CN110506727A - 苹果园喷雾机作业角度的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及苹果园喷雾机的控制方法的技术领域，公开了苹果园喷雾机作业角度的控制方法，包括如下步骤：首先对苹果树的树高、树冠高、果实量进行测量、行距以及株距进行测量；并根据苹果园参数的不同将苹果园分为多种苹果园模型，并建立相应的喷洒参数库；在喷雾机的外周装设传感器，传感器可以实时测得喷雾机与所需释放药物的苹果树之间的距离；在喷雾机内设置有单片机，测距传感器与单片机电性连接，向单片机输入所需喷雾的苹果园模型，此时单片机向传感器发出指令，传感器开始测距，并根据测距传感器收集到的距离信息对树形轮廓进行模拟；根据不同的树形轮廓边界模糊后调整喷雾机的喷头角度，限定相应的喷雾轨迹，达到更佳的喷雾效果。

Description

苹果园喷雾机作业角度的控制方法

技术领域

本发明专利涉及苹果园喷雾机的控制方法技术领域，具体而言，涉及苹果园喷雾机作业角度的控制方法。

背景技术

近二十年里，中国农业逐渐走上了现代化农业的道路，甚至在农药生产、农作物加工方面更是达到了国际顶尖水平，但在农药释放技术的革新与相关农机的发展上处于相对落后的状态，具体表现在施药器械更新换代缓慢、施药方式僵化。

目前我国有矮砧苹果园、乔化砧苹果园、传统苹果园、混合苹果园等类型的苹果园，不同地区、不同类型的苹果树高度不一，即使是同一类型的苹果园，苹果树高度也有差异，而现代喷雾机普遍存在着喷头作业角度相对固定，因此喷雾机的作业范围相对固定，同一喷雾机难以与各种类型的苹果园相匹配，因此造成了施药机械效率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供苹果园喷雾机作业角度的控制方法，旨在解决现有技术中，喷雾机在喷雾作业过程中的喷雾角度相对固定从而导致喷洒效率低的问题。

本发明是这样实现的，苹果园喷雾机作业角度的控制方法，包括如下步骤：

(1)首先对苹果树的树高、树冠高、主干直径、树冠宽、果实量进行测量；

(2)测量苹果树之间的行距以及株距；

(3)对以上信息进行整合，并根据苹果园参数的不同将苹果园分为多种苹果园模型，并且每种苹果园模型对应有相应的喷洒参数库；

(4)在喷雾机的外周装设多组测距传感器，在所述喷雾机喷洒过程中，多组所述测距传感器可以实时测得所述喷雾机与所需释放药物的苹果树之间的距离；

(5)在所述喷雾机内设置有单片机，所述测距传感器与所述单片机电性连接，向所述单片机输入所需喷雾的苹果园模型，此时单片机向所述测距传感器发出高电平指令，所述测距传感器开始测距，并根据所述测距传感器收集到的距离信息对树形轮廓进行模拟；

(6)根据所述测距传感器收集到的距离信息，调用对应的所述喷洒参数库，根据不同的树形轮廓边界模糊后调整所述喷雾机的喷头角度，限定相应的喷雾轨迹，达到更佳的喷雾效果。

进一步地，在所述喷雾机的喷头正下方设置有风机，所述风机与所述单机片电性连接，所述风机的吹风口朝上倾斜布置，所述风机沿所述喷头的喷雾方向吹风。

进一步地，喷头连接在步进电机上，所述步进电机与所述单片机电性连接，所述测距传感器将喷头与果树的距离信息实时传送至所述单片机，当所述测距传感器所测得的作业距离小于200cm时，所述测距传感器向所述单片机反馈信号，所述单片机启动所述步进电机、风机以及所述喷雾机，所述单片机将高低电平信号发送至步进电机驱动器，最终步进电机带动所述喷头摆动相应角度后固定，同时所述单片机发出控制指令至固态继电器后传达至电磁阀，电磁阀开启药液开始输送，定量喷雾作业开始；当所述测距传感器所测得作业距离大于或等于200cm时，所述单片机将信号发送至步进电机驱动器，所述步进电机带动所述喷头摆动至归零角后固定，同时所述单片机发出控制指令至固态继电器后传达至电磁阀，电磁阀关闭药液停止输送，定量喷雾作业结束。

