CN109526925A - 一种智能农药配比喷洒装置及方法 - Google Patents

一种智能农药配比喷洒装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及智慧农业物联网技术领域，尤其涉及一种智能农药配比喷洒装置及方法。所述的智能农药配比喷洒装置包括小车装置、检测装置、容器、配比喷洒装置和远程控制装置，检测装置安装在小车底板上，容器安装在小车装置上，配比喷洒装置设置于容器的顶部，配比喷洒装置与容器连接，远程控制装置与小车装置和配比喷洒装置通过无线网络连接。本发明可以非常精确地按多种配比模式实现农药的自动配比，实现小车按轨迹自动喷洒，小车运行平稳速度可控，有效的控制农药的喷洒速度，使农药喷洒非常均匀，且不会造成农药的浪费，使用手机和电脑远程控制，减少农药对人体的伤害，可广泛应用在农业生产当中。

Description

一种智能农药配比喷洒装置及方法
技术领域
本发明涉及智慧农业物联网技术领域，具体涉及一种兼具多种农药浓度精确配比模式（倍液模式、每亩兑水模式、清洗模式、混合模式）、小车循迹自动喷洒、人体红外避障、小车平衡检测、手机和电脑控制、远程调速等功能的一种智能农药配比喷洒装置及方法。
背景技术
近30年来，我国大棚蔬菜水果高产量主要依靠农药化肥的大量投入，但大部分化肥和水资源没有被有效利用而随地弃置，导致大量养分损失并造成环境污染。在农业生产过程中，农作物容易受到病虫害的侵扰，喷洒农药是一种非常有效的手段，现有的农药喷洒方法是通过人工进行喷洒，但这种方式人力消耗大，喷洒不均匀，且工作人员容易受到农药污染。
经过大量的资料查询和调研，目前市场上的大部分农药喷洒设备缺少农药浓度的自动配比功能，无人机农药喷洒添加和配比农药的时间是喷洒时间的十几倍甚至几十倍，具有配比时间长和成本高的缺点。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题在于设计一个具有多种农药浓度精确配比模式（倍液模式、混合模式、每亩兑水模式、清洗模式）、小车循迹自动喷洒、人体红外避障、小车平衡检测、手机和电脑控制、远程调速等功能的智能农药配比喷洒装置，方便农药的自动配比和喷洒，以提高农药的喷洒效率和精度。
（二）技术方案
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：一种智能农药配比喷洒装置，包括：小车装置，包括电机驱动板、小车控制板、小车电机马达、小车底板，其特征在于：所述的电机驱动板与小车电机马达相连，其固定于左右小车电机马达中间；所述的小车控制板与电机驱动板模块电连接，其固定于小车底板中心；
检测装置，包括人体红外避障模块、红外黑线识别循迹模块、倾斜检测模块、脉冲计数测速传感器，其特征在于：所述的人体红外避障模块、红外黑线识别循迹模块、倾斜检测模块、脉冲计数测速传感器与小车控制板电连接；所述的两个红外黑线识别循迹模块置于小车底板前方车头两边；所述的人体红外避障模块置于红外黑线识别循迹模块的上方；所述的倾斜检测模块固定于小车底板正中央；所述的脉冲计数测速传感器置于小车底板偏后位置；
容器，包括农药容器箱、混合液容器箱、稀释液容器箱，其特征在于：所述的农药容器箱置于小车装置左侧上方；所述的混合液容器箱置于小车装置正上方；所述的稀释液容器箱置于小车装置右侧上方；
配比喷洒装置，包括农药配比喷洒控制板、喷洒水泵、三路继电器、电源、霍尔流量计、喷头、稀释液抽取水泵、农药抽取水泵；配比喷洒装置置于容器上方；所述的农药配比喷洒控制板与电源、三路继电器及霍尔流量计相连；所述的三路继电器分别与喷洒水泵、稀释液抽取水泵及农药抽取水泵电连接；所述的喷洒水泵一端通过导液软管与混合液容器箱相连，另一端经过霍尔流量计与喷头相连；所述的稀释液抽取水泵一端通过导液软管，经过霍尔流量计与稀释液容器箱相连，另一端通过导液软管连接至混合液容器箱；所述的农药抽取水泵一端通过导液软管，经过霍尔流量计与农药容器箱相连，另一端通过导液软管连接至混合液容器箱；
远程控制装置，包括手机控制端和电脑控制端，其特征在于：手机控制端通过WiFi与小车控制板、农药配比喷洒控制板连接；电脑控制端通过网络与小车控制板、农药配比喷洒控制板连接。
