CN111226891B - 一种温室用精量雾化均匀施药系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温室用精量雾化均匀施药系统及方法，包括超声波雾化装置、风管移动装置、气雾输送装置、控制系统。超声波雾化装置用于将药液转化为气雾用于管道运输；风管移动装置用于驱动输风管在靶标区域上方根据喷雾需求主动移动；气雾输送装置用于施加气流胁迫气雾在输风管内移动并释放于施药区域；控制系统用于控制施药系统精准运行。本发明的作业方法：通过超声波雾化产生持续气雾，并通过靶标区域上方输风管运动实现雾滴均匀覆盖，具有省时、省力、节水和雾滴便于管道输送等优点，可提高农药的利用率。

Description

一种温室用精量雾化均匀施药系统及方法

技术领域

本发明属于农业植保机械技术领域，涉及一种温室用低成本精量雾化均匀施药系统及方法，可对温室内靶标区域精量均匀施药，并实现农药喷施过程中的病虫害防治、杀菌消毒功能。

背景技术

我国设施农业近年来发展迅速，而病虫害的防治一直是一个棘手问题。目前对病虫害的防治手段主要是喷洒农药，但传统的喷洒方式存在雾滴粒径过大、冠层穿透性差、药量沉积不均匀等问题。超声波雾化具有结构紧凑、响应迅速、雾化颗粒直径较小、粒径均匀、便于管道运输等优点，已广泛应用于农药超低量喷雾。为此，研制温室用低成本精量雾化均匀施药系统，可实现农药喷施、杀菌消毒、增湿降温的功能，可以提高农药的利用率，减少农药施用量并提升防效。

经过对现有技术的文献检索发现，专利申请号201510630986.5“温室自走式自动喷雾机”通过控制移动导轨上的减速电机和喷雾系统中的步进电机以及电磁阀，来实现小车的前进与后退，上升与下降以及喷雾作业的开始与停止；专利申请号201510698349.1“一种基于网络的温室施药机器人远程控制系统”可通过远程终端接入控制单元对施药机器人进行控制，使操作人员无需在温室现场对施药机器人进行操作。

上述专利需要在地面布置移动导轨通过喷雾设备喷雾作业，需要占用部分地面空间，雾滴在靶标区域内覆盖不均匀，喷雾作用区域有限且极易受靶标冠层的遮挡阻蔽，导致雾滴穿透效果与农药利用率较差。

发明内容

为了克服以上技术的不足，本发明的目的在于提供一种温室用精量雾化均匀施药系统，专用于温室内施药作业，实现靶标区域施药过程机械自动化并提高药液利用率，可实现农药喷施过程中的病虫害防治、杀菌消毒功能。

本发明一种温室用精量雾化均匀施药系统包括超声波雾化装置、风管移动装置、气雾输送装置、控制系统组成。所述的超声波雾化装置是将药液转化为气雾，用于管道运输；所述的风管移动装置是驱动输风管在靶标区域上方根据喷雾需求主动移动；所述的气雾输送装置是施加气流胁迫气雾在输风管内移动并释放于施药区域；所述的控制系统是用于控制超声波雾化装置、风管移动装置、气雾输送装置精准运行。

所述的超声波雾化装置包括药箱、臭氧箱、水箱、超声波雾化器、电磁阀、蠕动泵、混药器、出雾管、防水电源；所述的药箱用于存放药液；所述的臭氧箱用于存放比例合适的臭氧水，可进行雾化并具有杀菌消毒的作用；所述的水箱用于为药液混合提供清水；所述的超声波雾化器集成超声波雾化头、雾化箱等组件，用于实现超低量喷雾；所述的电磁阀用于控制管路的通断；所述的蠕动泵用于精量抽取母液进行混药；所述的混药器用于均匀混合药液，并输送至雾化箱；所述的出雾管将产生的气雾排出至输风管内在风机风力胁迫下运往目标区域；所述的防水电源用于超声波雾化工作提供电能。

