專利名稱：用于葡萄園的自走變量噴藥裝置及其噴藥方法
技術領域：
本發明涉及農作物藥液噴灑技術領域，特別是涉及一種用于葡萄園行間的自走變量噴藥裝置和噴藥方法。
背景技術：
病蟲害頻發引起的葡萄等藤架式和行間式農作物產量和品質銳減，一直是一個困擾葡萄生產行業的一個嚴重的問題。霜霉病、白粉病、黑痘病、炭疽病等病菌對葡萄的品質和產量的威脅很大，藥物噴灑很難達到均衡，目前葡萄園專用的噴藥器相對落后，大多需要使用人工背負手動噴藥器打藥；或者采用簡陋的拖拉機式進行噴藥作業，大面積葡萄園作業時效同一性差，作業不均勻，防治不到位，無法及時、徹底的防治病蟲害。與此同時，我國 近年來釀酒葡萄種植發展勢頭迅猛，但是釀酒葡萄對植保的要求更加嚴格，加之，在釀酒葡萄集中采收的7-8月期間，又恰逢多雨季節，因此經常因為噴藥不及時，防治不到位，引起葡萄大面積減產，甚至絕收。葡萄植保專用植保機械的落后已經嚴重制約了葡萄穩產和增收。因為植保機械相對落后，病蟲害防治不到位引發的大面積霜霉病等高發病害每年對葡萄生產造成的損失占到葡萄產值的50%以上。同時由勞動力缺乏，具有經驗水平較高的噴藥設備操作人員更少，操作水平因為經驗的不同噴藥操作時均勻性和同一性也得不到保證。

發明內容
(一 )要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是如何解決現有的噴藥裝置自動化程度低，噴藥時效同一性差，作業不均勻，防治不到位，無法及時、徹底的防治病蟲害的問題。( 二 )技術方案為了解決上述技術問題，本發明提供一種用于葡萄園的自走變量噴藥裝置，包括行走機身以及分別安裝在所述行走機身上的液壓系統、藥液箱、門式噴桿、GPS接收器和控制系統；所述控制系統的輸出端通過繼電器與所述液壓系統的輸入端連接，所述液壓系統的輸出端與所述行走機身的轉向機構連接；所述門式噴桿的豎向噴桿上安裝有噴頭，所述噴頭通過藥液管與安裝在所述藥液箱出藥口處的噴藥壓力泵的高壓出藥口連接；所述GPS接收器通過串口將衛星的定位信息字符串發送給控制系統；在所述行走機身上位于所述門式噴桿的一側安裝有位置傳感器，所述高壓出藥口處安裝有流量傳感器，所述行走機身上位于所述轉向機構的一側安裝有速度傳感器；所述位置傳感器、速度傳感器和流量傳感器分別將采集到的位置信號、速度信號和流量信號通過采集器發送到控制系統；控制系統將接收到的定位信息字符串、位置信號、速度信號和流量信號轉化成控制信號傳送給液壓系統以控制轉向機構的轉向和行走路徑。其中，所述控制系統包括車載農田計算機、人機界面、地理信息系統和下位控制器，所述車載農田計算機通過串口與所述下位控制器雙向連接，所述下位控制器的輸出端與所述液壓系統的輸入端連接，所述人機界面將預設的參數發送到所述車載農田計算機執行，所述GPS接收器通過串口將衛星的定位信息字符串發送到所述車載農田計算機，所述位置傳感器、速度傳感器和流量傳感器分別將位置信號、速度信號和流量信號通過采集器發送到所述下位控制器，所述下位控制器將轉化后控制信號傳送給液壓系統。其中，還包括手機短信預警模塊，所述手機短信預警模塊與所述下位控制器連接。其中，所述下位控制器內設流量監測控制單元，所述流量傳感器將流量信號發送到流量監測控制單元；所述流量監測控制單元連接有報警指示燈和報警蜂鳴器。其中，還包括藥液回收系統，所述藥液回收系統包括通過藥管依次連接的回收槽、過濾器、回液壓力泵和藥液回收箱，以及安裝在所述門式噴桿兩側的防護罩，所述回收槽安裝在所述豎向噴桿的底部，所述過濾器、回液壓力泵和藥液回收箱分別安裝在所述行走機身的后部，所述藥液回收箱與所述噴藥壓力泵連接。 其中，所述門式噴桿通過可水平伸縮的調節桿與所述行走機身上的立柱連接，所述門式噴桿為可自動折疊噴桿，所述豎向噴桿為可伸縮噴桿。其中，所述門式噴桿設置為兩組，分別位于所述立柱的兩側。