CN204203733U - 一种果园生物量分布探测装置 - Google Patents

Abstract

一种果园生物量分布探测装置，分布探测装置包括RFID定位装置、生物量探测装置及喷雾系统；RFID定位装置包括多个RFID读卡器天线及若干RFID卡；生物量探测装置包括多个生物量探测传感器与信号处理装置；喷雾系统包括喷雾监控系统及喷雾机械系统，喷雾监控系统上设置有电动球阀、流量传感器、压力传感器、速度传感器和电磁阀来实现喷雾过程的动态监控，机械结构包括天线调节装置、多个移动固定机构以及多个保护筒装置，本实用新型可采集防治靶标的生物量信息，依据RFID定位装置、生物量探测装置、速度传感器的信息对喷雾机实现靶标生物量探测及作业过程的可追溯管理。

Description

一种果园生物量分布探测装置

技术领域

本实用新型属于农业植保机械领域，涉及喷雾机，特别涉及一种果园生物量分布探测装置。

背景技术

果园果树病虫害多，根据不同的需求多次施药，每年喷药的次数多达数十次。但是目前我国施药技术和自动施药机具严重落后，喷洒的农药只有少部分能附着在要防治的靶标上，农药利用率极低，同时为保证病虫害的防治效果，往往会过量喷施农药，造成了严重的农药浪费和环境污染。我国现有的对靶喷雾机主要依据防治靶标的树形进行喷雾范围的调节实现对靶喷药，但针对防治靶标生物量的大小实现变量喷雾的技术与机具还属起步阶段。而针对喷雾机作业过程的位置管理方面，目前大部分采用GPS进行定位，但是在果园作业的过程中，由于树木等的遮挡等原因，从而使GPS定位精度不高，同时GPS设备成本高，使其不适用于果园喷雾机的定位管理。目前我国农业的可追溯管理程度较低，这是制约整个农业产业链化发展的瓶颈，为农产品的后期跟踪管理带来问题。针对我国植保机械施药技术及农业机械可追溯管理的严重落后现状，急需研究提高农药利用率，减少农药污染，具有作业可追溯管理的技术与机具。

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生物量分布探测装置，采用生物量探测装置及RFID定位装置，可根据防治靶标的生物量大小控制电动球阀的开度及喷头电磁阀的开关频率实现变量喷雾，提高农药利用率、减少农药污染和化学农药对人身安全的危害，同时根据RFID定位装置对喷雾机的定位实现对喷雾机作业过程的位置式可追溯管 理。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种果园生物量分布探测装置，包括RFID定位装置、生物量探测装置、喷雾监控系统以及喷雾机械系统，其中：

所述RFID定位装置包括设置于拖拉机5前端两侧的若干个连接至上位机4的RFID读卡器和设置于每行果树中的RFID卡47，RFID读卡器配置有RFID读卡器天线1；

所述生物量探测装置包括带有定位孔的竖直支架38、多个生物量探测传感器42及与生物量探测传感器42对应的带有数据接口56的信号处理装置52，所述生物量探测传感器42连接信号处理装置52，信号处理装置52通过数据接口56与上位机4连接；

所述喷雾监控系统包括设置在喷雾管道上的电动球阀22、流量传感器20、压力传感器21以及电磁阀17，所述电动球阀22、流量传感器20、压力传感器21、电磁阀17以及设置在行走轮27上的速度传感器29的监测或控制信号连接至上位机4。

所述喷雾机械系统包括药箱24、液泵26、皮带变速装置32、齿轮箱34、喷雾风箱12、离心风扇13、喷头18以及风箱旋转装置，其中药箱24通过液泵26连接至进药管30，液泵26通过皮带变速装置32连接齿轮箱34输入轴的一端，电动球阀22设置在进药管30上，构成两个分路，且两路之间通过带溢流阀23的管路连接，一路再次进行分路连接至各个喷头18，电磁阀17设置于连接处，每个电磁阀17控制一个喷头18，相邻两个喷头18之间以可调整角度的导流板19隔开；另一路通过回流管25回接药箱24，流量传感器20和压力传感器21设置于进药管30中，所述喷雾风箱12有两个，分别设置于齿轮箱34上端输出轴的两侧，离心风扇13和喷头18相对应且均位于喷雾风箱12中，离心风扇13分别连接在所述齿轮箱34上端输出轴的两端，实现等速反向旋转；所述风箱旋转装置包括步进电机14及其电机驱动器，步进电机14连接喷雾风箱12控制其旋转角度。