进一步地，根据苹果树的树高、树冠高、主干直径、树冠宽、果实量以及苹果树之间的行距、株距将所述苹果园模型分为矮化砧木苹果园模型、乔化苹果园模型以及短枝苹果园模型，当需要对不同模型进行喷雾时，调用相对应的喷洒参数库，所述单片机接收喷洒数据库信息，所述单片机发出指令调整所述喷雾器的喷头的喷雾角度。

进一步地，对于矮化砧木苹果园模型，当测距传感器所测得的作业距离小于200cm大于100cm时，此时喷头处于归零角；当测距传感器所测得的作业距离小于100cm时，喷头从归零角向上转动，最大不超过30°；具体的，当测距传感器所测得的喷头与果树的作业距离大于50cm小于100cm时，喷头上下往复转动，转动角度最大不超过40°，当测距传感器所测得的喷头与果树的作业距离小于50cm时，喷头保持正30°。

进一步地，对于乔化苹果园模型，当测距传感器所测得的作业距离小于200cm大于100cm时，此时喷头处于归零角；当测距传感器所测得的作业距离小于100cm时，喷头从归零角向上转动，最大不超过45°；具体的，当测距传感器所测得的喷头与果树的作业距离大于50cm小于100cm时，喷头上下往复转动，转动角度最大不超过60°，当测距传感器所测得的喷头与果树的作业距离小于50cm时，喷头保持正45°。

进一步地，对于短枝苹果园模型，当测距传感器所测得作业距离小于200cm大于100cm时，此时喷头处于归零角；当测距传感器所测得的作业距离小于100cm时，喷头从归零角向上转动，最大不超过35°；具体的，当测距传感器所测得的喷头与果树的作业距离大于50cm小于100cm时，喷头上下往复转动，转动角度最大不超过50°，当测距传感器所测得的喷头与果树的作业距离小于50cm时，喷头保持正35°。

进一步地，将所述喷雾机行进速度设置为0.5m/s-1.5m/s，并且所述测距传感器在1s内收集并上传6个所测距离值至所述单片机。

进一步地，所述单片机内设置有滤波器，在测距过程中，从测距传感器反馈至单片机的11个所测距离值收集后进入外部中断，中断程序中将11个值按规律排列后将第六值带出并结束中断，此时，第六位所测距离值即为喷雾过程中所述喷雾机与所需释放药物的苹果树的距离。

与现有技术相比，本发明提供的苹果园喷雾机作业角度的控制方法，首先通过对苹果树的树高、树冠高、主干直径、树冠宽、果实量行距以及株距进行测量，将不同的苹果园类型进行分类，然后在喷雾机的外周装设多组测距传感器，并通过单片机对测距传感器传出的信息进行处理以及模拟，最终根据不同的树形轮廓边界模糊后自动调整喷雾机的喷头角度，限定相应的喷雾轨迹，达到更佳的喷雾效果及效率。

附图说明

图1是本发明提供的苹果园喷雾机作业角度的控制方法的流程图；

图2是本发明提供的根据测距传感器收集到的距离信息确定苹果园类型的流程图；

图3是本发明提供的苹果园喷雾机作业角度的控制方法的中值滤波的流程图；

图4是本发明提供的苹果园喷雾机作业角度的控制方法的电路连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1-4所示，为本发明提供的较佳实施例。

本发明所提供的苹果园喷雾机作业角度的控制方法，不仅限用于对苹果树的喷雾作业，还可以用于对其它果树的喷雾作业。

苹果园喷雾机作业角度的控制方法，包括如下步骤：

(1)首先对苹果树的树高、树冠高、主干直径、树冠宽、果实量进行测量；

(2)测量苹果树之间的行距以及株距；

(3)对以上信息进行整合，并根据苹果园参数的不同将苹果园分为多种苹果园模型，并且每种苹果园模型对应有相应的喷洒参数库；

(4)在喷雾机的外周装设多组测距传感器100，在喷雾机喷洒过程中，多组测距传感器100可以实时测得喷雾机与所需释放药物的苹果树之间的距离；

(5)在喷雾机内设置有单片机10，测距传感器100与单片机10电性连接，向单片机10输入所需喷雾的苹果园模型，此时单片机10向测距传感器100发出高电平指令，测距传感器100开始测距，并根据测距传感器100收集到的距离信息对树形轮廓进行模拟；

