CN211721622U

CN211721622U - 一种温室大棚多功能自动植保施药机控制系统

Info

Publication number: CN211721622U
Application number: CN202020026585.5U
Authority: CN
Inventors: 漆向军; 李佳豪; 熊鑫; 丁蕊; 罗湄灵; 刘明丹
Original assignee: Sichuan Agricultural University
Current assignee: Sichuan Agricultural University
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2020-10-23
Anticipated expiration: 2030-01-07

Abstract

本实用新型公开了一种温室大棚多功能自动植保施药机控制系统，属于农药喷洒领域，包括电源组件、控制组件、传感输入组件、驱动组件和外部执行组件；电源组件连接控制组件、传感输入组件、驱动组件和外部执行组件，控制组件分别连接传感输入组件和驱动组件，驱动组件连接外部执行组件。本实用新型提供的植保施药机控制系，可实现温室大棚植保施药机的自动化行进，自动化施药，识别植株并针对性施药，高效率，全面代替人力劳动，为果农增效减负，避免果农和农药直接接触，改善其生产劳动状态及作业环境，避免农药对果农的直接伤害；采用灰度传感器和识别Apriltag序列摄像头识别Apriltag特殊序列，在温室大棚内实现沿规划路径自动行驶、自动施药。

Description

一种温室大棚多功能自动植保施药机控制系统

技术领域

本实用新型涉及农药喷洒领域，尤其涉及一种温室大棚多功能自动植保施药机控制系统。

背景技术

温室，又称暖房，能透光、保温(或加温)，是用来栽培植物的设施。在不适宜植物生长的季节，能提供温室生育期和增加产量，多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。连栋温室是两栋或更多的温室在中间天沟处相互连接形成一个整体，天沟处既是一个拱或坡的结束，同时又是另一个拱或坡的开始，每一个温室单元称为一“跨”；连栋温室有多种类型，包括人字形等坡屋面温室、拱形温室、锯齿形温室、文洛型温室和开敞屋面温室等，连栋温室大棚种植是提高农作物经济效益的重要方式。

随着我国温室大棚设施种植技术的发展，温室设施栽培提高了土地利用率、减轻了劳动强度、增加了果农的收入，但同时也面临着管理复杂的问题。据2015年统计，我国各类植保机械保有量已超过6200万台套，中国植保机械93％仍为背负式等手动(电动)喷雾器，人工施药不仅劳动强度高，且施药中毒的工作人员数逐年递增。综上所述，为解决我国连栋温室内植保作业效率低，劳动强度大，渗透的农药直接伤害操作者，治效果比较差等问题，迫切需要提高连栋温室植保作业自动化及智能化水平，为果农增效减负，改善其生产劳动状态及作业环境，避免农药对果农的直接伤害。

实用新型内容

为了解决以上问题，本实用新型的目的是提供一种温室大棚多功能自动植保施药机控制系统，用以实现在温室大棚内完成行进、定位、施药等一系列操作。

为了实现以上目的，本实用新型采用的技术方案：

一种温室大棚多功能自动植保施药机控制系统，包括电源组件、控制组件、传感输入组件、驱动组件和外部执行组件；

所述电源组件连接所述控制组件、传感输入组件、驱动组件和外部执行组件，所述控制组件分别连接所述传感输入组件和驱动组件，所述驱动组件连接所述外部执行组件。

进一步的是，所述电源组件包括12V供电模块和36V供电模块，所述12V供电模块与所述控制组件、传感输入组件和驱动组件连接，所述36V供电模块与所述驱动组件连接。

进一步的是，所述控制组件包括主控芯片，以及分别与所述主控芯片连接的JTAG接口模块、USART串口模块、GPIO接口模块、按键模块、电压转换模块和OLED显示模块。