作为优选地技术方案，所述的小车装置中小车控制板控制电机驱动板的启停；所述的电机驱动板控制小车电机马达转动的方向和转速。
作为优选地技术方案，所述的检测装置中人体红外避障模块与农药配比喷洒控制板、小车控制板电连接，当人体红外避障模块检测到喷洒区域存在人体时，小车控制板停止小车的运动，同时农药配比喷洒控制板停止农药的喷洒；红外黑线识别循迹模块与小车控制板电连接，在小车行进的轨迹上铺设黑线，小车控制板获取红外黑线识别循迹模块发送的黑线检测信息，控制小车按照黑线正轨行驶；倾斜检测模块与农药配比喷洒控制板、小车控制板电连接，当倾斜检测模块检测到小车失去平衡，小车控制板停止小车的运动，同时农药配比喷洒控制板停止农药的喷洒；脉冲计数测速传感器与小车控制板电连接，小车控制板将脉冲计数测速传感器采集的小车的运行速度数据通过WiFi发送给远程控制装置。
本发明还提供了一种智能农药配比喷洒方法，该方法包括如下步骤：
S1、远程控制装置设置好农药配比的模式和参数；
S2、农药配比喷洒控制板启动稀释液抽取水泵和农药抽取水泵进行农药配比；
S3、农药配比喷洒控制板控制喷洒水泵抽取混合液，启动喷头进行喷洒；
S4、小车控制板控制小车按轨迹进行移动；
S5、检测装置开启自动检测功能；
进一步地，在步骤S5之后还包括步骤：
往容器里补充农药和稀释液后，重复S1-S5。
（三）有益效果
本发明提供一种智能农药配比喷洒装置及方法，其可非常精确地按多种配比模式实现农药的自动配比，实现小车按轨迹自动喷洒，小车运行平稳速度可控，有效的控制农药的喷洒速度，使农药喷洒非常均匀，且不会造成农药的浪费，使用手机和电脑远程控制，减少农药对人体的伤害，可广泛应用在农业生产当中。
附图说明
图1为智能农药配比喷洒装置整体外观及正向示意图。
图2为配比喷洒装置区和远程控制装置示意图。
图3为小车底板具体装置位置结构示意图。
图4是本发明实施例智能农药配比喷洒方法的流程示意图。
附图标记说明：1-农药配比喷洒控制板；2-喷洒水泵；3-三路继电器；4-电源；5-霍尔流量计；6-喷头；7-稀释液抽取水泵；8-人体红外避障模块；9-红外黑线识别循迹模块；10-电机驱动板；11-小车控制板；12-倾斜检测模块；13-小车电机马达；14-农药容器箱；15-混合液容器箱；16-稀释液容器箱；17-脉冲计数测速传感器；18-农药抽取水泵；19-手机控制端；20-电脑控制端；21-小车底板。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例的一种智能农药配比喷洒装置，所述智能农药配比喷洒装置包括小车装置、检测装置、容器、配比喷洒装置和远程控制装置。
所述的小车装置，包括电机驱动板（10）、小车控制板（11）、小车电机马达（13）、小车底板（21），其特征在于：所述的电机驱动板（10）与小车电机马达（13）相连，其固定于左右小车电机马达（13）中间；所述的小车控制板（11）与电机驱动板模块（10）电连接，其固定于小车底板（21）中心。
具体的，所述小车装置用于驱动农药配比喷洒装置通过小车按照喷洒区域预设的轨迹进行移动；所述的小车装置中小车控制板（11）控制电机驱动板（10）的启停，所述的电机驱动板（10）使用PWM（脉冲宽度调制）信号控制小车电机马达（13）转动的方向和转速。
具体的，小车根据自定义通讯协议将用户调节好的合适车速通过HTTP协议发送给服务器，经服务器转发给小车控制板（11），小车控制板（11）控制电机驱动板（10）的PWM值来改变小车速度，从而小车根据此速度循迹喷洒，达到最佳喷洒效果。
小车控制协议如下。
协议 模式 控制范围 小车型号
协议四 4(控制小车) 10～20 3
所述的检测装置，包括人体红外避障模块（8）、红外黑线识别循迹模块（9）、倾斜检测模块（12）、脉冲计数测速传感器（17），其特征在于：所述的人体红外避障模块（8）、红外黑线识别循迹模块（9）、倾斜检测模块（12）、脉冲计数测速传感器（17）与小车控制板（11）电连接；所述的红外黑线识别循迹模块（9）置于小车底板（21）前方车头两边；所述的人体红外避障模块（8）置于红外黑线识别循迹模块（9）的上方；所述的倾斜检测模块（12）固定于小车底板（21）正中央；所述的脉冲计数测速传感器（17）置于小车底板（21）偏后位置。
