CN202548587U - 一种对靶变量喷雾实验机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种对靶变量喷雾实验机控制系统。包括单片机处理模块、变量控制模块、检测模块、通讯模块、键盘输入模块和报警指示模块；变量控制模块、检测模块、通讯模块、键盘输入模块和报警指示模块分别与单片机处理模块连接。本实用新型实现了对喷雾实验机喷雾的自动精准控制，进而实现了对农作物的精准喷施，提高了药液的有效性，减少了药液的浪费和环境污染。当对靶变量喷雾实验机在田间进行作业时，可完全自动进行喷雾，还可根据实时数据进行相应的控制调整，完成农作物更精确的喷施，电路原理简单，操作简便，并根据施药目标的有无、目标面积的大小以及喷雾车行驶速度的变化进行变量喷雾，同时还能进行报警指示，系统简单，功能强大。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种喷雾机的控制系统，尤其是涉及一种对靶变量喷雾实验机控制系统。
背景技术
目前，应用于农药喷施作业的普通型喷雾机，主要适用于全面积均匀作业，其病虫害防治效果较好。但是在其作业过程中，由于没有进行对施药目标有无、目标面积大小的分析，造成了农药有效利用率低、农产品中农药残留超标、环境污染、作物药害、操作者中毒等问题。为了减少农药施用量、提高农药有效利用率，对靶变量施药技术成为近年来的研究重点。
Slaughter D.C等（Precision offset spray system for roadway shoulder weed control. Journal of Transportation Engineering, Vol. 125, No.4, 1999）提出了一个适用于公路两侧地带的间隙喷施除杂草的喷雾系统。该系统主要由机器视觉部分和间隙喷雾执行机构组成，该系统能实时采集图像，并根据杂草的有无进行有选择地喷洒除草剂。Lei Tian等（Development of a sensor-based precision herbicide application system. Computers and Electronics in Agriculture, 2002, Vol. 36: 133-149）开发了基于机器视觉的变量施药系统。该系统通过准确测量杂草密度、杂草枝冠大小，实现对靶施药，该系统能够快速识别杂草、作物和土壤区域，从而有效进行对靶施药。
李丽君（基于ARM微处理器的变量喷药控制器设计，吉林大学学位论文，2007）提出了控制电磁阀的开关状态控制普通喷头的打开时间的长短来控制每个喷头的喷药量的方法，该系统的核心控制芯片为ARM7TDMI型处理器 S3C44B0X。沈成杰（变量喷雾系统设计及喷雾流量控制特性试验研究，江苏大学学位论文，2009）提出了采用PLC控制电动比例调节阀对系统喷雾流量进行控制的方法。袁玮锋（多功能变量喷雾机喷雾控制系统研究，上海交通大学学位论文，2010）提出了测速传感器、流量传感器、系统压力传感器、电动/电磁阀相结合的农药变量喷雾系统方案。
傅泽田等（专利号：ZL03266754.X，2003.07.07）提出了自动对靶变量施药机动喷雾机，利用计算机直接控制电磁阀实现变量喷雾。王俊红等（基于AT89C52单片机的变量喷雾控制器设计，微计算机信息，2006，22(3)：8-10）提出了单片机经放大电路控制电磁阀实现变量喷雾。王锦江等（基于 AT89C51单片机的变量施药控制系统研究，农机化研究，2007，(11)：147-149）提出了单片机经D/A转换和隔离放大电路控制电动调节阀实现变量喷雾。玄子玉等（基于单片机的喷雾控制系统硬件电路设计，农机化研究，2010，(2)：183-184，190）提出了单片机通过控制调压电机和阀门电机，控制分配阀，根据预先设定值进行喷雾。宋淑然等（精准喷雾控制装置的设计与制作，农机化研究，2010，(5)：55-57）提出了单片机通过电磁阀驱动电路控制电磁阀组，实现精准喷雾。艾剑锋等（基于AT89C52单片机的变量喷雾控制系统的设计，中国农机化，2011，(2)：90-93）提出了单片机经D/A转换器控制电动调节执行机构实现变量喷雾。