所述喷雾风箱12上设置有风箱法兰15和限位螺杆31，所述风箱法兰15上有扇形涡轮35，步进电机14上有与所述扇形涡轮35啮合的蜗杆16，实现对喷雾风箱12旋转角度的控制；所述限位螺杆31连接限位板33，将喷雾风箱12的旋转角度限定在限位板33的允许角度范围内。

本实用新型还提供了所述果园生物量分布探测装置的机械结构，包括天线调节装置、多个移动固定机构以及多个保护筒装置，其中：

所述RFID读卡器天线1安装于天线调节装置上，所述天线调节装置包括内管2、外管45、转向调节外套50、转向调节内套49、轴向调节杆44、内外管连接器46以及轴向调节固定螺栓43，所述RFID读卡器天线1设置在转向调节外套50上，转向调节外套50安装在转向调节内套49的托盘上，转向调节内套49安装在内管2上，并用螺丝紧固；通过拧松转向调节外套50上的螺栓，转动天线实现角度转向调节，通过调节转向调节内套49的固定位置实现多个天线之间的间距调节；所述内管2通过内外管连接器46连接外管45，所述内管2表面两侧有设有卡槽和齿条3，所述轴向调节杆44上固定齿轮，旋转轴向调节杆44通过齿轮与齿条3啮合产生轴向的推力，使内管2沿轴向运动，实现多个RFID读卡器天线1的高度调节；

所述生物量探测传感器42和信号处理装置52安装在保护筒装置中，保护筒装置通过管卡6与移动固定机构连接固定，所述移动固定机构固定在竖直支架38上，移动固定机构带动保护筒装置与生物量探测传感器42上下移动。

所述生物量探测传感器42通过螺纹连接套管55，所述信号处理装置52设置在固定盒40中，所述固定盒40固定在套管55上，所述套管55穿过内法兰53后与外法兰48通过螺纹连接，所述内法兰53与内保护筒8连接，所述外法兰48与外保护筒7连接，所述内保护筒8通过套管55嵌在外保护筒7中，所述内保护筒8内壁上设置有吸收层9，所述内保护筒8外壁上设置有刻度，外保护筒7的一端有开口槽，通过管卡6固定外保护筒7实现外保护筒7和内保护筒8的固定及整个保护筒装置的固定，调节内保护筒8在外保 护筒7的深度即可调节生物量探测传感器42在保护筒装置中的深度，生物量探测传感器在保护筒装置中的深度可由与保护筒口平齐调整至保护筒中的数据接口56固定螺栓的限定位置。

所述移动固定机构包括U型件39、定位套11、定位销10以及弹簧51，所述U型件39通过螺栓连接安装在定位套11上，所述弹簧51安装在定位销10上，所述定位套11上有定位孔，定位套11通过定位销10安装在竖直支架38上。

与现有技术相比，由于本实用新型设有RFID定位装置、生物量探测装置及喷雾监控系统，上位机可采集记录喷雾的位置运动信息，获取防治靶标的生物量信息，同时整合速度传感器的信息，对喷雾机的作业过程实现实时监控记录。由于采用了生物量探测装置，对靶标进行了生物量的测量，依据此生物量信息对喷雾机的喷雾量进行变量控制，提高了农药的利用率，减少了农药对周围环境的污染。本实用新型结合RFID定位装置、生物量探测装置及喷雾监控系统的综合信息，可计算获得整个果园基于位置的生物量空间立体分布数据及整个果园基于位置的靶标喷雾沉积分布数据，为果园的可追溯精准管理提供了可靠的数据支持，基于RFID定位装置对喷雾机的位置管理能够指导操作者的喷雾作业，避免对果园行的重复喷雾与漏喷。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图(以单侧3个生物量探测传感器和2个RFID读卡器天线为例)。