所述检测装置中人体红外避障模块（8）用于检测喷洒区域的人体，当检测到人体时，向控制装置发送检测信息同时向客户端发送信息，所述的红外黑线识别循迹模块（9）用于判断小车是否偏离黑线轨迹，若偏离了轨道，该模块就能检测到黑线，从而发送信息给小车控制板（11）让小车一侧的速度减小，进入黑线正轨，以达到小车自动循迹目的，所述的脉冲计数测速传感装置用于实时监测小车车速，所述的倾斜检测装置（12）用于监测小车是否平衡。
具体的，人体红外避障模块（8）使用的是HC-SR501人体红外感应模块，是一种热释电红外传感器，能够检测人发出的红外线而输出电信号的传感器，当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，该传感模块三个接线口中VCC接的5V供电，信号输出接口接小车控制板（11）的GPIO输出接口，通过GPIO接口返回的状态来判断是否有人，从而控制小车的行驶状态。
具体的，红外黑线识别循迹模块（9）具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，检测到黑色时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理之后，绿色指示灯会亮起，同时信号输出接口输出数字信号，有效距离范围 2～30cm，工作电压为3.3V-5V，使用两个该模块搭载到小车车头两侧，当小车在黑线上行驶时，如果偏离了轨道，该模块就能检测到黑线，从而发送信息给小车控制板（11）让小车一侧的速度减小，进入黑线正轨，达到黑线循迹的功能。
具体的，脉冲计数测速传感器（17）使用ITR9606高灵敏度槽型光耦器件，检测小车实时速度并发送信息给手机控制端（19）和电脑控制端（20），使用户能够实时监测干预小车的运动速度。
所述的容器，包括农药容器箱（14）、混合液容器箱（15）、稀释液容器箱（16），其特征在于：所述的农药容器箱（14）置于小车装置左侧上方；所述的混合液容器箱（15）置于小车装置正上方；所述的稀释液容器箱（16）置于小车装置右侧上方。
如图2所示，所述的配比喷洒装置，包括农药配比喷洒控制板（1）、喷洒水泵（2）、三路继电器（3）、电源（4）、霍尔流量计（5）、喷头（6）、稀释液抽取水泵（7）、农药抽取水泵（18）；配比喷洒装置置于容器上方；所述的农药配比喷洒控制板（1）与电源（4）、三路继电器（3）及霍尔流量计（5）相连；所述的三路继电器（3）分别与喷洒水泵（2）、稀释液抽取水泵（7）及农药抽取水泵（18）电连接；所述的喷洒水泵（2）一端通过导液软管与混合液容器箱（15）相连，另一端经过霍尔流量计（5）与喷头（6）相连；所述的稀释液抽取水泵（7）一端通过导液软管，经过霍尔流量计（5）与稀释液容器箱（16）相连，另一端通过导液软管连接至混合液容器箱（15）；所述的农药抽取水泵（18）一端通过导液软管，经过霍尔流量计（5）与农药容器箱（14）相连，另一端通过导液软管连接至混合液容器箱（15）。
具体的，霍尔流量计（5）装在流水进水端，用于检测进水流量，当水通过水流转子组件时，磁性转子转动并且转速随着流量变化而变化，输出相应脉冲信号，反馈给农药配比喷洒控制板（1），由控制器判断水流量的大小，从而进行对喷洒水泵（2）、稀释液抽取水泵（7）和农药抽取水泵（18）的调控。
由于要进行浓度的配比，对流量的精度要求比较高，选用的霍尔流量计是在市场上精度最高的MJ-HZ41W一款，其精度高达3%。
测量其抽水体积与脉冲数关系如下表所示。
具体的，智能农药配比方法即农药浓度精确配比模式包括倍液模式、混合模式、每亩兑水模式、清洗模式。各模式通过设置农药配比喷洒控制板（1）的传输协议，传输协议为自定义通讯协议，通过手机控制端（19）和电脑控制端（20）输入的数据，根据协议解析后，就可以发送相应的指令到农药配比喷洒控制板（1），从而控制相应的传感设备。
如图4所示，本发明还提供了一种智能农药配比喷洒方法，该方法包括如下步骤：
S1、远程控制装置设置好农药配比的模式和参数；
S2、农药配比喷洒控制板启动稀释液抽取水泵和农药抽取水泵进行农药配比；
S3、农药配比喷洒控制板控制喷洒水泵抽取混合液，启动喷头进行喷洒；
S4、小车控制板控制小车按轨迹进行移动；
S5、检测装置开启自动检测功能；
S6、往容器里补充农药和稀释液后，重复S1-S5。
