CN115005182A - 一种静电喷雾控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及喷雾控制技术领域，具体公开了一种静电喷雾控制方法及系统，所述系统包括无人机本体，所述无人机本体上设置有：静电喷雾装置，包括静电喷雾模块、角度补偿模块；横风传感器，用于监测当前风速与风向；数字气压计，用于监测无人机本体当前高度；速度监测装置，用于监测无人机本体当前速度；控制器，与静电喷雾装置、横风传感器、数字气压计及速度监测装置电性连接，用于根据当前的风速、风向、高度及速度计算出最佳角度，通过角度补偿模块使静电喷雾模块调整至最佳角度；本发明通过静电喷雾模块的角度调节，能够在风力的作用下保证施药的目标区域能够被喷雾模块均匀作用。

Description

一种静电喷雾控制方法及系统

技术领域

本发明涉及喷雾控制技术领域，具体为一种静电喷雾控制方法及系统。

背景技术

近几年随着绿色植保、精准农业、食品安全等热点领域的发展需求，作为农业大国，我国对农业航空施药领域予以了重点扶持，使得航空喷洒技术已广泛应用于各种农作物植保场景中，实现高效、环保、安全的农业植保要求。

静电喷雾技术是一种较为先进的施药技术，喷施的药剂流经静电喷头时，由于高压静电发生器的作用而使喷出的雾滴带上大量的静电荷，这种荷雾滴在一定电场力的作用下带有强烈的静电性能，与常规喷雾相比，此种技术能够提高农药的利用率，减少施药成本并减少农药对环境造成的污染。

现有的静电喷雾装置主要固定在无人机等航空装置上并垂直向下进行喷洒，因此作用范围会受到风力作用的影响，使得计划中的靶标不能充分甚至未能吸附雾滴，进而导致最终的施药效果达不到标准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静电喷雾控制方法及系统，解决以下技术问题：

如何在风力影响的状态下提高喷雾作用效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种静电喷雾控制系统，所述系统包括无人机本体，所述无人机本体上设置有：

静电喷雾装置，包括静电喷雾模块、角度补偿模块；

横风传感器，用于监测当前风速与风向；

数字气压计，用于监测无人机本体当前高度；

速度监测装置，用于监测无人机本体当前速度；

控制器，与静电喷雾装置、横风传感器、数字气压计及速度监测装置电性连接，用于根据当前的风速、风向、高度及速度计算出最佳角度，通过角度补偿模块使静电喷雾模块调整至最佳角度。

于一实施例中，所述静电喷雾模块包括驱动组件、喷头、输液管、储液箱、水泵及流量传感器；

所述喷头通过输液管与储液箱连通；

通过所述水泵控制喷头的进液速度，并通过流量传感器对液体流速进行监测；

所述喷头包括离心雾化盘、感应电极及风扇；

所述离心雾化盘及风扇在驱动组件的作用下转动，通过驱动组件的转速及通过喷头的进液速度控制喷雾粒径大小。

于一实施例中，所述风扇包括环形盒和均匀安装在环形盒周围上的扇叶，所述扇叶与环形盒相对转动并在驱动力的作用下调整扇叶相对环形盒的角度。

于一实施例中，根据农作物的种类调整扇叶相对环形盒的角度。

于一实施例中，所述角度补偿模块包括转动架和旋转底座；

所述旋转底座与无人机本体在水平方向上转动连接并通过旋转电机进行驱动，所述转动架与静电喷雾模块相连接，所述旋转底座与转动架在竖直方向上转动连接并通过摆动电机进行驱动。