所述的风管移动装置包括同步电机、滑轮电机、转动收卷装置、导轨、钢丝绳及滑轮；所述的同步电机安装在墙体两侧导轨上，负责同步转动控制钢丝绳前后移动；所述滑轮电机和滑轮同心安装，控制滑轮驱动悬挂在钢丝绳上的输风管铺展或收卷；所述的转动收卷装置包括转动架、收卷电机、主动转轮、滚轮、挡板和固定卷筒，可将铺展开的输风管回卷，并将输风管折叠存放；所述的转动架固定在墙体上，上部转盘可自由转动；所述的收卷电机驱动主动转轮转动夹持输风管进行收卷；所述的主动转轮同轴安装在收卷电机上，可由收卷电机驱动旋转；所述的滚轮安装在固定卷筒壁面上可自由转动；所述的挡板为接收回卷的输风管，对回卷的输风管位置限位；所述的固定卷筒为安装和回卷输风管的安装基础；所述的导轨安装固定在温室大棚两侧墙体上的，是风管移动装置的移动轨道；所述的钢丝绳和滑轮为输风管铺展或收卷的执行部件。

所述的气雾输送装置包括风机和输风管；所述的风机置于超声波雾化装置前侧，产生持续的风力驱动雾滴在整个输风管内的移动；所述的风机转速可调，风量可根据实际要求通过控制系统调整；所述输风管为乙烯料透明通风管，具有强度好，不易撕裂，可以随意弯曲等优点；所述的输风管可根据大棚实际尺寸在输风管前侧确定合适的出风孔数量，保证出雾的稳定与气雾的覆盖范围。

所述的控制系统包括控制箱、主控器、混药控制器、液位传感器、风量控制器、移动控制器、收卷控制器、变压器、输入输出接口和电源；所述的控制箱用于安装主控器、混药控制器、液位传感器、风量控制器、移动控制器、收卷控制器、变压器、输入输出接口和电源；所述的主控器选用STM32型单片机；所述的混药控制器用于蠕动泵的控制；所述的液位传感器用于监测药液量；所述的风量控制器用于控制风机的转速；所述的移动控制器用于控制同步电机和滑轮电机的转速和正反转，实现目标区域的移动控制；所述的收卷控制器用于控制转动收卷装置的收卷速度；所述的变压器用于将电源输出的交流电转化为控制器、电机所需要的电压；所述的输入输出接口用于串接主控器、喷雾量控制器、混药控制器、液位传感器、移动控制器、变压器；所述的电源可为控制系统的工作提供电能。

本发明一种温室用低成本精量雾化均匀施药方法，其特征在于：步骤如下：

1)喷雾准备工作：接通工作电源，对超声波雾化装置、控制系统、同步电机、滑轮电机、转动收卷装置、风机进行供电，根据农艺要求确定施药量，由主控器控制超声波雾化装置进行混药并输送至雾化箱内；根据喷药需求确定喷雾流量与风管移动装置移动速度等参数，输入主控器等待发出执行指令；

2)母液配置：按照喷雾需求由蠕动泵、混药器配置一定浓度的药液或者臭氧水，均匀混合后的药液或者臭氧水输送至雾化箱；

3)单行程喷雾：滑轮电机驱动滑轮转动，带动悬吊在钢丝绳上的输风管沿温室方向伸展，与此同时超声波雾化装置将药液转化为细小雾滴并在风机风力的胁迫下充满输风管，通过输风管前端出风孔将气雾释放作用于靶标，实现单行程喷雾；

4)靶标区域均匀喷雾：单行程喷雾时，控制系统控制输风管在沿温室方向喷雾完成后，控制滑轮电机停止转动，同步电机带动输风管移动一定距离，同时转动收卷装置被带动旋转保证输风管道的通畅，该位置执行输风管回卷动作同时继续喷雾作业，待该方向喷施完成后，同步电机继续转动带动输风管前进，依次重复执行完成其余各位置的喷雾作业，实现靶标区的均匀喷雾；

