CN204166547U - 一种果园喷雾溯源监测装置 - Google Patents

Abstract

一种果园喷雾溯源监测装置，包括布置于果园中的若干独立编码的RFID卡，其中至少在每行果树的行两端各布置一个RFID卡；设置于喷雾机上的RFID卡读写装置，所述喷雾机两侧设置有与所述RFID卡读写装置连接的RFID探测天线，以及固定RFID探测天线的调节装置；设置于喷雾机的喷雾管路上的若干流量传感器，所述流量传感器连接有流量读取器，本实用新型能实时显示喷雾机的位置、行进方向以及该位置的喷雾流量，自动计算相应位置的喷雾量并进行存储，为果园喷雾溯源与监测提供了一种有效的手段。

Description

一种果园喷雾溯源监测装置

技术领域

本实用新型属于精准施药技术领域，特别涉及一种果园喷雾溯源监测装置。 

背景技术

近年来，伴随着食品安全越来越受到大家关注，农产品的溯源成为保障食品安全的有效手段。农产品溯源的目的是建立一个覆盖农产品从初级到深加工各个阶段的信息库。作为其中的重要组成部分，施药量的溯源成为人们重点关注的问题。作为果园水果品质及安全的保障，对果园进行喷雾量的溯源是必不可少的步骤。 

与此同时，现存作业方式有很多不恰当的地方，最常见的为作业区域重复，因为对于作业者来说记住自己已经作业的区域，避免重复作业是一件很困难的事情。因此，喷雾机位置的识别成为一个亟待解决的问题。 

目前使用的定位技术主要有利用GPS进行定位，GPS定位技术主要是利用接收机接收卫星信号进行计算实现定位。但是在果园间作业的过程中，由于树木等的遮挡，会出现信号漂移，从而引起GPS定位精度不高，另外，GPS设备价格昂贵，使其不适用于果园喷雾定位。 

随着射频电子技术的发展，RFID技术也逐渐应用于位置识别。公开号为200710190533.0的发明专利提出了一种利用射频识别技术的位置识别方法和装置，该发明利用RFID读卡器读取安装在载体上的RFID标签信息，并通过控制接口传送给控制器，从而实现位置识别。但是，在该发明中需要设置多个RFID标签，极大提高了成本，同时也无法识别RFID读卡器的移动方向，故不适用于果园喷雾机的位置识别。 

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种果园喷雾监测溯源装置，以期能准确地识别出喷雾机在果园行走的位置和方向，并实时显示和记录相应位置的喷雾剂量，为果园喷雾溯源和喷雾监测提供一种有效手段。 

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是： 

一种果园喷雾溯源监测装置，包括： 

布置于果园中的若干独立编码的RFID卡1，其中至少在每行果树的行两端各布置一个RFID卡1； 

设置于喷雾机上的RFID卡读写装置4，所述喷雾机两侧设置有与所述RFID卡读写装置4连接的RFID探测天线3，以及固定RFID探测天线的调节装置； 

设置于喷雾机的喷雾管路上的若干流量传感器8，所述流量传感器连接有流量读取器7。 

拖拉机上设置有连接所述RFID卡读写装置4和流量读取器7输出端的车载电脑6，以及固定车载电脑的减震装置。 

所述固定车载电脑的减震装置，包括：车载电脑6通过上转轴11与外罩18固定，并可绕上转轴11转动，通过螺丝与减震器12连接，减震器12与下转轴13连接，下转轴13与拨杆14连接，拨杆14固定在固定板17的挡板内，挡板中间安装有复位弹簧15，固定板17上设置有弹簧钮16，整个装置通过固定板17安装在拖拉机机壳上。当需使用车载电脑6时，推动拨杆14，带动与下转轴13相连的减震器12伸长，车载电脑6推出，推到合适角度，拨杆14上定位孔中心轴线与弹簧钮16中心轴线重合时，弹簧钮16弹出，卡在拨杆14的定位孔内，使车载电脑6固定在一定角度，当拖拉机工作产生震动时，通过减震器12的弹簧变形来实现减震功能。当需保存时，按下弹簧钮16，在复位弹簧15的弹力作用下，车载电脑6进入外罩18内，对车载电脑6实现保护。 