如图2所示，所述的远程控制装置，包括手机控制端（19）和电脑控制端（20），其特征在于：手机控制端（19）通过WiFi与小车控制板（11）、农药配比喷洒控制板（1）连接；电脑控制端（20）通过网络与小车控制板（11）、农药配比喷洒控制板（1）连接；用户可以使用手机控制端（19）或电脑控制端（20）设置小车运动状态或农药喷洒数据，通过发送数据至服务器，服务器再发送对应数据到农药配比喷洒控制板（1）和小车控制板（11），从而控制整个智能农药配比喷洒装置。

Claims (3)

1.一种智能农药配比喷洒装置，其特征在于：包括：
小车装置，包括电机驱动板（10）、小车控制板（11）、小车电机马达（13）、小车底板（21），其特征在于：所述的电机驱动板（10）与小车电机马达（13）相连，其固定于左右小车电机马达（13）中间；所述的小车控制板（11）与电机驱动板模块（10）电连接，其固定于小车底板（21）中心；
检测装置，包括人体红外避障模块（8）、红外黑线识别循迹模块（9）、倾斜检测模块（12）、脉冲计数测速传感器（17），其特征在于：所述的人体红外避障模块（8）、红外黑线识别循迹模块（9）、倾斜检测模块（12）、脉冲计数测速传感器（17）与小车控制板（11）电连接；所述的两个红外黑线识别循迹模块（9）置于小车底板（21）前方车头两边；所述的人体红外避障模块（8）置于红外黑线识别循迹模块（9）的上方；所述的倾斜检测模块（12）固定于小车底板（21）正中央；所述的脉冲计数测速传感器（17）置于小车底板（21）偏后位置；
容器，包括农药容器箱（14）、混合液容器箱（15）、稀释液容器箱（16），其特征在于：所述的农药容器箱（14）置于小车装置左侧上方；所述的混合液容器箱（15）置于小车装置正上方；所述的稀释液容器箱（16）置于小车装置右侧上方；
配比喷洒装置，包括农药配比喷洒控制板（1）、喷洒水泵（2）、三路继电器（3）、电源（4）、霍尔流量计（5）、喷头（6）、稀释液抽取水泵（7）、农药抽取水泵（18）；配比喷洒装置置于容器上方；所述的农药配比喷洒控制板（1）与电源（4）、三路继电器（3）及霍尔流量计（5）相连；所述的三路继电器（3）分别与喷洒水泵（2）、稀释液抽取水泵（7）及农药抽取水泵（18）电连接；所述的喷洒水泵（2）一端通过导液软管与混合液容器箱（15）相连，另一端经过霍尔流量计（5）与喷头（6）相连；所述的稀释液抽取水泵（7）一端通过导液软管，经过霍尔流量计（5）与稀释液容器箱（16）相连，另一端通过导液软管连接至混合液容器箱（15）；所述的农药抽取水泵（18）一端通过导液软管，经过霍尔流量计（5）与农药容器箱（14）相连，另一端通过导液软管连接至混合液容器箱（15）；
远程控制装置，包括手机控制端（19）和电脑控制端（20），其特征在于：手机控制端（19）通过WiFi与小车控制板（11）、农药配比喷洒控制板（1）连接；电脑控制端（20）通过网络与小车控制板（11）、农药配比喷洒控制板（1）连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能农药配比喷洒装置，其特征在于：所述小车控制板（11）控制电机驱动板（10）的启停；所述的电机驱动板（10）控制小车电机马达（13）转动的方向和转速。
3.根据权利要求1所述的一种智能农药配比喷洒装置，其特征在于：所述人体红外避障模块（8）与农药配比喷洒控制板（1）、小车控制板（11）电连接，当人体红外避障模块（8）检测到喷洒区域存在人体时，小车控制板（11）停止小车的运动，同时农药配比喷洒控制板（1）停止农药的喷洒；红外黑线识别循迹模块（9）与小车控制板（11）电连接，在小车行进的轨迹上铺设黑线，小车控制板（11）获取红外黑线识别循迹模块（9）发送的黑线检测信息，控制小车按照黑线正轨行驶；倾斜检测模块（12）与农药配比喷洒控制板（1）、小车控制板（11）电连接，当倾斜检测模块（12）检测到小车失去平衡，小车控制板（11）停止小车的运动，同时农药配比喷洒控制板（1）停止农药的喷洒；脉冲计数测速传感器（17）与小车控制板（11）电连接，小车控制板（11）将脉冲计数测速传感器（17）采集的小车的运行速度数据通过WiFi发送给远程控制装置。
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