一种静电喷雾控制方法，所述方法包括：

S1、获取当前环境信息，根据当前环境信息判断是否满足系统运行条件：

若满足，则进入步骤S2；

否则，等待系统满足运行条件；

S2、根据作业的作物类型选择对应的系统参数；

S3、通过横风传感器采集当前的风速与风向，通过数字气压计采集当前无人机高度，通过速度监测装置采集当前无人机速度，将各参数传递至控制器；

S4、控制器根据采集到的参数计算出水平朝向及摆动角度β，角度补偿模块按计算出的水平朝向及摆动角度β进行调整；

S5、通过流量传感器采集液体的流速并将流速传递至控制器，控制器判断流速是否达到目标流速：

若达到，则进入步骤S6；

否则，将水泵的电机转速调整至最佳电机转速。

S6、采集驱动组件中离心电机的转速，并将转速参数传递至控制器，所述控制器将转速参数与标准转速值进行对比：

若满足，则开始作业；

否则，调整驱动组件中离心电机的转速。

于一实施例中，所述S4中水平朝向的计算方法为：

通过公式

计算出风速与无人机速度向量的矢量和

其中，

为无人机速度向量；

为风速向量；

的方向即为水平朝向。

于一实施例中，所述S4中摆动角度的计算公式为：

其中，β为最佳摆动角度；α为风向与无人机前进方向夹角；n为离心电机转速，r/min；R为离心雾化盘半径，m；k为补偿系数。

于一实施例中，所述S5中最佳电机转速的计算公式为：

其中，n为最佳电机转速；H为水泵扬程；Q为水泵流量；g为重力加速度；ρ为工质密度；n为最佳电机转速；T为电机转矩。

于一实施例中，所述S6中标准转速值的计算公式为：

其中，n_标为标准转速值；n₀为初始转速；A₁、A₂、t₁、t₂为拟合系数；Q为水泵流量。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过静电喷雾模块的角度调节，能够在风力的作用下对喷雾的角度进行适应性的补偿，补偿后的静电喷雾模块能够保证施药的目标区域能够充分的吸收雾滴，保证了在喷雾系统风力作用的有效施药。

(2)本发明通过控制离心电机的转速及喷头的进液速度，能够控制喷雾粒径大小保持均匀的状况下使得喷雾满足作业的要求。

(3)本发明通过对扇叶倾角的调整，能够根据不同的应用状况对喷雾的喷幅范围进行适应性调整，满足不同的需求。

(4)本发明根据农作物的种类对扇叶的倾角进行适应性调节，进而使得系统的喷幅符合该农作物的喷雾要求，提高了不同状态下喷雾作用的适应性。

(5)本发明通过对静电喷雾模块角度的调整、液体流速的控制及风扇及离心雾化盘转速的控制，使得在不同风力状况下及不同作业条件下，能够保证施药喷雾范围的准确性及喷雾速度及喷雾颗粒大小的均匀性，保证了喷雾系统的作用效果。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一个实施例中的静电喷雾控制系统的结构示意图；

图2是本发明一个实施例中的静电喷雾模块的结构示意图；

图3是本发明一个实施例中的静电喷雾模块的正视图；

图4是本发明一个实施例中的角度补偿模块的结构示意图；

图5是本发明一个实施例中的角度补偿模块的正视图；

图6是本发明一个实施例中的风扇内部结构示意图；

图7是本发明一个实施例中静电喷雾控制方法的逻辑框图；

图8是本发明一个实施例中角度补偿模块调整方法的逻辑框图。

附图标记：1、静电喷雾装置；11、驱动组件；12、喷头；121、离心雾化盘；122、感应电极；123、风扇；1231、环形盒；1232、扇叶；1233、控制旋杆；13、输液管；14、储液箱；15、水泵；16、流量传感器；17、转动架；171、摆动电机；18、旋转底座；181、旋转电机；2、横风传感器；3、数字气压计；4、速度监测装置；5、控制器。

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所示，在一个实施例中，提供了一种静电喷雾控制系统，包括有无人机本体，无人机本体上有静电喷雾装置1、横风传感器2、数字气压计3、速度监测装置4和控制器5，静电喷雾装置1包括静电喷雾模块和角度补偿模块，静电喷雾模块通过角度补偿模块与无人机本体相连接，横风传感器2能够监测当前水平方向的风速与风向并把监测的数据传递至控制器5，数字气压计3能够监测当前无人本体的高度并将数据传递至控制器5，速度监测装置4可以采用空速管差压传感器来实现对无人机本体当前速度的监测，也能够通过GPS或北斗计算得到无人机本体的速度，将数据传递至控制器5，因此，控制器5根据获得的当前的风速、风向、无人机所处高度及无人机速度数据，计算出最佳的喷雾角度，通过角度补偿模块使静电喷雾模块调整至最佳角度，显然，本实施例通过静电喷雾模块的角度调节，能够在风力的作用下对喷雾的角度进行适应性的补偿，补偿后的静电喷雾模块能够保证施药的目标区域能够充分的吸收雾滴，保证了在喷雾系统风力作用的有效施药。