所述RFID卡探测天线采用天线调节装置3固定于拖拉机上。 

所述天线调节装置3包括：多天线通过螺栓与转向调节外套22固定，转向调节外套22安装在转向调节内套21上，转向调节内套21安装在内管19上，内管19一侧开缝，两端用螺栓紧固，使天线固定在内管19上的确定位置。刻度指示板23安装在转向调节外套22上，与安装在内管19上的刻度盘20相配合，当需要转向调节时，拧松转向调节外套22上的螺栓，转动天线并读取刻度盘20上的度数，实现角度调节。 

将安装有天线的内管通过内外管连接器25连接在一起，内管19表面两侧设有卡槽和齿条，当内管19上多天线的相对位置及转向固定好后，通过拧松转向调节固定螺栓26，转动轴向调节旋转杆24，轴向调节旋转杆24上固定有齿轮，通过与齿条啮合产生轴向的推力，从而使内管19沿轴向向外运动，实现多天线的高度可调。 

与现有的位置识别技术和施药监测设备相比，本实用新型利用RIFD技术，在极大减小硬件成本的前提下，能够获取有效数据，提供给识别系统供其准确识别果园喷雾机位置和行进方向，避免了施药区域的重复，并通过施药监测设备记录施药量，在实现精准施药的同时，也为农产品的溯源提供了有力的数据支持。 

附图说明

图1是本实用新型所述识别系统总体结构图。 

图2是本实用新型天线调节装置示意图。 

图3是本实用新型天线角度调节组件示意图。 

图4是本实用新型天线高度调节组件示意图。 

图5是本实用新型车载电脑减震装置示意图。 

图6是本实用新型总体结构框图。 

图7是本实用新型RFID卡布置方法图，横坐标表示行号，纵坐标表示位置百分比。 

图8是本实用新型RFID探测天线布置方法图。 

图9是本实用新型判别算法流程图。 

图10是本实用新型孤立行左右分别喷雾RFID卡位置判别示意图，箭头表示喷雾机行走方向。 

图中附图标记的含义： 

1-RFID卡；2-果树；3-RFID探测天线；4-RFID读写装置；5-喷雾机；6-车载电脑7-流量读取装置；8-流量传感器；9-药液灌；10-喷头；11-上转轴；12-减震器；13-下转轴；14-拨杆；15-复位弹簧；16-弹簧钮；17-固定板；18-外罩；19-内管；20-刻度盘；21-转向调节内套；22-转向调节外套；23-刻度指示板24-轴向调节旋转杆；25-内外管连接器；26-轴向调节固定螺栓；27-外管。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本实用新型的实施方式。 

参见图1，本实用新型所涉及的果园喷雾溯源监测系统，主要包括信息采集单元和信息处理单元，其中信息采集单元，田间部分与机载部分，如图1所示，田间部分主要包括布置于果园中的若干独立编码的RFID卡2，其中至少在每行果树1的行两端各布置一个。而机载部分主要包括设置于喷雾机上的RFID卡读写装置4，其中喷雾机设置在拖拉机5上，包括药罐9和连接药罐9的多个喷头10。喷雾机两侧设置有与RFID卡读写装置4连接的RFID探测天线3，在喷雾机的喷雾管路上的若干流量传感器8，其中流量传感器8连接有流量读取器7。信息处理单元主要包括设置于喷雾机上的处理器6，处理器6接收RFID卡读写装置4和流量传感器8发送的信息，根据RFID卡2中的信息获取果园喷雾机的位置和行走方向。处理器6采用车载电脑，配置交互界面和数据库并连接远程服务器。 

参见图2、图3和图4，RFID卡探测天线采用天线调节装置3固定于拖 拉机上。多天线通过螺栓与转向调节外套22固定，转向调节外套22安装在转向调节内套21上，转向调节内套21安装在内管19上，内管19一侧开缝，两端用螺栓紧固，使天线固定在内管19上的确定位置。刻度指示板23安装在转向调节外套22上，与安装在内管19上的刻度盘20相配合，当需要转向调节时，拧松转向调节外套22上的螺栓，转动天线并读取刻度盘20上的度数，实现角度调节。 

将安装有天线的内管通过内外管连接器25连接在一起，内管19表面两侧设有卡槽和齿条，当内管19上多天线的相对位置及转向固定好后，通过拧松转向调节固定螺栓26，转动轴向调节旋转杆24，轴向调节旋转杆24上固定有齿轮，通过与齿条啮合产生轴向的推力，从而使内管19沿轴向向外运动，实现多天线的高度可调。 