5)结束喷雾：转动收卷装置的收卷电机运转，驱动输风管折叠恢复原位，同时同步电机转动，带动输风管回到原位，超声波雾化装置和风机停止工作，关闭电源。

与现在技术相比，本发明所具有的有益效果：

1、通过超声波雾化的方式产生直径较小、粒径均匀的雾滴，具有省时、省力、节水等优点，可以提高农药的利用率，减少农药的使用量。

2、采用管道运输雾滴的方式，通过气流胁迫雾滴形成气雾作用于标靶，增强了雾滴的穿透性，实现冠层上下的均匀沉积，提高病虫害防治效果。

3、采用乙烯料透明通风管作为输风管，透明管不会影响温室光照条件，同时具有强度好，不易撕裂，可以随意弯曲等优点。

附图说明

图1温室用精量雾化均匀施药系统整体结构示意图；

图2为转动收卷装置结构示意图；

图3为转动收卷装置工作过程俯视图；

图4为温室用精量雾化均匀施药控制系统示意图；

图5为施药系统输风管均匀喷雾移动轨迹示意图。

图中：1、导轨2、滑轮电机3、同步电机4、滑轮5、转动架6、输风管7、钢丝绳8、出雾管9、防水电源10、雾化箱11、药箱12、水箱13、臭氧箱14、风机15、挡板16、固定卷筒17、收卷电机18、主动转轮19、滚轮

实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步描述。本发明提供一种温室用精量雾化均匀施药系统，如图1、2、3、4所示，一种温室用精量雾化均匀施药系统包括超声波雾化装置、风管移动装置、气雾输送装置和控制系统组成。所述的超声波雾化装置是对药液、臭氧水、清水等雾化成粒径均匀、便于运输的雾滴颗粒；所述的风管移动装置为将输风管在靶标区内运动使其均匀覆盖；所述的气雾输送装置为将产生的气雾通过输风管作用于靶标区；所述的控制系统使用于控制超声波雾化装置、风管移动装置、气雾输送装置的精准运行。

所述的超声波雾化装置包括药箱11、臭氧箱13、水箱12、超声波雾化器、电磁阀、蠕动泵、混药器、出雾管8、防水电源9；所述的药箱11用于存放药液；所述的臭氧箱13用于存放比例合适的臭氧水，可进行雾化并具有杀菌消毒的作用；所述的水箱12用于为雾化装置提供清水并雾化，具有加湿降温的作用；所述的超声波雾化器集成超声波雾化头、雾化箱10等组件，用于实现超低量喷雾；所述的电磁阀用于控制管路的通断；所述的蠕动泵用于精量抽取母液进行混药；所述的混药器用于均匀混合两种液体，并输送至雾化箱10；所述的出雾管8将产生的气雾排出至输风管6内在风机14风力胁迫下运往目标区域；所述的防水电源9用于超声波雾化工作提供电能。

所述的风管移动装置包括同步电机3、滑轮电机2、转动收卷装置、导轨1、钢丝绳7及滑轮4；所述的同步电机3安装在墙体两侧导轨1上，负责同步转动控制钢丝绳7前后移动；所述滑轮电机2和滑轮4同心安装，控制滑轮4驱动悬挂在钢丝绳7上的输风管6铺展或收卷；所述的转动收卷装置包括转动架5、收卷电机17、主动转轮18、滚轮19、挡板15和固定卷筒16，可将外放的输风管6回卷，可主动控制输风管6的回收移动；所述的转动架5固定在墙体上，上部转盘可自由转动；所述的收卷电机17驱动主动转轮18转动夹持输风管6进行收卷；所述的主动转轮18同轴安装在收卷电机17上，可由收卷电机17驱动旋转；所述的滚轮19安装在固定卷筒16壁面上可自由转动；所述的挡板15为接收回卷的输风管6，对回卷的输风管6位置限位；所述的固定卷筒16为安装和回卷输风管6的安装基础；所述的导轨安装固定在温室大棚两侧墙体上的，是风管移动装置的移动轨道；所述的钢丝绳7和滑轮4为输风管6铺展或收卷的执行部件。