图2为本实用新型作业示意俯视图。

图3为本实用新型天线调节装置示意图。

图4为本实用新型保护筒装置结构示意图。

图5为本实用新型移动固定机构结构示意图。

图6为本实用新型上位机界面图。

图中附图标记的含义：

1-RFID读卡器天线；2-内管；3-齿条；4-上位机；5-拖拉机；6-管卡； 7-外保护筒；8-内保护筒；9-吸收层；10-定位销；11-定位套；12-喷雾风箱；13-离心风扇；14-步进电机；15-风箱法兰；16-蜗杆；17-电磁阀；18-喷头；19-导流板；20-流量传感器；21-压力传感器；22-电动球阀；23-溢流阀；24-药箱；25-回流管；26-液泵；27-行走轮；28-底盘；29-速度传感器；30-进药管；31-限位螺杆；32-皮带变速装置；33-限位板；34-齿轮箱；35-扇形涡轮；36-万向联轴器；37-导向轮；38-竖直支架；39-U型件；40-固定盒；41-牵引架；42-生物量探测传感器；43--轴向调节固定螺栓；44-轴向调节杆；45-外管；46--内外管连接器；47-RFID卡；48-外法兰；49--转向调节内套；50-转向调节外套；51-弹簧；52-信号处理装置；53-内法兰；55-套管；56-数据接口。

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。

如图1所示，为本实用新型果园生物量分布探测装置的具体结构，包括底盘28，底盘28采用轮式结构，包括后方的行走轮27、前方的导向轮37和牵引架41，行走轮27上设置速度传感器29。底盘28通过牵引架41和万向联轴器36连接至拖拉机5，由拖拉机5带动前进。在底盘28上设置生物量探测装置、喷雾监控系统、喷雾机械系统等主要机构；拖拉机5上设有上位机4、RFID定位装置等。

其中，生物量探测装置设置于底盘28上方前端两侧，包括带有定位孔的竖直支架38、多个生物量探测传感器42、对应的对个信号处理装置52、多个移动固定机构、多个保护筒装置，竖直支架38上设置有多个移动机构，保护筒装置通过管卡6安装在移动固定机构上，生物量探测传感器42与信号处理装置52均设置于保护筒装置中。每个移动固定机构带动保护筒装置在竖直支架38上实现上下移动和固定。

如图2所示，RFID定位装置包括天线调节装置、RFID读卡器天线1及RFID卡47，天线调节装置对称设置在拖拉机5的两侧，多个RFID读卡器天线1均安装在天线调节装置上，多个RFID读卡器连接至上位机4，每一 行果树至少在行两端各布置一个RFID卡47。

RFID定位装置的喷雾机位置运动识别方法如下：喷雾机作业的进行，RFID读卡器天线1采集并读取位于喷雾机侧方的RFID卡47中的信息；上位机根据左右天线分别采集RFID卡47中的信息和喷雾机左右药液管道是否关闭等信息；当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，且当前喷雾作业行为“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；并将喷雾作业行号设置为相应值；当左右天线分别检测到位置信息为0％或100％的端点卡，且检测到喷雾作业行号非“未知行”，则判定施药机在果园行0％端行尾，或100％端行尾，同时将喷雾作业行设置为“未知行”；对单侧行进行喷雾作业时，以右单侧为例，右边管道流量非0，左边管道流量为0，且右天线读到RFID卡47；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，并将喷雾作业行号设置为相应值；如果检测到端点卡，同时喷雾作业行号为非“未知行”，则判定喷雾机在该行100％端左侧或0％端右侧，将喷雾作业行设置为“未知行”。针对果园的孤立行，由于多布置了-1％和101％信息的RFID卡14，当检测到-1％或101％的卡，不做任何操作，再结合单侧喷雾判断方法进行判断分析，得出喷雾机的所在行的位置与运动方向。同时，结合速度传感器29可实现基于速度的移动位移监测，获得喷雾作业的具体位置。

其中，如图3所示，天线调节装置包括内管2、外管45、转向调节外套50、转向调节内套49、轴向调节杆44、内外管连接器46、轴向调节固定螺栓43。RFID读卡器天线4设置在转向调节外套50，转向调节外套50安装在转向调节内套49的托盘上，所述转向调节内套49安装在内管2上，并用螺丝紧固，通过拧松转向调节外套50上的螺栓，转动天线实现多角度转向调节，所述内管2通过内外管连接器46连接外管45，所述内管52表面两侧有 设有卡槽和齿条3，所述轴向调节杆44上固定齿轮，旋转轴向调节杆44，通过齿轮与齿条3啮合产生轴向的推力，使内管2沿轴向运动，实现多个RFID读卡器天线1的高度调节。