参见图5，车载电脑6通过减震装置固定于拖拉机上，车载电脑6通过上转轴11与外罩18固定，并可绕上转轴11转动，通过螺丝与减震器12连接，减震器12与下转轴13连接，下转轴13与拨杆14连接，拨杆14固定在固定板17的挡板内，挡板中间安装有复位弹簧15，固定板17上设置有弹簧钮16，整个装置通过固定板17安装在拖拉机机壳上。当需使用车载电脑6时，推动拨杆14，带动与下转轴13相连的减震器12伸长，车载电脑6推出，推到合适角度，拨杆14上定位孔中心轴线与弹簧钮16中心轴线重合时，弹簧钮16弹出，卡在拨杆14的定位孔内，使车载电脑6固定在一定角度，当拖拉机工作产生震动时，通过减震器12的弹簧变形来实现减震功能。当需保存时，按下弹簧钮16，在复位弹簧15的弹力作用下，车载电脑6进入外罩18内，对车载电脑6实现保护。 

本实用新型果园喷雾溯源监测装置的工作过程主要包括如下步骤： 

信息采集单元向信息处理单元提供喷雾机侧方的RFID卡中的信息； 

信息处理单元根据左右天线分别采集的RFID卡中的信息和喷雾机左右药液管道是否关闭的判断结果，判断出喷雾机的位置和走向。 

参见图6，本实用新型RFID卡布置方法如下：每行可设置两个或多个RFID卡，对于距离比较短的行，可在行两端各布置一个RFID卡，为识别喷雾机的位置信息，设定行号由西至东方向递增，RFID内位置百分比信息由南至北方向递增。对于距离比较长的果园行，可增加中间卡，如图2中行1所示，可提高位置识别的准确度。 

具体地，对于非孤立行，RFID卡在每一行果树中的位置信息是：一行果树的一端端头RFID卡位置信息为0％，另一端端头RFID卡位置信息为100％，如果两端之间存在RFID卡，则根据其在两端之间的位置百分比，将其位置信息设置为相应的百分数。 

而对于孤立行，RFID卡在每一行果树中的位置信息是：一行果树的一端端头RFID卡位置信息为-1％，自此端向另端，至少设置有卡位置信息为0％和100％的两个RFID卡，另一端端头RFID卡位置信息为101％。 

其中行号增长方向与RFID卡位置百分比增长方向垂直，且在RFID卡位置百分比增长方向顺时针90°方向上。 

参见图7，本实用新型的RFID探测天线布置方法如下：探测天线固定于施药机左右两边，天线数量可为一个或多个。对于一个天线的安装，角度应尽量与RFID卡平行，高度尽量相同；为克服果园地高地不平造成的天线与RFID高度不一致，从而引起探测盲区的问题，可以采用两个及多个天线以扩大探测面积。由于不同的天线角度带来的探测区域不同，所以需要设置天线角度以达到最佳的探测效果。 

本实用新型中RFID卡ID包含信息设置方法如下：RFID卡ID号可以写入，且长度有限，故只能存储核心的数据，信息量大小可以根据需要进行调整。最好包括： 

1)农场主号，区分不同农场主； 

2)农场号，一个农场主有多个农场，需要区分不同农场； 

3)块区域号，一个农场有多个块区域，需要区分不同块区域； 

4)行号，一个块区域有多个行，所以需要区分不同行。 

5)位置百分比。包含一定的位置信息如0％、100％等，通过位置百分比信息，结合以上的信息可以判定喷雾机的具体位置与行进方向。 

参见图8，本实用新型位置判别算法如下：施药系统开启后，天线开始探测附近是否有RFID卡，如果有则分析卡信息判断是否以前读到过，如果之前没有读到过该卡，则将卡的信息记录到数据库；之后根据卡内存储的位置百分比信息判断该卡是两端卡还是中间卡，如果是两端卡，则根据行号判断是否为新行；如果是新行，则更新行号，开始实时显示流量并显示施药机的位置和行进方向，记录开始时间；如果不是新行则停止实时显示流量，计算该行施药量，计算所有行施药量，记录停止时间。 