所述的气雾输送装置包括风机14和输风管6；所述的风机14置于超声波雾化装置前侧，产生持续的风力驱动雾滴在整个输风管6内的移动；所述的风机14转速可调，风量可根据实际要求通过控制系统调整；所述输风管6为乙烯料透明通风管，具有强度好，不易撕裂，可以随意弯曲等优点；所述的输风管6可根据大棚实际尺寸在输风管6前侧确定合适的出风孔数量，保证出雾的稳定与气雾的覆盖范围。

所述的控制系统包括控制箱、主控器、混药控制器、液位传感器、风量控制器、移动控制器、收卷控制器、变压器、输入输出接口和电源；所述的控制箱用于安装主控器、混药控制器、液位传感器、风量控制器、移动控制器、收卷控制器、变压器、输入输出接口和电源；所述的主控器选用STM32型单片机；所述的混药控制器用于控制蠕动泵；所述的液位传感器用于监测药液量；所述的风量控制器用于控制风机14的转速；所述的移动控制器用于控制同步电机3、滑轮电机2、收卷电机17的转速和正反转，实现目标区域的移动控制；所述的收卷控制器用于控制转动收卷电机的收卷速度；所述的变压器用于将电源输出的交流电转化为控制器、电机所需要的电压；所述的输入输出接口用于串接主控器、喷雾量控制器、混药控制器、液位传感器、移动控制器、变压器；所述的电源可为控制系统的工作提供电能。

本发明施药过程风管移动轨迹如图5所示：输风管6在施药区内按照指定的路线匀速移动确保施药的均匀，保证在施药区不漏喷、不重喷。

本发明的工作过程：

1)喷雾准备工作：接通工作电源，对超声波雾化装置、控制系统、同步电机、滑轮电机、转动收卷装置、风机14进行供电，根据农艺要求确定施药量，由主控器控制超声波雾化装置进行混药并输送至雾化箱10内；根据喷药需求确定喷雾流量与风管移动装置移动速度等参数，输入主控器等待发出执行指令；

2)母液配置：按照喷雾需求由蠕动泵、混药器配置一定浓度的药液或者臭氧水，均匀混合后的药液或者臭氧水输送至雾化箱；

3)单行程喷雾：滑轮电机2驱动滑轮4转动，带动悬吊在钢丝绳7上的输风管6沿温室方向伸展，与此同时超声波雾化装置将药液转化为细小雾滴并在风机14风力的胁迫下充满输风管6，通过输风管6前端出风孔将气雾释放作用于靶标，实现单行程喷雾；

4)靶标区域均匀喷雾：单行程喷雾时，控制系统控制输风管6在沿温室方向喷雾完成后，控制滑轮电机2停止转动，同步电机3带动输风管6移动一定距离，同时转动收卷装置被带动旋转保证输风管6道的通畅，该位置执行输风管6回卷动作同时继续喷雾作业，待该方向喷施完成后，同步电机3继续转动带动输风管6前进，依次重复执行完成其余各位置的喷雾作业，实现靶标区的均匀喷雾；

5)结束喷雾：转动收卷装置的收卷电机17运转，驱动输风管6折叠恢复原位，同时同步电机3转动，带动输风管6回到原位，超声波雾化装置和风机14停止工作，关闭电源。

Claims (1)

1.一种温室用精量雾化均匀施药系统的施药方法，其特征在于：施药系统由超声波雾化装置、风管移动装置、气雾输送装置、控制系统组成；

所述的超声波雾化装置包括药箱、臭氧箱、水箱、超声波雾化器、电磁阀、蠕动泵、混药器、出雾管、防水电源；所述的药箱用于存放药液；所述的臭氧箱用于存放比例合适的臭氧水，可进行雾化并具有杀菌消毒的作用；所述的水箱用于为药液混合提供清水；所述的超声波雾化器集成超声波雾化头、雾化箱，用于实现超低量喷雾；所述的电磁阀用于控制管路的通断；所述的蠕动泵用于精量抽取母液进行混药；所述的混药器用于均匀混合药液并输送至雾化箱；所述的出雾管将产生的气雾排出至输风管内在风机风力胁迫下运往目标区域；所述的防水电源用于超声波雾化工作提供电能；