(6)根据测距传感器100收集到的距离信息，调用对应的喷洒参数库，根据不同的树形轮廓边界模糊后调整喷雾机的喷头角度，限定相应的喷雾轨迹，达到更佳的喷雾效果及效率。

上述提供的苹果园喷雾机作业角度的控制方法，首先通过对苹果树的树高、树冠高、主干直径、树冠宽、果实量行距以及株距进行测量，将不同的苹果园类型进行分类，然后在喷雾机的外周装设多组测距传感器100，并通过单片机10对测距传感器100传出的信息进行处理以及模拟，最终根据不同的树形轮廓边界模糊后自动调整喷雾机的喷头角度，限定相应的喷雾轨迹，达到更佳的喷雾效果。

碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到物体能产生多普勒效应，进而实现对周围苹果树距离的测量。

选取苹果果树进行物理参数收集，数据如下：

表1苹果果园基本信息

果树的行距、株距是重要的农艺参数，对收获装置的设计具有重要影响。苹果果树的行距、株距相对固定。根据调研结果，目前矮化砧木苹果果树常用的行距为3.5米，株距为1.0米，而乔化苹果果树采用5.0米的行距，而株距基本为3.0米。

单片机10又称单片微型计算机，是典型的嵌入式微控制器，单片机10又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上；单片机10由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机(最小系统)，和计算机相比，单片机10缺少了外围设备等，概括的讲：一块芯片就成了一台计算机，它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件；同时，学习使用单片机10是了解计算机原理与结构的更佳选择，它最早是被用在工业控制领域。

目前选用的为STM32F103ZET6单片机10。

测距传感器100为红外线传感器。

单片机10分别与热续电器180、测距传感器100、Arduino单片机160、步进驱动器110、续电器120电性连接，热续电器180上连接有辅助电源，步进驱动器110连接有步进电机111，步进电机111带动喷头转动，另外，续电器120与电磁阀130电性连接，在电磁阀130的控制中，采用了多路电磁继电器，由于电磁阀130为常闭型，故在需要喷雾作业时通过单片机10向电磁继电器发出高电平即可；续电器120可以在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用，电磁阀130连接有车载蓄电池140，车载蓄电池140与断路器电性连接，断路器与单片机10电性连接。

另外，Arduino单片机160与电脑170端连接。

热继电器180的工作原理是电流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现单片机10的过载保护。

对于续电器120，是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化，从而达到控制电路的开合的效果。

另外，在喷雾机的喷头正下方设置有风机，风机与单机片电性连接，风机的吹风口朝上倾斜布置，风机沿喷头的喷雾方向吹风。

喷头连接在步进电机111上，步进电机111与单片机10电性连接，测距传感器100将喷头与果树的距离信息实时传送至单片机10，当所述测距传感器100所测得的作业距离小于200cm时，所述测距传感器100向所述单片机10反馈信号，所述单片机10启动步进电机111、风机以及所述喷雾机，单片机10将高低电平信号发送至步进电机111驱动器，最终步进电机111带动喷头摆动相应角度后固定，同时单片机10发出控制指令至固态继电器后传达至电磁阀130，电磁阀130开启药液开始输送，定量喷雾作业开始；当所述测距传感器100所测得作业距离大于或等于200cm时，单片机10将信号发送至步进电机111驱动器，步进电机111带动喷头摆动至归零角后固定，同时单片机10发出控制指令至固态继电器后传达至电磁阀130，电磁阀130关闭药液停止输送，定量喷雾作业结束。

步进电机111是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器110接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机111按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的；可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。