请参阅附图图1-图3所示，在本发明的一种实施例中，静电喷雾模块包括驱动组件11、喷头12、输液管13、储液箱14、水泵15及流量传感器16，驱动组件11包括离心电机和电调板，电调板用于对离心电机进行调速，喷头12包括同轴设置的离心雾化盘121、感应电极122及风扇123，其中，感应电极122呈环形，包裹有绝缘层，输液管13在靠近喷头12设置三个位置角度相差120度的出液口，且输液管13的管道紧贴离心电机两侧设置，能够起到一定的散热效果，喷头12通过输液管13与储液箱14连通且通过水泵15使得储液箱14中的液体向喷头12处流动，同时输液管13上设置有流量传感器16来实时监测进液的速度，离心电机下方连接有风扇123，离心雾化盘121与风扇123同轴且中间部分固定在一起，因此通过离心电机能够带动风扇123及离心雾化盘121转动，进一步地，通过离心电机的转动速度能够对风扇123及离心雾化盘121的转速进行调整，通过水泵15的电机转速，能够控制进液速度，因此通过离心电机的转速及喷头12的进液速度，能够控制喷雾粒径大小保持均匀的状况下使得喷雾满足作业的要求。

请参阅附图图2-图3、图6所示，进一步地，本实施例中的风扇123其扇叶1232为可调节式结构，具体的，风扇123包括环形盒1231和均匀安装在环形盒周围上的扇叶1232，其中环形盒1231与离心雾化盘121锁扣连接，环形盒1231内有一传动单元，其连结于扇叶1232，该传动单元包含有一传动盘，该传动盘对应连结于该扇叶1232和控制旋杆1233的连动部；连动部为齿轮，该传动盘为对应连动部的双层齿轮盘，下齿盘与扇叶1232连动部齿轮啮合，上齿盘与控制旋杆1233连动部齿轮啮合，因此，通过控制旋杆1233扭转该传动盘，进而能够实现对扇叶1232倾角的调节，进一步地，通过对扇叶1232倾角的调整，能够根据不同的应用状况对喷雾的喷幅范围进行适应性调整，满足不同的需求。

进一步地，可根据农作物的种类调整扇叶1232相对环形盒的角度，由于不同农作物对于喷雾的具体要求存在区别，因此在系统工作前，先根据农作物的种类对扇叶1232的倾角进行适应性调节，进而使得系统的喷幅符合该农作物的喷雾要求，提高了不同状态下喷雾作用的准确性。

需要说明的是，本实施例中给出的扇叶1232倾角调节的方式为预先手动调整的方式，但在具体的应用中，其调整方式不局限为手动调节，还可通过连接相关驱动装置与控制旋杆1233连接，根据具体的工作环境状况实时对扇叶1232倾角进行调节。

请参阅附图图4-图5所示，作为本发明的一种实施方式，本实施例中的角度补偿模块包括转动架17和旋转底座18，旋转底座18内部安装有旋转电机181和编码器Ⅰ，其一端与无人机本体连接，并通过旋转电机181进行驱动，转动架16内部安装有摆动电机171和编码器Ⅱ，并通过摆动电机171进行驱动使其可在垂直方向上180度摆动，因此角度补偿模块具体的工作过程为：控制器5根据编码器Ⅰ和编码器Ⅱ分别判断旋转电机181和摆动电机171是否旋转到位，若判断旋转到位，则停止对旋转电机181和摆动电机171的驱动，若未旋转到位，则继续驱动旋转电机181和摆动电机171工作，因此通过角度补偿模块具体的结构设置，能够使得静电喷雾模块调整至最佳的角度，保证了喷药的均匀性和准确性。

请参阅附图图7所示，本实施例给出了一种静电喷雾控制方法，方法包括：S1、获取当前环境信息，根据当前环境信息判断是否满足系统运行条件：若满足，则进入步骤S2；否则，等待系统满足运行条件；所述环境信息包括是否降雨、风力大小、温度、湿度，通过环境信息与预设的标准进行对比，能够判断出当前环境下是否适合进行静电喷雾施药，显然，当满足要求时，则能进行喷药作业，否则只能等待符合要求时才能工作，因此通过步骤S1能够避免在不适合施药环境下作业造成的无效工作量。

步骤S2为根据作业的作物类型选择对应的系统参数，由于作业的农作物不同，其采用的喷药高度、喷药范围、喷药量等系统参数均不相同，因此本实施例在系统正式工作前根据作业的种类对系统的相关工作参数进行调整，能够满足对不同农作物作业时喷药的适应性。