进一步的是，所述传感输入组件包括分别与所述控制组件连接的识别植株摄像头、识别Apriltag序列摄像头、灰度传感器、云台上下行程开关和云台旋转行程开关。

进一步的是，所述驱动组件包括分别与所述控制组件连接的步进电机驱动模块、继电器模块、轴流风机驱动模块和霍尔电机驱动模块。

进一步的是，所述外部执行组件包括旋转步进电机、升降步进电机、高压静电发生器、隔膜泵、高速轴流风机和无刷霍尔电机，所述旋转步进电机和升降步进电机均与所述步进电机驱动模块连接，所述高压静电发生器和隔膜泵均与所述继电器模块连接，所述高速轴流风机与所述轴流风机驱动模块连接，所述无刷霍尔电机与所述霍尔电机驱动模块连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的植保施药机控制系，可实现温室大棚植保施药机的自动化行进，自动化施药，识别植株并针对性施药，高效率，全面代替人力劳动，为果农增效减负，避免果农和农药直接接触，改善其生产劳动状态及作业环境，避免农药对果农的直接伤害。

本实用新型提供的植保施药机控制系，采用灰度传感器和识别Apriltag序列摄像头识别Apriltag特殊序列，在温室大棚内实现沿规划路径自动行驶、自动施药。

本实用新型提供的植保施药机控制系，采用主控芯片实现了实时接收传感输入组件返回的数据，并快速分析处理，及时控制外部执行组件的运行。

本实用新型提供的植保施药机控制系，采用高速轴流风机增强药液雾滴的扩散性能，可使植株多方位附着药滴，药液利用率得到有效提升。

本实用新型提供的植保施药机控制系，采用识别植株摄像头识别植株颜色，配合旋转步进电机、升降步进电机实现精准施药，减少浪费、节约药液。

附图说明

图1为本实用新型的示意图；

图中：1、电源组件；11、12V供电模块；12、36V供电模块；2、控制组件；21、主控芯片；22、JTAG接口模块；23、USART串口模块；24、GPIO接口模块；25、按键模块；26、电压转换模块；27、OLED显示模块；3、传感输入组件；31、识别植株摄像头；32、识别Apriltag序列摄像头；33、灰度传感器；34、云台上下行程开关；35、云台旋转行程开关；4、驱动组件；41、步进电机驱动模块；42、继电器模块；43、轴流风机驱动模块；44、霍尔电机驱动模块；5、外部执行组件；51、旋转步进电机；52、升降步进电机；53、高压静电发生器；54、隔膜泵；55、高速轴流风机；56、无刷霍尔电机。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

一种温室大棚多功能自动植保施药机控制系统，如图1所示，包括电源组件1、控制组件2、传感输入组件3、驱动组件4和外部执行组件5；电源组件1连接控制组件2、传感输入组件3、驱动组件4和外部执行组件5，控制组件2分别连接传感输入组件3和驱动组件4，驱动组件4连接外部执行组件5。

本实施例中，植保施药机控制系统的外部机械装置为申请号为CN201821773464.6，名称为“一种温室用自动作业植保机器人”的实用新型专利，本申请专利所要求保护的对象为该植保机器人的控制系统，本专利的控制系统控制植保机器人的运行。

其中，电源组件1用于为控制组件2、传感输入组件3、驱动组件4和外部执行组件5供电，传感输入组件3的电源来源于控制组件2控制面板上引出的低功率电源，外部执行组件5的电源来源于驱动组件4，但最终都来源于电源组件1。控制组件2为该控制系统的控制中心，控制植保施药机的运行。传感输入组件3用于识别相关信息并控制云台的状态。驱动组件4用于接收控制组件2的控制信号，控制外部执行组件5的运行。外部执行组件5为该植保施药机的执行机构，控制该植保施药机的行走以及施药等。

作为本实施例的优化方案，如图1所示，电源组件1包括12V供电模块11和36V供电模块12，12V供电模块11与控制组件2、传感输入组件3和驱动组件4连接，36V供电模块12与驱动组件4连接。

12V供电模块11用于提供12V含稳压供电，为控制组件2、传感输入组件3，以及驱动组件4中的电机驱动模块41、继电器模块42和轴流风机驱动模块43供电；36V供电模块12用于提供36V供电，为驱动组件4中的霍尔电机驱动模块44供电。

本实施例中，12V供电模块11选用快盾公司生产的型号为12V-4.5AH的电池；36V供电模块12选用富利华公司生产的型号为M35的电池。

作为本实施例的优化方案，如图1所示，控制组件2包括主控芯片21，以及分别与主控芯片21连接的JTAG接口模块22、USART串口模块23、GPIO接口模块24、按键模块25、电压转换模块26和OLED显示模块27。