所述的风管移动装置包括同步电机、滑轮电机、转动收卷装置、导轨、钢丝绳及滑轮；所述的同步电机安装在墙体两侧导轨上，负责同步转动控制钢丝绳前后移动；所述滑轮电机和滑轮同心安装，控制滑轮驱动悬挂在钢丝绳上的输风管铺展或收卷；所述的转动收卷装置包括转动架、收卷电机、主动转轮、滚轮、挡板和固定卷筒，将外放的输风管回卷，主动控制输风管的回收移动；所述的转动架固定在墙体上，上部转盘可自由转动；所述的收卷电机驱动主动转轮转动夹持输风管进行收卷；所述的主动转轮同轴安装在收卷电机上，由收卷电机驱动旋转；所述的滚轮安装在固定卷筒壁面上可自由转动；所述的挡板为接收回卷的输风管，对回卷的输风管位置限位；所述的固定卷筒为安装和回卷输风管的安装基础；所述的导轨安装固定在温室大棚两侧墙体上的，是风管移动装置的移动轨道；所述的钢丝绳和滑轮为输风管铺展或收卷的执行部件；

所述的气雾输送装置包括风机和输风管；所述的风机置于超声波雾化装置前侧，产生持续的风力驱动雾滴在整个输风管内的移动；所述的风机转速可调，风量可根据实际要求通过控制系统调整；所述输风管为乙烯料透明通风管；所述的输风管根据大棚实际尺寸在输风管前侧确定合适的出风孔数量，保证出雾的稳定与气雾的覆盖范围；

所述的控制系统包括控制箱、主控器、混药控制器、液位传感器、风量控制器、移动控制器、收卷控制器、变压器、输入输出接口和电源；所述的控制箱用于安装主控器、混药控制器、液位传感器、风量控制器、移动控制器、收卷控制器、变压器、输入输出接口和电源；所述的主控器选用STM32型单片机；所述的混药控制器用于蠕动泵的控制；所述的液位传感器用于监测药液量；所述的风量控制器用于控制风机的转速；所述的移动控制器用于控制同步电机和滑轮电机的转速和正反转，实现目标区域的移动控制；所述的收卷控制器用于控制转动收卷装置的收卷速度；所述的变压器用于将电源输出的交流电转化为控制器、电机所需要的电压；所述的输入输出接口用于串接主控器、喷雾量控制器、混药控制器、液位传感器、移动控制器、变压器；所述的电源为控制系统的工作提供电能；

上述施药系统的施药方法其步骤如下：

1)喷雾准备工作：接通工作电源，对超声波雾化装置、控制系统、同步电机、滑轮电机、转动收卷装置、风机进行供电，根据农艺要求确定施药量，由主控器控制超声波雾化装置进行混药并输送至雾化箱内；根据喷药需求确定喷雾流量与风管移动装置移动速度，输入主控器等待发出执行指令；

2)母液配置：按照喷雾需求由蠕动泵、混药器配置一定浓度的药液或者臭氧水，均匀混合后的药液或者臭氧水输送至雾化箱；

3)单行程喷雾：滑轮电机驱动滑轮转动，带动悬吊在钢丝绳上的输风管沿温室方向伸展，与此同时超声波雾化装置将药液转化为细小雾滴并在风机风力的胁迫下充满输风管，通过输风管前端出风孔将气雾释放作用于靶标，实现单行程喷雾；

4)靶标区域均匀喷雾：单行程喷雾时，控制系统控制输风管在沿温室方向喷雾完成后，控制滑轮电机停止转动，同步电机带动输风管移动一定距离，同时转动收卷装置被带动旋转保证输风管道的通畅，该位置执行输风管回卷动作同时继续喷雾作业，待该方向喷施完成后，同步电机继续转动带动输风管前进，依次重复执行完成其余各位置的喷雾作业，实现靶标区的均匀喷雾；

5)结束喷雾：转动收卷装置的收卷电机运转，驱动输风管折叠恢复原位，同时同步电机转动，带动输风管回到原位，超声波雾化装置和风机停止工作，关闭电源。