综上所述，现有基于单片机的对靶变量喷雾机控制系统有两种形式，一是单片机控制电磁阀开闭时间的长短来实现变量喷雾，二是单片机控制电动调节阀变流量实现变量喷雾。因此，提出基于单片机控制电动比例调节阀控制流量、电磁阀控制开闭以及开启时间的长短与机器视觉对靶相结合的方法已经迫在眉睫。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种对靶变量喷雾实验机控制系统，即基于单片机控制电动比例调节阀控制流量、电磁阀控制开闭以及开启时间的长短与机器视觉对靶相结合，根据喷雾施药目标的有无、目标作物面积的大小、喷雾车行驶速度的变化，实施对靶变量喷雾，从而解决对农作物更精确的喷施，尤其是农药的自动精准喷施。
本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型包括该系统包括：单片机处理模块、变量控制模块、检测模块、通讯模块、键盘输入模块和报警指示模块；变量控制模块、检测模块、通讯模块、键盘输入模块和报警指示模块分别与单片机处理模块连接。
所述单片机处理模块包括AT89S52单片机；所述变量控制模块包括电动比例调节阀和电磁阀，AT89S52单片机通过D/A转换芯片与电动比例调节阀连接，AT89S52单片机通过放大隔离芯片与电磁阀连接；所述检测模块包括涡轮流量计、压阻式压力传感器、液位传感器和霍尔传感器，AT89S52单片机通过A/D转换芯片与涡轮流量计、压阻式压力传感器和液位传感器连接，AT89S52单片机通过光耦芯片与霍尔传感器连接；所述通讯模块包括工控机，AT89S52单片机通过RS232与工控机的一端连接，工控机的另一端与含图像采集卡的CCD照相机连接；所述键盘输入模块为四个输入键盘；所述报警指示模块包括蜂鸣器和发光二极管。
所述AT89S52单片机的P1.0-P1.1口与D/A转换芯片PCF8591连接；AT89S52单片机的P0.0-P0.3口、P2.0-P2.3口与四个放大隔离芯片TLP250连接；AT89S52单片机的P1.2-P1.3口与A/D转换芯片PCF8591连接，A/D转换芯片PCF8591的AIN0口与运算放大器LM324芯片连接；AT89S52单片机的P3.6口与光耦芯片连接；AT89S52单片机的P3.0-P3.1口与串口连接芯片MAX232连接，串口连接芯片MAX232与串口RS232连接；AT89S52单片机的P1.4-P1.7口与四个输入键盘连接；AT89S52单片机的P3.7口与蜂鸣器连接，AT89S52单片机的P2.4-P2.7口与四个发光二极管连接。
本实用新型具有的有益效果是：
本实用新型通过单片机处理模块、变量控制模块、检测模块、通讯模块、键盘输入模块和报警指示模块，实现了对喷雾实验机喷雾的自动精准控制，减少了人力的浪费，进而实现了对农作物的精准喷施，提高了药液的有效性，减少了药液的浪费和环境污染。当对靶变量喷雾实验机在田间进行作业时，可以完全自动进行喷雾，还可以根据实时数据进行相应的控制调整，完成农作物更精确的喷施，电路原理简单，操作简便，并根据施药目标的有无、目标面积的大小以及喷雾车行驶速度的变化进行变量喷雾，同时还能够对喷雾实验机常见问题进行报警指示，系统简单，功能强大。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构框图。
图2是本实用新型的硬件电路结构图。
图3是本实用新型的单片机最小系统图。
图4是本实用新型的单片机扩展芯片PCF8591图。