对于果园块间基于两侧RFID卡位置判别方法，可基于上述算法进行判别。 

当喷雾机在对果园两端行单侧进行喷药时，如果按照基于两侧RFID卡的位置识别方法进行判定会混淆喷雾机不工作在田间行走和喷药作业的情况，从而无法识别位置。而当喷雾机在不工作时喷头是关闭的，所以为了防止混淆施药机在果园行走和对单侧行进行喷药的情况，设计基于单侧RFID卡位置判别方法如下：当施药机对两端行单侧进行喷药时，除了上述算法中检测RFID卡信息外增加由软件实时检测喷头状态，如果检测到两边喷头关闭，则判定为施药机在果园行走；如果检测到一边喷头打开，另一边关闭，则判定为施药机对果园两端单侧喷药，根据上述算法实时显示流量和施药机位置。 

参见图9，当喷雾机对孤立行左右分别喷雾时，如果采用以上的位置识别方法，只设置位置信息为0％和100％的RFID卡，会出现喷雾机在转弯时一直扫描同一个RFID卡，从而无法喷别位置的现象。为了解决以上问题，可在孤立行设置位置百分比为-1％、0％、100％、101％的RFID卡，并进行如下设置：施药系统开启后，开始识别周围RFID卡，如果检测到位置信息为-1％的RFID卡，则判定为孤立行行端卡，将卡信息记录到数据库，更新行号，显示行进方向，当检测到位置信息为100％的RFID卡时，判定为行端卡，表示该侧喷药结束；之后，施 药机继续前进，检测到位置信息为101％的RFID卡时，说明为孤立行另一侧开始喷药，实时显示流量，并显示施药机行进方向，当检测到位置信息为0％的RFID卡时，判定为行端卡，说明该侧喷药结束，计算该行施药量。 

参见图10，为施药监测系统整体结构图和整体设计图，基于RFID技术的施药监测系统包括RFID识别系统、流量读取装置和上位机软件。RFID识别系统由RFID读取器、天线和RFID卡组成，由天线采集的RFID卡信息经由RFID读写器，通过RS232串口和上位机软件通信；流量读取装置包括流量传感器和单片机电路，采集的流量信息由RS232串口与上位机软件通信；上位机软件包括人机交互界面和数据库，人机交互界面可容操作者进行相应设置以及底层装置采集的信息的实时显示，数据库则将相应信息进行存储，并通过无线网络上传至服务器。 

本实用新型设定喷雾行概念为：喷雾机在对果树进行喷雾时，RFID卡位置百分比增长方向左侧喷雾行号等于该行行号，右侧喷雾行号等于该行行号+1； 

当喷雾机未对果树进行喷雾时，喷雾行号设置为“未知行”。 

喷雾机的位置和走向的判断规则为： 

(1)果树行间喷雾机位置识别方法，步骤如下：如果检测到喷雾机两边药液管道均打开，则首先判定为在果树行间对两侧进行喷药； 

当左右天线分别检测到位置信息为0％或100％的端点卡，且当前喷雾行号为“未知行”，则判定施药机在果树行0％端，往位置百分比增长方向走；或在果树行100％端，往位置百分比减小的方向走；并将喷雾行号设置为相应值； 

当左右天线分别检测到位置信息为0％或100％的端点卡，且检测到喷雾行号非“未知行”，则判定施药机在果园行0％端行尾，或100％端行尾，同时将喷雾行设置为“未知行”； 

(2)果园块两端喷雾机位置识别方法，假设右边管道流量非0，左边管 道流量为0，且右天线读到RFID卡；步骤如下：当检测到行端的0％或100％端点卡，同时喷雾行号为“未知行”，则判定喷雾机在果园行0％端左侧，往位置百分比增加的方向行走，或在100％端右侧，往位置百分比减小的方向走，并将喷雾行号设置为相应值；如果检测到端点卡，同时喷雾行号为非“未知行”，则判定喷雾机在该行100％端左侧或0％端右侧，将喷雾行设置为“未知行”； 

(3)孤立行左右分别喷雾喷雾机位置识别方法，假设右边管道流量非0，左边管道流量为0，且右天线读到RFID卡，步骤如下：当右天线检测到位置百分比信息为-1％卡时不作任何操作；当检测到0％，同时喷雾行号为“未知行”，则判定喷雾机在该孤立行0％端左侧，往位置百分比增长的方向走，同时将喷雾行设置为相应值；当检测到100％卡，同时检测到喷雾行号非“未知行”，则判定施药机在该孤立行100％端左侧，同时将喷雾行设置为“未知行”；当喷雾机继续前行检测到101％卡时，不作任何操作；当检测到100％卡，且喷雾行为“未知行”时，判定喷雾机在该孤立行100％右侧，往位置百分比减小的方向走，并将喷雾行设置为相应值；当检测到0％卡，同时喷雾行为非“未知行”，则判定喷雾机机在该孤立行0％端右侧，将喷雾行号赋值“未知行”； 