主控芯片21为该控制组件2的控制中心；JTAG接口模块22用于程序下载；USART串口模块23用于识别植株摄像头31和识别Apriltag序列摄像头32的通信；GPIO接口模块24用于输出控制信号；按键模块25用于输入控制信息；电压转换模块26用于将输入的12V电压转换为3.3V和5V，分别为控制组件2及传感输入组件3中的3.3V器件、5V器件供电；OLED显示模块27用于显示植保施药机的相关信息。本实施例中，主控芯片21选用TELESKY公司型号为STM32F407ZGT6的主控电路板；JTAG接口模块22、USART串口模块23和GPIO接口模块24集成于TELESKY公司生产的型号为STM32F407ZGT6的最小系统开发板上；电压转换模块26选用TELESKY公司生产的型号为19580409412的LM2596SDC-DC可调稳压模块；OLED显示模块27选用Risym公司生产的型号为0.96寸4针OLED显示屏IIC接口。

作为本实施例的优化方案，如图1所示，传感输入组件3包括分别与控制组件2连接的识别植株摄像头31、识别Apriltag序列摄像头32、灰度传感器33、云台上下行程开关34和云台旋转行程开关35。具体的，植株摄像头31和识别Apriltag序列摄像头32均与USART串口模块23连接，灰度传感器33、云台上下行程开关34和云台旋转行程开关35均与GPIO接口模块24连接。

识别植株摄像头31为openmv4H7识别植株摄像头，用于识别植株颜色；识别Apriltag序列摄像头3为openmv4H7识别Apriltag序列摄像头，用于识别Apriltag；灰度传感器33用于捕捉温室大棚内的既定路径；云台上下行程开关34用于控制云台的上下行程；云台旋转行程开关35用于控制云台的旋转。本实施例中，识别植株摄像头31选用OpenMV公司生产的型号为OpenMV3系列摄像头；识别Apriltag序列摄像头32选用OpenMV公司生产的型号为OpenMV3系列摄像头；灰度传感器33选用未来世界公司生产的型号为WL-SEN1-V4的数字传感器。

作为本实施例的优化方案，如图1所示，驱动组件4包括分别与控制组件2连接的步进电机驱动模块41、继电器模块42、轴流风机驱动模块43和霍尔电机驱动模块44。具体的，电机驱动模块41、继电器模块42、轴流风机驱动模块43和霍尔电机驱动模块44均通过GPIO接口模块24与主控芯片21通讯。

驱动组件4为控制组件2和外部执行组件5的中间控制器，接收控制组件2的控制信号，并控制外部执行组件5的运行。其中，电机驱动模块41用于控制旋转步进电机51和升降步进电机52的运行；继电器模块42用于控制高压静电发生器53和隔膜泵54的运行；轴流风机驱动模块43用于控制高速轴流风机55的运行；霍尔电机驱动模块44用于控制无刷霍尔电机56的运行。本实施例中，电机驱动模块41选用翼盟公司生产的型号为LV8729的步进电机驱动器；继电器模块42选用TELESKY公司生产的型号为1路5V光耦隔离的继电器；轴流风机驱动模块43选用好盈公司生产的型号为HW-40a的驱动器；霍尔电机驱动模块44选用居逸公司生产的型号为JYQD-YL02D的驱动器。

作为本实施例的优化方案，如图1所示，外部执行组件5包括旋转步进电机51、升降步进电机52、高压静电发生器53、隔膜泵54、高速轴流风机55和无刷霍尔电机56，旋转步进电机51和升降步进电机52均与步进电机驱动模块41连接，高压静电发生器53和隔膜泵54均与继电器模块42连接，高速轴流风机55与轴流风机驱动模块43连接，无刷霍尔电机56与霍尔电机驱动模块44连接。外部执行组件5还可包括用于带动施药风筒摆动的摆动步进电机，带动施药风筒的摆动，摆动步进电机与步进电机驱动模块41连接。