步骤S3为通过横风传感器2采集当前横向的风速与风向，通过数字气压计3采集当前无人机高度，通过速度监测装置4采集当前无人机速度，将各参数传递至控制器5；S4为控制器5根据采集到的参数计算出水平朝向及摆动角度β，角度补偿模块按计算出的水平朝向及摆动角度β进行调整；通过步骤S3对无人机高度、速度及当前风速和风向的数据获取，通过步骤S4根据获取的数据计算出静电喷雾模块的水平朝向及纵向的摆动角度β，之后按照获取的水平朝向及纵向的摆动角度β，进而能够控制静电喷雾模块根据当前的速度、高度及风力信息对喷雾的角度进行补偿调节，进而使得喷雾系统在不同风力及使用状况下满足作业的要求。

请参阅图8所示，角度补偿模块按计算出的水平朝向及摆动角度β进行调整的过程为：控制器5将计算出的水平朝向及摆动角度β发送至驱动器，驱动器分别驱动旋转电机181和摆动电机171工作，并分别通过编码器Ⅰ和编码器Ⅱ分别判断旋转电机181和摆动电机171是否旋转到位，若判断旋转到位，则停止对旋转电机181和摆动电机171的驱动，若未旋转到位，则继续驱动旋转电机181和摆动电机171工作。

步骤S5-S6为对粒径进行调整的相关步骤，具体的，S5通过流量传感器16采集液体的流速并将流速传递至控制器5，控制器5判断流速是否达到目标流速，若达到，说明当前流速满足要求，因此进入下一步判断，若未达到，说明当前水泵的电机转速未达到要求，因此，将水泵15的电机转速调整至最佳电机转速，因此通过步骤S5，能够使得进入静电喷雾模块内液体的流速达到要求；其次，S6通过采集静电喷雾模块的转速，并将转速参数传递至控制器5，控制器5将转速参数与标准转速值进行对比，显然，若满足，则说明风扇123及离心雾化盘121的转速满足要求，可以开始作业；若不满足，则对离心电机的转速进行调整，使其转速值达到标准转速值。

因此，本实施例通过对静电喷雾模块角度的调整、液体流速的控制及风扇123及离心雾化盘121转速的控制，使得在不同风力状况下及不同作业条件下，能够保证施药喷雾范围的准确性及喷雾速度及喷雾颗粒大小的均匀性，保证了喷雾系统的作用效果。

作为本发明的一种实施方式，在步骤S4中，角度补偿装置水平朝向确定的方式为通过公式

计算出风速与无人机速度向量的矢量和

其中，

为无人机速度向量；

为风速向量，因此将

的方向确定为水平朝向，能够在此方向上对产生的偏移进行抵消，保证了喷雾作用位置的准确性。

作为本发明的一种实施方式，在步骤S4中，摆动角度的计算公式为：

其中，β为最佳摆动角度；α为风向与无人机前进方向夹角；n为离心电机转速，r/min；R为离心雾化盘半径，m；k为补偿系数；

此公式具体的获得方法为根据以下等式解得：

V_喷＝2nπR

其中，V_喷为液体喷出速度，r/min；

因此，通过β值的获取能够使得角度补偿装置按照β值的角度进行竖直方向的角度调整，结合上一步水平朝向确定的步骤，能够使得静电喷雾模块达到最佳的喷洒角度，进而实现适用性工作的效果。

作为本发明的一种实施方式，步骤S5中最佳电机转速的计算公式为：

其中，H为水泵扬程；Q为水泵流量；g为重力加速度；ρ为工质密度；η为水泵效率；n为最佳电机转速；T为电机转矩；

此公式具体的获得方法为根据以下等式解得：

流量与泵电机转速成一次方关系：

Q1/Q2＝n1/n2

扬程与泵转速成二次方关系：

H1/H2＝(n1/n2)²

电机轴功率与转速成三次方关系：

P1/P2＝(n1/n2)³

其中，Q1、H1、P1离心泵转速为n1时的流量、扬程和功率；Q2、H2、P2离心泵转速为n2时的流量、扬程和功率。

P＝Q×H×g×ρ/η

因此当转矩一定时

因此，通过对最佳电机转速的计算，能够获取到符合该水泵特性并与需求流量大小最为合适且匹配的转速值，进而能够在喷雾的过程中保证液体的稳定供应。

作为本发明的一种实施方式，S6中标准转速值的计算公式为：

其中，n_标为标准转速值，r/min；n₀为初始转速，r/min；A₁、A₂、t₁、t₂为拟合系数，可由实验数据所得；Q为水泵流量，m³/s；

因此，通过n_标的计算方式，能够获取符合当前环境参数及流量需求下最合适驱动组件11中离心电机的转速，协同对液体流速的控制，能够提高施药喷雾范围的准确性及喷雾速度及喷雾颗粒大小的均匀性，即提高了喷雾系统的作业效果。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种静电喷雾控制系统，其特征在于，所述系统包括无人机本体，所述无人机本体上设置有：

