述的一种智能化浇灌用喷灌机，其特征在于：所述移动终端（22）为智能手机、平板电脑或者桌面CP机中的任意一种。