旋转步进电机51用于带动植保施药机上施药风筒的旋转；升降步进电机52用于带动植保施药机上施药风筒的升降；高压静电发生器53用于实现植保施药机上静电喷头仿形电极的高压荷电；隔膜泵54用于将植保施药机药箱内的药液输送至风机；高速轴流风机55用于将药液形成药雾并喷洒作物；无刷霍尔电机56用于驱动施药机在温室大棚内的行径。

其中，步进电机细分程度1、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128可调，驱动电流0—2安培可调。高压静电发生器的输出电压0—3万伏可调，隔膜泵水压0.4—0.68兆帕可调。无刷霍尔电机可0—5VPWM调速、0—5VPWM线性刹车、TTL高低电平调节转向、转速信号捕获。

本实施例中，旋转步进电机51、升降步进电机52均选用路易思威公司生产的电机；高压静电发生器53选用HR/浩瑞公司生产的型号为HR-JD-20K的高压静电发生器；隔膜泵54选用虎跃(鲜花)公司生产的型号为4700的外回流泵；高速轴流风机55选用FMS公司生产的型号为64mm11叶涵道的轴流风机；无刷霍尔电机56选用Boarse公司生产的型号为直流无刷电机的6.5寸铝电机。

为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：

在温室大鹏中沿路径布置循迹线，在特殊节点处，如，单侧施药起始点、双侧施药起始点、启跑停标记点，布置Apriltag标记码。

开启自动植保施药机后，在按键模块25中设置单株施药时长、行驶速度等参数，施药机开始自动运行。主控芯片21将施药筒调整到初始位置，并开始前进。

自动植保施药机在前进过程中，由灰度传感器33检测循迹线并沿线前进。行进过程中启动openmv4H7识别Apriltag序列摄像头32识别Apriltag序列号，根据序列号选择施药方案。

自动植保施药机在前进过程中识别到施药序列号，控制旋转步进电机51、升降步进电机52实现上下左右扫动施药，并开启openmv4H7识别植株摄像头31识别绿色植株，如果没有识别到绿色植株，当即停止施药继续扫动，如果识别到绿色植株当即控制继电器模块42打开隔膜泵54开始施药，高速轴流风机55将药液形成药雾并喷洒作物。

自动植保施药机在前进过程中识别到停止序列号，控制步进电机将施药筒调整到初始位置，等待下一次施药。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种温室大棚多功能自动植保施药机控制系统，其特征在于，包括电源组件(1)、控制组件(2)、传感输入组件(3)、驱动组件(4)和外部执行组件(5)；

所述电源组件(1)连接所述控制组件(2)、传感输入组件(3)、驱动组件(4)和外部执行组件(5)，所述控制组件(2)分别连接所述传感输入组件(3)和驱动组件(4)，所述驱动组件(4)连接所述外部执行组件(5)。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述电源组件(1)包括12V供电模块(11)和36V供电模块(12)，所述12V供电模块(11)与所述控制组件(2)、传感输入组件(3)和驱动组件(4)连接，所述36V供电模块(12)与所述驱动组件(4)连接。

3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述控制组件(2)包括主控芯片(21)，以及分别与所述主控芯片(21)连接的JTAG接口模块(22)、USART串口模块(23)、GPIO接口模块(24)、按键模块(25)、电压转换模块(26)和OLED显示模块(27)。

4.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述传感输入组件(3)包括分别与所述控制组件(2)连接的识别植株摄像头(31)、识别Apriltag序列摄像头(32)、灰度传感器(33)、云台上下行程开关(34)和云台旋转行程开关(35)。

5.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述驱动组件(4)包括分别与所述控制组件(2)连接的步进电机驱动模块(41)、继电器模块(42)、轴流风机驱动模块(43)和霍尔电机驱动模块(44)。

6.如权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述外部执行组件(5)包括旋转步进电机(51)、升降步进电机(52)、高压静电发生器(53)、隔膜泵(54)、高速轴流风机(55)和无刷霍尔电机(56)，所述旋转步进电机(51)和升降步进电机(52)均与所述步进电机驱动模块(41)连接，所述高压静电发生器(53)和隔膜泵(54)均与所述继电器模块(42)连接，所述高速轴流风机(55)与所述轴流风机驱动模块(43)连接，所述无刷霍尔电机(56)与所述霍尔电机驱动模块(44)连接。