根据苹果树的树高、树冠高、主干直径、树冠宽、果实量以及苹果树之间的行距、株距将苹果园模型分为矮化砧木苹果园模型、乔化苹果园模型以及短枝苹果园模型，当需要对不同模型进行喷雾时，调用相对应的喷洒参数库，单片机10接收喷洒数据库信息，单片机10发出指令调整喷雾器的喷头的喷雾角度。

如下表：

对于矮化砧木苹果园模型，当测距传感器100所测得的作业距离小于200cm大于100cm时，此时喷头处于归零角；当测距传感器100所测得的作业距离小于100cm时，喷头从归零角向上转动，最大不超过30°；具体的，当测距传感器100所测得的喷头与果树的作业距离大于50cm小于100cm时，喷头上下往复转动，转动角度最大不超过40°，当测距传感器100所测得的喷头与果树的作业距离小于50cm时，喷头保持正30°。

对于乔化苹果园模型，当测距传感器100所测得的作业距离小于200cm大于100cm时，此时喷头处于归零角；当测距传感器100所测得的作业距离小于100cm时，喷头从归零角向上转动，最大不超过45°；具体的，当测距传感器100所测得的喷头与果树的作业距离大于50cm小于100cm时，喷头上下往复转动，转动角度最大不超过60°，当测距传感器100所测得的喷头与果树的作业距离小于50cm时，喷头保持正45°。

对于短枝苹果园模型，当测距传感器100所测得作业距离小于200cm大于100cm时，此时喷头处于归零角；当测距传感器100所测得的作业距离小于100cm时，喷头从归零角向上转动，最大不超过35°；具体的，当测距传感器100所测得的喷头与果树的作业距离大于50cm小于100cm时，喷头上下往复转动，转动角度最大不超过50°，当测距传感器100所测得的喷头与果树的作业距离小于50cm时，喷头保持正35°。

将喷雾机行进速度设置为0.5m/s-1.5m/s，并且测距传感器100在1s内收集并上传6个所测距离值至单片机10。

由于目前选用的主控件STM32F103ZET6单片机10、传感器自身响应时长的限制，在长时间作业后有一点几率出现无效值；而在果园作业中，尘土、扬灰以及喷雾时逸散的水雾会影响到传感器的精度。

为了降低以上两方面对实际效果的影响，在测距模块中设计11位中值滤波如下：

单片机10内设置有滤波器，在测距过程中，从测距传感器100反馈至单片机10的11个所测距离值收集后进入外部中断，中断程序中将11个值按规律排列后将第六值带出并结束中断，此时，第六位所测距离值即为喷雾过程中喷雾机与所需释放药物的苹果树的距离。

该滤波程序原理简单：将反馈至单片机10的11个值收集后进入外部中断，中断程序中将11个值按规律排列后将第六值带出并结束中断；并且该方法由于逻辑简单且使用了外部中断，对于整体效率的影响微乎其微，同时增强了数据的可靠性，使喷雾机作业过程更加流畅。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.苹果园喷雾机作业角度的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)首先对苹果树的树高、树冠高、主干直径、树冠宽、果实量进行测量；

(2)测量苹果树之间的行距以及株距；

(3)对以上信息进行整合，并根据苹果园参数的不同将苹果园分为多种苹果园模型，并且每种苹果园模型对应有相应的喷洒参数库；

(4)在喷雾机的外周装设多组测距传感器，在所述喷雾机喷洒过程中，多组所述测距传感器可以实时测得所述喷雾机与所需释放药物的苹果树之间的距离；

(5)在所述喷雾机内设置有单片机，所述测距传感器与所述单片机电性连接，向所述单片机输入所需喷雾的苹果园模型，此时单片机向所述测距传感器发出高电平指令，所述测距传感器开始测距，并根据所述测距传感器收集到的距离信息对树形轮廓进行模拟；

(6)根据所述测距传感器收集到的距离信息，调用对应的所述喷洒参数库，根据不同的树形轮廓边界模糊后调整所述喷雾机的喷头角度，限定相应的喷雾轨迹，达到更佳的喷雾效果。