静电喷雾装置(1)，包括静电喷雾模块、角度补偿模块；

横风传感器(2)，用于监测当前风速与风向；

数字气压计(3)，用于监测无人机本体当前高度；

速度监测装置(4)，用于监测无人机本体当前速度；

控制器(5)，与静电喷雾装置(1)、横风传感器(2)、数字气压计(3)及速度监测装置(4)电性连接，用于根据当前的风速、风向、高度及速度计算出最佳角度，通过角度补偿模块使静电喷雾模块调整至最佳角度。

2.根据权利要求1所述的一种静电喷雾控制系统,其特征在于，所述静电喷雾模块包括驱动组件(11)、喷头(12)、输液管(13)、储液箱(14)、水泵(15)及流量传感器(16)；

所述喷头(12)通过输液管(13)与储液箱(14)连通；

通过所述水泵(15)控制喷头(12)的进液速度，并通过流量传感器(16)对液体流速进行监测；

所述喷头(12)包括离心雾化盘(121)、感应电极(122)及风扇(123)；

所述离心雾化盘(121)及风扇(123)在驱动组件(11)的作用下转动，通过驱动组件(11)的转速及喷头(12)的进液速度控制喷雾粒径大小。

3.根据权利要求2所述的一种静电喷雾控制系统,其特征在于，所述风扇(123)包括环形盒(1231)和均匀安装在环形盒周围上的扇叶(1232)，所述扇叶(1232)与环形盒(1231)相对转动并在驱动力的作用下调整扇叶(1231)相对环形盒的角度。

4.根据权利要求3所述的一种静电喷雾控制系统,其特征在于，根据农作物的种类调整扇叶(1231)相对环形盒的角度。

5.根据权利要求1所述的一种静电喷雾控制系统,其特征在于，所述角度补偿模块包括转动架(17)和旋转底座(18)；

所述旋转底座(18)与无人机本体在水平方向上转动连接并通过旋转电机(181)进行驱动，所述转动架(17)与静电喷雾模块相连接，所述旋转底座(18)与转动架(17)在竖直方向上转动连接并通过摆动电机(171)进行驱动。

6.一种如权利要求2所述的静电喷雾控制系统所使用的静电喷雾控制方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、获取当前环境信息，根据当前环境信息判断是否满足系统运行条件：

若满足，则进入步骤S2；

否则，等待系统满足运行条件；

S2、根据作业的作物类型选择对应的系统参数；

S3、通过横风传感器(2)采集当前的风速与风向，通过数字气压计(3)采集当前无人机高度，通过速度监测装置(4)采集当前无人机速度，将各参数传递至控制器(5)；

S4、控制器(5)根据采集到的参数计算出水平朝向及摆动角度β，角度补偿模块按计算出的水平朝向及摆动角度β进行调整；

S5、通过流量传感器(16)采集液体的流速并将流速传递至控制器(5)，控制器(5)判断流速是否达到目标流速：

若达到，则进入步骤S6；

否则，将水泵(15)的电机转速调整至最佳电机转速。

S6、采集驱动组件(11)中离心电机的转速，并将转速参数传递至控制器(5)，所述控制器(5)将转速参数与标准转速值进行对比：

若满足，则开始作业；

否则，调整驱动组件(7)中离心电机的转速。

7.根据权利要求6所述的一种静电喷雾控制方法,其特征在于，所述S4中水平朝向的计算方法为：

通过公式

计算出风速与无人机速度向量的矢量和

其中，

为水平方向上的无人机速度向量；

为水平方向上的风速向量；

的方向即为水平朝向。

8.根据权利要求7所述的一种静电喷雾控制方法,其特征在于，所述S4中摆动角度的计算公式为：

其中，β为最佳摆动角度；α为风向与无人机前进方向夹角；n为离心电机转速，r/min；R为离心雾化盘半径，m；k为补偿系数。

9.根据权利要求6所述的一种静电喷雾控制方法,其特征在于，所述S5中最佳电机转速的计算公式为：

其中，n为最佳电机转速；H为水泵扬程；Q为水泵流量；g为重力加速度；ρ为工质密度；η为水泵效率；T为电机转矩。

10.根据权利要求6所述的一种静电喷雾控制方法,其特征在于，所述S6中标准转速值的计算公式为：

其中，n_标为标准转速值；n₀为初始转速；A₁、A₂、t₁、t₂为拟合系数；Q为水泵流量。

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