其中,所述噴頭具有多個，分別分布在所述豎向噴桿上。本發明還提供一種用于葡萄園的自走變量噴藥裝置的噴藥方法，藥液準備的同時，通過人機界面對控制系統預設行走機身的行走路徑，啟動行走開關，行走機身在GPS接收器的引導下按照指定的路徑行走，同時安裝在行走機身上位于門式噴桿一側的位置傳感器、安裝在高壓出藥口處的流量傳感器和安裝在行走機身上位于轉向機構一側的速度傳感器分別采集位置信號、流量信號和速度信號并發送給控制系統進行信號處理和轉化，轉化后的控制信號傳送給液壓系統以控制行走機身的轉向機構的轉向，當位置檢測單元檢測到葡萄架時，門式噴桿進行作物對靶，待對靶完成后，啟動噴藥開關，藥液從藥液箱中在噴藥壓力泵的抽放作用下經噴頭從葡萄架的兩側開始進行噴藥。其中，在噴藥過程中，當噴頭堵塞時，流量傳感器檢測到流量信息發送到流量監測控制單元，當流量值波動> 8%時，流量監測控制單元啟動報警蜂鳴器，同時報警指示燈打開；當GPS接收器的數據異常，該GPS接收器會自動糾錯，如果糾錯異常，手機短信預警模塊執行緊急停車指令，同時遠程無線發送預警信息通知管理人員到達現場進行處理。(三)有益效果上述技術方案提供的一種用于葡萄園的自走變量噴藥裝置及其噴藥方法，采用GPS自動導航系統、位置傳感器、速度傳感器和流量傳感器實現無人自走變量噴藥，提高了葡萄園噴藥裝置的自動化程度，減少了人為因素的影響，噴藥同一性、穩定性好；同時可實現夜間作業，保證行走軌跡按照設定的軌跡前進，縮短施藥的周期，保證施藥的快捷有效。進一步地，增加了具有防護罩的藥液回收系統，減少了藥液浪費，同時減少了在施藥過程中對人體和環境造成的傷害。


圖I是本發明一種用于葡萄園的自走變量噴藥裝置噴藥過程的結構示意圖；圖2是本發明一種用于葡萄園的自走變量噴藥裝置的結構示意圖；圖3是本發明自走變量噴藥控制原理圖4是本發明藥液回收系統原理圖；圖5為本發明噴藥過程的路徑原理圖。其中，I、行走機身；1_1、轉向機構；1_2、立柱；1_3、方向盤；1_4、駕駛倉；2、液壓系統；3、藥液箱；4、門式噴桿；4-1、豎向噴桿；4-2、調節桿；4-3、加強筋；5、GPS接收器；7、噴頭；8-1、回收槽；8-2、過濾器；8-3、回液壓力泵；8-4、藥液回收箱；8_5、防護罩；8_6、擋板；
9、葡萄架。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
如圖I、圖2和圖3，本發明一種用于葡萄園的自走變量噴藥裝置，包括行走機身I以及分別安裝在行走機身I上的液壓系統2、藥液箱3、門式噴桿4、GPS接收器5和控制系統。行走機身I采用柴油發動機提供動力；藥液箱3安裝在行走機身I的后部；控制系統的輸出端通過繼電器與液壓系統2的輸入端連接，液壓系統2的輸出端與行走機身I的轉向機構1-1連接；門式噴桿4安裝在行走機身的尾部的立柱1-2上,該門式噴桿4的豎向噴桿4-1上安裝有噴頭7，該噴頭7通過藥液管與安裝在藥液箱出藥口處的噴藥壓力泵的高壓出藥口連接。GPS接收器5可用強力磁鐵吸盤吸附在駕駛倉1-4的頂部，控制系統安裝在駕駛倉1-4內，GPS接收器5通過串口與控制系統連接。在行走機身I上位于門式噴桿4的一側安裝有位置傳感器，用于采集位置信號；在高壓出藥口處安裝有流量傳感器，用于采集藥液的流量信號；在行走機身I的前部位于轉向機構1-1的一側安裝有速度傳感器，用于采集速度信號；位置傳感器、速度傳感器和流量傳感器分別將采集到的位置信號、速度信號和流量信號通過采集器發送給控制系統；控制系統將接收到的位置信號、速度信號和流量信號轉換成控制信號傳送給液壓系統2以控制轉向機構的轉向，實現了噴藥機的無人自走變量式控制。