2.如权利要求1所述的苹果园喷雾机作业角度的控制方法，其特征在于，在所述喷雾机的喷头正下方设置有风机，所述风机与所述单机片电性连接，所述风机的吹风口朝上倾斜布置，所述风机沿所述喷头的喷雾方向吹风。

3.如权利要求2所述的苹果园喷雾机作业角度的控制方法，其特征在于，喷头连接在步进电机上，所述步进电机与所述单片机电性连接，所述测距传感器将喷头与果树的距离信息实时传送至所述单片机，当所述测距传感器所测得的作业距离小于200cm时，所述测距传感器向所述单片机反馈信号，所述单片机启动所述步进电机、风机以及所述喷雾机，所述单片机将高低电平信号发送至步进电机驱动器，最终步进电机带动所述喷头摆动相应角度后固定，同时所述单片机发出控制指令至固态继电器后传达至电磁阀，电磁阀开启药液开始输送，定量喷雾作业开始；当所述测距传感器所测得作业距离大于或等于200cm时，所述单片机将信号发送至步进电机驱动器，所述步进电机带动所述喷头摆动至归零角后固定，同时所述单片机发出控制指令至固态继电器后传达至电磁阀，电磁阀关闭药液停止输送，定量喷雾作业结束。

4.如权利要求3所述的苹果园喷雾机作业角度的控制方法，其特征在于，根据苹果树的树高、树冠高、主干直径、树冠宽、果实量以及苹果树之间的行距、株距将所述苹果园模型分为矮化砧木苹果园模型、乔化苹果园模型以及短枝苹果园模型，当需要对不同模型进行喷雾时，调用相对应的喷洒参数库，所述单片机接收喷洒数据库信息，所述单片机发出指令调整所述喷雾器的喷头的喷雾角度。

5.如权利要求4所述的苹果园喷雾机作业角度的控制方法，其特征在于，对于矮化砧木苹果园模型，当测距传感器所测得的作业距离小于200cm大于100cm时，此时喷头处于归零角；当测距传感器所测得的作业距离小于100cm时，喷头从归零角向上转动，最大不超过30°；具体的，当测距传感器所测得的喷头与果树的作业距离大于50cm小于100cm时，喷头上下往复转动，转动角度最大不超过40°，当测距传感器所测得的喷头与果树的作业距离小于50cm时，喷头保持正30°。

6.如权利要求4所述的苹果园喷雾机作业角度的控制方法，其特征在于，对于乔化苹果园模型，当测距传感器所测得的作业距离小于200cm大于100cm时，此时喷头处于归零角；当测距传感器所测得的作业距离小于100cm时，喷头从归零角向上转动，最大不超过45°；具体的，当测距传感器所测得的喷头与果树的作业距离大于50cm小于100cm时，喷头上下往复转动，转动角度最大不超过60°，当测距传感器所测得的喷头与果树的作业距离小于50cm时，喷头保持正45°。

7.如权利要求4所述的苹果园喷雾机作业角度的控制方法，其特征在于，对于短枝苹果园模型，当测距传感器所测得作业距离小于200cm大于100cm时，此时喷头处于归零角；当测距传感器所测得的作业距离小于100cm时，喷头从归零角向上转动，最大不超过35°；具体的，当测距传感器所测得的喷头与果树的作业距离大于50cm小于100cm时，喷头上下往复转动，转动角度最大不超过50°，当测距传感器所测得的喷头与果树的作业距离小于50cm时，喷头保持正35°。

8.如权利要求1至7任一项所述的苹果园喷雾机作业角度的控制方法，其特征在于，将所述喷雾机行进速度设置为0.5m/s-1.5m/s，并且所述测距传感器在1s内收集并上传6个所测距离值至所述单片机。

9.如权利要求8所述的苹果园喷雾机作业角度的控制方法，其特征在于，所述单片机内设置有滤波器，在测距过程中，从测距传感器反馈至单片机的11个所测距离值收集后进入外部中断，中断程序中将11个值按规律排列后将第六值带出并结束中断，此时，第六位所测距离值即为喷雾过程中所述喷雾机与所需释放药物的苹果树的距离。