如图4所示，保护筒装置包括外保护筒7、带有刻度的内保护筒8、吸收层9、外法兰48、内法兰53、套管55、固定盒40、数据接口56，所述信号处理装置52设置在固定盒40中，所述固定盒40固定在套管55上，所述套管55穿过内法兰53与外法兰48通过螺纹连接，所述内法兰53与内保护筒8连接，所述外法兰48与外保护筒7连接，所述内保护筒8通过套管55嵌在外保护筒8中，所述内保护筒8内壁上设置有吸收层9，所述内保护筒8外壁上设置有刻度，所述外保护筒7的一端有开口槽，通过管卡6固定外保护筒7实现外保护筒7和内保护筒8的固定及整个保护筒装置的固定，调节内保护筒8在外保护筒7的深度即可调节生物量探测传感器42在保护筒装置中的深度，生物量探测传感器在保护筒装置中的深度可由与保护筒口平齐调整至保护筒中的数据接口56固定螺栓的限定位置。

如图5所示，移动固定机构包括U型件39、定位套11、定位销10、弹簧55，所述U型件39通过螺栓连接安装在定位套11上，所述弹簧55安装在定位销10上，所述定位套11上有定位孔，定位套11通过带有弹簧55的定位销10安装定位在带有若干定位孔的竖直支架38上。

喷雾机械系统包括药箱24、液泵26、皮带变速装置32、齿轮箱34、喷雾风箱12、离心风扇13、风箱旋转装置，药箱24通过液泵26连接至进药管24，液泵26通过皮带变速装置32连接齿轮箱34输入轴的一端，进药管30上设置有电动球阀22构成分路，一路分别再次分路连接至各个喷头18，另一路通过回流管25回接药箱24。两路之间通过带溢流阀23的管路连接。在每个喷头与进药管30的分路连接处均设置有电磁阀17，每个电磁阀17控制一个喷头18。进药管30中设置流量传感器20和压力传感器21。喷雾风箱12有两个，分别设置于齿轮箱34上端输出轴的两侧，喷头18均位于喷雾风箱12中。风箱旋转装置包括步进电机14及其电机驱动器，步进电机14连接 喷雾风箱12控制其旋转角度。

其中，喷雾风箱12上设置风箱法兰15，风箱法兰15上有扇形涡轮35，步进电机14上有与所述扇形涡轮35啮合的蜗杆16，实现对喷雾风箱12旋转角度的控制。喷雾风箱12上设置有限位螺杆31，限位螺杆31连接限位板33，将喷雾风箱12的旋转角度限定在限位板33的允许角度范围内。喷雾风箱12中设置有与喷头18对应的离心风扇13，相邻两个喷头18之间以可调整角度的导流板19隔开，导流板19可根据树形进行手动调整。离心风扇13分别连接在所述齿轮箱39上端输出轴的两端，实现等速反向旋转。

喷雾监控系统包括电动球阀22、流量传感器20、压力传感器21、速度传感器29、电磁阀17，上位机采集流量传感器20、压力传感器21、速度传感器29的信息，同时整合生物量探测装置的生物量信息，综合控制各个喷头18电磁阀17的开关频率，实现变量喷雾。

本实用新型采集RFID定位装置、生物量探测装置、速度传感器29、施药监控系统的信息，实现对拖拉机5作业位置的管理、果园防治靶标的生物量探测、喷雾机作业状态的实时监控，上位机4同时对整个信息的融合计算可以计算获得喷雾机的具体位置、整个果园基于位置的生物量空间立体分布数据。基于沉积分布实验获得的喷头喷雾流量、风箱旋转角度与沉积分布关系数学模型可获得整个果园基于位置的靶标喷雾沉积分布数据，这些数据为果园的可追溯精准管理提供了数据支持，基于RFID定位装置对喷雾机的位置管理能够指导操作者的喷雾作业，避免对果园行的重复喷雾与漏喷。

如图6所示，为本实用新型以单侧3个生物量探测传感器和2个RFID读卡器天线为例的上位机界面图，本实用新型采用车载计算机作为上位机4处理核心，实时获取显示并存储喷雾机的位置、行的喷雾次数、行的喷雾总量、生物量探测传感器42的生物量信息、电磁阀17的工作状态、喷雾风箱12的旋转角度及喷雾量，能够处理RFID定位装置的信息，计算判断喷雾机的位置与运动方向，能够综合处理速度传感器29、压力传感器21、流量传感器20、生物量探测装置的信息并控制电动球阀22和电磁阀17的动作，实现 精准变量施药。