图5是本实用新型的单片机扩展芯片TLP250图。
图6是本实用新型的单片机扩展芯片LM324、PCF8591图。
图7是本实用新型的单片机与霍尔传感器连接图。
图8是本实用新型的单片机扩展芯片MAX232图。
图9是本实用新型的单片机与四个输入键盘连接电路图。
图10是本实用新型的单片机与蜂鸣器、发光二极管连接电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做出进一步的说明。
如图1所示，本实用新型包括该系统包括：单片机处理模块、变量控制模块、检测模块、通讯模块、键盘输入模块和报警指示模块；变量控制模块、检测模块、通讯模块、键盘输入模块和报警指示模块分别与单片机处理模块连接。
如图2所示，所述单片机处理模块包括AT89S52单片机；所述变量控制模块包括电动比例调节阀和电磁阀，AT89S52单片机通过D/A转换芯片与电动比例调节阀连接，AT89S52单片机通过放大隔离芯片与电磁阀连接；所述检测模块包括涡轮流量计、压阻式压力传感器、液位传感器和霍尔传感器，AT89S52单片机通过A/D转换芯片与涡轮流量计、压阻式压力传感器和液位传感器连接，AT89S52单片机通过光耦芯片与霍尔传感器连接；所述通讯模块包括工控机，AT89S52单片机通过RS232与工控机的一端连接，工控机的另一端与含图像采集卡的CCD照相机连接；所述键盘输入模块为四个输入键盘；所述报警指示模块包括蜂鸣器和发光二极管。
如图3、图4所示，AT89S52单片机的P1.0-P1.1口与D/A转换芯片PCF8591连接，PCF8591的AOUT口与变量控制模块中的电动比例控制阀连接，通过数字信号控制电动比例控制阀的开口大小。电动比例调节阀安装在喷雾实验机的主管路上，用来控制喷雾实验机的总流量。
如图3、图5所示，AT89S52单片机的P0.0-P0.3口、P2.0-P2.3口与四个放大隔离芯片TLP250连接，四个TLP250的VO口分别与变量控制模块中的四个电磁阀连接。四个电磁阀分别安装在喷雾实验机四个支路的管路上，用来控制每个支路的开闭以及开启时间的长短。
如图3、图6所示，AT89S52单片机的P1.2-P1.3口与A/D转换芯片PCF8591连接，A/D转换芯片PCF8591的AIN0口与运算放大器LM324芯片连接，LM324与检测模块中的涡轮流量计连接，LM324的作用是将4-20mA的电流转换为1-5V的电压，PCF8591直接与检测模块中的压阻式压力传感器和液位传感器连接。涡轮流量计、压阻式压力传感器安装在喷雾实验机的主管路上，检测主管路压力和流量的大小。液位传感器安装在药箱里，检测药箱中药液的实时高度。
如图3、图7所示，AT89S52单片机的P3.6口与光耦芯片连接，光耦芯片与检测模块中的霍尔传感器连接，光耦芯片的作用是隔离。霍尔传感器安装在喷雾车的轮胎上，检测喷雾车的实时行驶速度，并根据不同的行驶速度，进行不同的流量变化控制。
如图3、图8所示，AT89S52单片机的P3.0-P3.1口与串口连接芯片MAX232连接，串口连接芯片MAX232与串口RS232连接。串口通过数据线连接到通讯模块中的工控机，完成上下位机的通讯。工控机的另一端与含图像采集卡的CCD照相机连接，CCD照相机采集现场的图像信息。
如图3、图9所示，AT89S52单片机的P1.4-P1.7口与四个输入键盘连接，四个输入键盘的作用分别为开始喷雾、停止喷雾、加快流量和减少流量。
如图3、图10所示，AT89S52单片机的P3.7口与蜂鸣器连接，AT89S52单片机的P2.4-P2.7口与四个发光二极管连接。当喷雾实验机的流量、压力、速度超过预先设定的范围时，蜂鸣器响起并且对应的发光二极管闪亮，当液位传感器检测到药箱中药液几乎没有时，蜂鸣器响起并且对应的发光二极管闪亮。
图3中的单片机最小系统保证单片机正常运行。