其中，液壓系統2為現有技術，包括液壓油箱、液壓馬達、液壓轉向泵和液壓閥組，液壓閥組可采用電磁閥，繼電器與液壓閥組連接，用于控制液壓閥組的開/關，液壓油箱為液壓轉向泵提供液壓油，液壓馬達提供動力以實現液壓閥組的轉換進而控制液壓轉向泵的轉向。具體為液壓轉向泵與轉向機構i-ι連接，通過液壓閥組控制液壓轉向泵取代方向盤1-3對轉向機構1-1的轉向進行控制，繼電器的輸入端與控制系統的輸出端連接，控制系統將控制信號傳送給繼電器，繼電器驅動液壓閥組控制液壓轉向泵控制轉向機構的轉向。其中，上述的門式噴桿4通過可水平伸縮的調節桿4-2與立柱1-2連接，該調節桿4-2為位于立柱1-2上下端的兩根，立柱1-2的下部設有加強筋4-3，該加強筋4_3的作用是使得整個支架結構的穩固，可根據葡萄架9的寬度來調節該調節桿4-2的水平距離；該門式噴桿4為可自動折疊噴桿，由控制系統控制其自動打開或關閉，打開后可跨在葡萄架9的兩側，同時從一行葡萄的兩側面噴施藥液。當位置傳感器檢測到有葡萄架9時，經GPS數據顯示后控制系統自動控制其打開，當位置傳感器檢測到到達葡萄架9的盡頭時，經GPS數據顯示后控制系統自動控制門式噴桿折疊；豎向噴桿4-1為可伸縮噴桿。為了實現一次噴藥過程可同時實現對兩株葡萄架的噴藥，以提高工作效率，門式噴桿4設置為兩組，分別位于立柱1-2的兩側。位于豎向噴桿上的噴頭7具有多個；根據葡萄架9的高度和葡萄藤的傾斜角度，以及葡萄不同生長期的要求，噴頭7可折疊，選用精量高效霧化的噴頭，噴頭7可調成向上45°角度，以確保藥液能全部噴到葉子背面不留防治“盲區”，全面徹底防治病蟲害。位置傳感器采用超聲波傳感器。如圖3所示，上述的控制系統包括車載農田計算機、人機界面、地理信息系統(即路徑規劃GIS軟件)和下位控制器。車載農田計算機通過串口(232串口 )與下位控制器雙向連接，通過人機界面的觸摸鍵盤設置路徑參數，人機截面將預設的參數發送到車載農田計算機執行，下位控制器與繼電器連接，GPS接收器5通過串口將衛星的定位信息字符串發送給車載農田計算機，位置傳感器、速度傳感器和流量傳感器分別將位置信號、速度信號和流量信號通過采集器發送到下位控制器，作為實時動態決策的信息來源；下位控制器將轉化后的控制信號傳送給繼電器。進一步地，為了確保在無人作業模塊下噴藥過程中遇到緊急情況 時的設備安全和及時提醒管理員，上述的控制系統還設有手機短信預警模塊(即GSM手機預警模塊)。該手機短信預警模塊起到設備安全遠程預警的功能，同時具有良好的安全預警和緊急停車功能，當發生GPS數據異常，自動導航系統會自動糾錯，如果糾錯異常，下位控制器將信號傳送到手機短信預警模塊，手機短信預警模塊執行緊急停車，同時遠程無線發送預警信息通知相關管理員到達現場處理。由于在工作中駕駛員視線受阻，無法在駕駛時頻繁回頭查看噴頭的噴霧狀態，因此在下位控制器內設有流量監測控制單元，流量傳感器將流量信號發送給流量監測控制單元，當噴頭7發生堵塞，并檢測到流量傳感器的流量值波動> 8% (如安裝了 12個噴頭，每個噴頭為流量的1/12)時，流量監測控制單元將啟動報警蜂鳴器，同時報警指示燈打開。如圖4所示，為了解決葡萄施藥過程中的藥液漂移問題和藥液飛濺問題，設計一個專門的藥液回收系統。該藥液回收系統包括通過藥管依次連接的回收槽8-1、過濾器8-2、回液壓力泵8-3和藥液回收箱8-4，以及安裝在門式噴桿4兩側的防護罩8-5。該防護罩8-5為弧形,米用不銹鋼材料制成。在豎向噴桿4-1上位于防護罩8-5內還設有擋板8-6,該擋板8-6可有助于藥液回收。回收槽8-1安裝在豎向噴桿4的底部，過濾器8-2、回液壓力泵8-3和藥液回收箱8-4分別安裝在行走機身I的后部，藥液回收箱8-4與噴藥壓力泵連接。防護罩8-5可自動折疊。當噴頭7開始作業時防護罩8-5自動打開，噴頭7在防護罩8-5內對葡萄進行施藥，實現了在有風的條件下也能排除不利天氣的影響而正常進行噴藥作業。