本实用新型的工作过程如下：

在启动工作时，根据果园的防治靶标的树形手动调整各个生物量探测传感器42的分布位置，同时通过上位机4界面控制两个喷雾风箱12的旋转角度，设置上位机4的工作参数，再新建或打开已有的存储数据文件名，点击“开始”，系统开始工作，采集RFID定位装置的信息与速度传感器29的信息，计算判断喷雾机的位置与运动方向，采集、存储并显示生物量探测传感器42、速度传感器29、压力传感器21、流量传感器20的信息，整合处理后控制电动球阀22和电磁阀17的动作，实现精准变量施药；对果园每行的喷雾次数、行喷雾量进行计算、显示与存储，上位机4同时整合RFID定位装置、生物量探测装置、喷雾监控装置及速度传感器29的信息，综合计算并存储整个果园基于位置的生物量空间立体分布数据及整个果园基于位置的靶标喷雾沉积分布数据；喷雾机在作业时上位机软件为操作者提供了作业指导，避免了果园果树行喷雾的重复喷雾与漏喷，喷雾作业结束时点击“退出”按钮，系统结束工作。

Claims (3)

1.一种果园生物量分布探测装置，包括RFID定位装置、生物量探测装置、喷雾监控系统以及喷雾机械系统，其特征在于：

所述RFID定位装置包括设置于拖拉机(5)前端两侧的若干个连接至上位机(4)的RFID读卡器和设置于每行果树中的RFID卡(47)，RFID读卡器配置有RFID读卡器天线(1)；

所述生物量探测装置包括带有定位孔的竖直支架(38)、多个生物量探测传感器(42)及与生物量探测传感器(42)对应的带有数据接口(56)的信号处理装置(52)，所述生物量探测传感器(42)连接信号处理装置(52)，信号处理装置(52)通过数据接口(56)与上位机(4)连接；

所述喷雾监控系统包括设置在喷雾管道上的电动球阀(22)、流量传感器(20)、压力传感器(21)以及电磁阀(17)，所述电动球阀(22)、流量传感器(20)、压力传感器(21)、电磁阀(17)以及设置在行走轮(27)上的速度传感器(29)的监测或控制信号连接至上位机(4)。

2.根据权利要求1所述果园生物量分布探测装置，其特征在于，所述喷雾机械系统包括药箱(24)、液泵(26)、皮带变速装置(32)、齿轮箱(34)、喷雾风箱(12)、离心风扇(13)、喷头(18)以及风箱旋转装置，其中药箱(24)通过液泵(26)连接至进药管(30)，液泵(26)通过皮带变速装置(32)连接齿轮箱(34)输入轴的一端，电动球阀(22)设置在进药管(30)上，构成两个分路，且两路之间通过带溢流阀(23)的管路连接，一路再次进行分路连接至各个喷头(18)，电磁阀(17)设置于连接处，每个电磁阀(17)控制一个喷头(18)，相邻两个喷头(18)之间以可调整角度的导流板(19)隔开；另一路通过回流管(25)回接药箱(24)，流量传感器(20)和压力传感器(21)设置于进药管(30)中，所述喷雾风箱(12)有两个，分别设置于齿轮箱(34)上端输出轴的两侧，离心风扇(13)和喷头(18) 相对应且均位于喷雾风箱(12)中，离心风扇(13)分别连接在所述齿轮箱(34)上端输出轴的两端，实现等速反向旋转；所述风箱旋转装置包括步进电机(14)及其电机驱动器，步进电机(14)连接喷雾风箱(12)控制其旋转角度。

3.根据权利要求2所述果园生物量分布探测装置，其特征在于，所述喷雾风箱(12)上设置有风箱法兰(15)和限位螺杆(31)，所述风箱法兰(15)上有扇形涡轮(35)，步进电机(14)上有与所述扇形涡轮(35)啮合的蜗杆(16)，实现对喷雾风箱(12)旋转角度的控制；所述限位螺杆(31)连接限位板(33)，将喷雾风箱(12)的旋转角度限定在限位板(33)的允许角度范围内。