上述单片机处理模块、变量控制模块、检测模块、通讯模块可以利用外接电源供电。图中VCC为5V ，VCC1为24V，VCC2为12V。
本实用新型的工作原理：
当对靶变量喷雾实验机控制系统工作时，含图像采集卡的CCD照相机采集实时图像，并传输给工控机，工控机根据预先设定好的算法，对图像进行处理，并给出合理的喷雾方案，把相应的指令通过RS232传输给AT89S52单片机，AT89S52单片机通过PCF8591控制电动比例调节阀调节适合的流量、通过四个TLP250分别控制四个电磁阀的开闭以及开启时间的长短，完成对靶变量喷雾。在喷雾过程中，涡轮流量计和压阻式压力传感器分别检测喷雾实验机主管路的流量和压力，液位传感器检测药箱中药液的高度，并通过PCF8591把实时检测的数据传输给AT89S52单片机；霍尔传感器检测喷雾车的速度，并通过光耦芯片把实时检测的数据传输给AT89S52单片机。AT89S52单片机根据实时检测到的数据，对喷雾方案进行调整，完成闭环反馈控制。喷雾控制系统也可以通过四个输入键盘直接进行控制，完成开始喷雾、停止喷雾、加快流量和减少流量。喷雾控制系统还能够对喷雾实验机常见问题进行报警指示，当喷雾实验机的流量、压力、速度超过预先设定的范围时，蜂鸣器响起并且对应的发光二极管闪亮，当液位传感器检测到药箱中药液几乎没有时，蜂鸣器响起并且对应的发光二极管闪亮。
本实用新型的对靶变量喷雾实验机控制系统，即基于单片机控制电动比例调节阀控制流量、电磁阀控制开闭以及开启时间的长短与机器视觉对靶相结合，根据喷雾施药目标的有无、目标作物面积的大小、喷雾车行驶速度的变化，实施变量喷雾。该集成系统能对喷雾实验机喷雾进行自动控制，根据预先设定的喷雾方案进行喷雾，解决对农作物更精确的喷施，提高了药液的有效性，减少了药液的浪费和环境污染。
Claims (3)
1.一种对靶变量喷雾实验机控制系统，其特征在于，该系统包括：单片机处理模块、变量控制模块、检测模块、通讯模块、键盘输入模块和报警指示模块；变量控制模块、检测模块、通讯模块、键盘输入模块和报警指示模块分别与单片机处理模块连接。
2.根据权利要求1中所述的一种对靶变量喷雾实验机控制系统，其特征在于：所述单片机处理模块包括AT89S52单片机；所述变量控制模块包括电动比例调节阀和电磁阀，AT89S52单片机通过D/A转换芯片与电动比例调节阀连接，AT89S52单片机通过放大隔离芯片与电磁阀连接；所述检测模块包括涡轮流量计、压阻式压力传感器、液位传感器和霍尔传感器，AT89S52单片机通过A/D转换芯片与涡轮流量计、压阻式压力传感器和液位传感器连接，AT89S52单片机通过光耦芯片与霍尔传感器连接；所述通讯模块包括工控机，AT89S52单片机通过RS232与工控机的一端连接，工控机的另一端与含图像采集卡的CCD照相机连接；所述键盘输入模块为四个输入键盘；所述报警指示模块包括蜂鸣器和发光二极管。
3.根据权利要求1中所述的一种对靶变量喷雾实验机控制系统，其特征在于：所述AT89S52单片机的P1.0-P1.1口与D/A转换芯片PCF8591连接；AT89S52单片机的P0.0-P0.3口、P2.0-P2.3口与四个放大隔离芯片TLP250连接；AT89S52单片机的P1.2-P1.3口与A/D转换芯片PCF8591连接，A/D转换芯片PCF8591的AIN0口与运算放大器LM324芯片连接；AT89S52单片机的P3.6口与光耦芯片连接；AT89S52单片机的P3.0-P3.1口与串口连接芯片MAX232连接，串口连接芯片MAX232与串口RS232连接；AT89S52单片机的P1.4-P1.7口与四个输入键盘连接；AT89S52单片机的P3.7口与蜂鸣器连接，AT89S52单片机的P2.4-P2.7口与四个发光二极管连接。
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