如果右边管道流量0，左边管道流量为非0，且左天线读到RFID卡。步骤如下：当左天线检测到位置百分比信息为-1％卡时不作任何操作；当检测到0％，同时喷雾行号为“未知行”，则判定施药机在该孤立行0％端右侧，往位置百分比增长的方向走，同时将喷雾行设置为相应值；当检测到100％卡，同时检测到喷雾行为非“未知行”，则判定施药机在该孤立行100％端右侧，同时将喷雾行信息设置为“未知行”；当施药机继续前行检测到101％卡时，不作任何操作；当检测到100％卡，且喷雾行为“未知行”时，判定施药机在该孤立行100％左侧，往位置百分比减小的方向走，并将喷雾行设置为相应值；当检测到0％卡，同时喷雾行为非“未知行”，则判定施药机 在该孤立行0％端左侧，将喷雾行号设置为“未知行”。 

本实用新型能向识别系统提供简明有效的数据，供其正确识别喷药位置，准确采集、显示和记录施药量。 

Claims (6)

1.一种果园喷雾溯源监测装置，其特征在于，包括： 

布置于果园中的若干独立编码的RFID卡(1)，其中至少在每行果树的行两端各布置一个RFID卡(1)； 

设置于喷雾机(5)上的RFID卡读写装置(4)，所述喷雾机(5)两侧设置有与所述RFID卡读写装置(4)连接的RFID探测天线(3)，以及固定RFID探测天线的调节装置； 

设置于喷雾机的喷雾管路上的若干流量传感器(8)，所述流量传感器连接有流量读取器(7)。 

2.根据权利要求1所述果园喷雾溯源监测装置，其特征在于，在拖拉机上设置有连接所述RFID卡读写装置(4)和流量读取器(7)输出端的车载电脑(6)，以及固定车载电脑的减震装置。 

3.根据权利要求2所述果园喷雾溯源监测装置，其特征在于，车载电脑(6)通过上转轴(11)与外罩(18)固定，并可绕上转轴(11)转动，通过螺丝与减震器(12)连接，减震器(12)与下转轴(13)连接，下转轴(13)与拨杆(14)连接，拨杆(14)固定在固定板(17)的挡板内，挡板中间安装有复位弹簧(15)，固定板(17)上设置有弹簧钮(16)，整个装置通过固定板(17)安装在拖拉机机壳上；当需使用车载电脑(6)时，推动拨杆(14)，带动与下转轴(13)相连的减震器(12)伸长，车载电脑(6)推出，推到合适角度，拨杆(14)上定位孔中心轴线与弹簧钮(16)中心轴线重合时，弹簧钮(16)弹出，卡在拨杆(14)的定位孔内，使车载电脑(6)固定在一定角度，当拖拉机工作产生震动时，通过减震器(12)的弹簧变形来实现减震功能；当需保存时，按下弹簧钮(16)，在复位弹簧(15)的弹力作用下，车载电脑(6)进入外罩(18)内，对车载电脑(6)实现保护。 

4.根据权利要求1所述果园喷雾溯源监测装置，其特征在于，RFID卡探测天线采用天线调节装置固定于拖拉机上。 

5.根据权利要求4所述果园喷雾溯源监测装置，其特征在于，多天线通过螺栓与转向调节外套(22)固定，转向调节外套(22)安装在转向调节内套(21)上，转向调节内套(21)安装在内管(19)上，内管(19)一侧开缝，两端用螺栓紧固，使天线固定在内管(19)上的确定位置；刻度指示板(23)安装在转向调节外套(22)上，与安装在内管(19)上的刻度盘(20)相配合，当需要转向调节时，拧松转向调节外套(22)上的螺栓，转动天线并读取刻度盘(20)上的度数，实现角度调节。 

6.根据权利要求4所述果园喷雾溯源监测装置，其特征在于，将安装有天线的内管通过内外管连接器(25)连接在一起，内管(19)表面两侧设有卡槽和齿条，当内管(19)上多天线的相对位置及转向固定好后，通过拧松转向调节固定螺栓(26)，转动轴向调节旋转杆(24)，轴向调节旋转杆(24)上固定有齿轮，通过与齿条啮合产生轴向的推力，从而使内管(19)沿轴向向外运动，实现多天线的高度可调。