飛濺的藥液蹦到防護罩8-5后落入底部的回收槽8-1中，回收槽8-1將藥液收集后，在回收藥液泵8-3的抽放作用下將藥液通過藥管經過濾器8-2過濾后流到藥液回收箱8-4中，從而實現了藥液的循環使用，極大地提高藥液的使用效率，做到精量、高效的藥液使用。同時由于有機葡萄莊園對周圍環境嚴格要求，采用這種結構可避免藥液噴灑時無效的霧滴飛濺飄逸對土壤、地下水和附近空氣、人畜造成環境危害，起到了節能環保的作用。本發明還提供的一種用于葡萄園的自走變量噴藥裝置的噴藥方法，在藥液準備的同時，通過人機界面對控制系統預設行走機身I的行走路徑，啟動行走開關，行走機身I在GPS接收器5的引導下按照指定的路徑行走，同時安裝在行走機身上位于門式噴桿一側的位置傳感器、安裝在高壓出藥口處的流量傳感器和安裝在行走機身上位于轉向機構一側的速度傳感器分別采集位置信號、流量信號和速度信號并發送給控制系統進行信號處理和轉化，轉化后的控制信號傳送給液壓系統以控制行走機身的轉向機構的轉向，當位置檢測單元檢測到有葡萄架生長時，門式噴桿4進行作物對靶，待對靶完成后，啟動噴藥開關，藥液從藥液箱3中在噴藥壓力泵的抽放作用下經噴頭7從葡萄架9的兩側開始進行噴藥。在噴藥過程中，當噴頭7發生堵塞時，安裝在高壓出藥口處的流量傳感器檢測到流量信息并發送到流量監測控制單元，當流量值波動> 8%時，流量監測控制單元啟動報警蜂鳴器，同時報警指示燈打開；在噴藥過程中，當GPS接收器的數據異常，該GPS接收器會自動糾錯，如果糾錯異常，手機短信預警模塊執行緊急停車指令，同時遠程無線發送預警信息通知管理員到達現場進行處理。上述技術方案所提供的噴藥裝置，可實現人工駕駛或無人駕駛的自走式噴霧兩種工作模式。采用GPS自動導航技術實現無人駕駛自主行走噴藥，達到地頭自動折疊噴桿，設定第一個AB點往返回合的行走軌跡后，可自動參照第一個回合的行走模式，自主平移設定的間距，開始行走。到達葡萄架盡頭后，位置傳感器檢測到葡萄架面結束，GPS數據顯示后，可自動發出信號，控制器檢測到信后，離開時自動折疊噴桿，轉彎結束后，當重新到達葡萄行間制定位置時，自動控制噴桿展開，實現全過程，全自動化，有效的較少噴藥時對拖拉機 駕駛員的人身安全的危害，同時大幅度提高作業效率。如圖5所示，首先通過GPS信號確定噴藥裝置目前的位置點，從A點出發到B點，走完一個來回后，就可以自動計算路徑，自動向下一個路徑LI實行噴藥，并往返循環，直到全部走完。當路徑規劃中遇到障礙物時，則重新開始設定路徑，從C點出發，到達D點后自動記住軌跡，轉彎后自動按照L2直線所示的路徑自動導航，開始按照新的路徑進行循環，直到遇到下一個障礙物。上述技術方案所提供的一種用于葡萄園的自走變量噴藥裝置，實現了 1、GPS自走功能實現無人自走變量噴藥，可以減少人為因素對噴藥同一性和質量穩定性的影響；2、同時減少噴藥過程中對人體和環境的有害影響；3、可實現夜間作業，保證行走軌跡按照設定的軌跡前進，縮短施藥的周期，保證施藥的快捷有效。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種用于葡萄園的自走變量噴藥裝置，其特征在于，包括行走機身以及分別安裝在所述行走機身上的液壓系統、藥液箱、門式噴桿、GPS接收器和控制系統；所述控制系統的輸出端通過繼電器與所述液壓系統的輸入端連接，所述液壓系統的輸出端與所述行走機身的轉向機構連接；所述門式噴桿的豎向噴桿上安裝有噴頭，所述噴頭通過藥液管與安裝在所述藥液箱出藥口處的噴藥壓力泵的高壓出藥口連接；所述GPS接收器通過串口將衛星的定位信息字符串發送給控制系統；在所述行走機身上位于所述門式噴桿的一側安裝有位置傳感器，所述高壓出藥口處安裝有流量傳感器，所述行走機身上位于所述轉向機構的一側安裝有速度傳感器；所述位置傳感器、速度傳感器和流量傳感器分別將采集到的位置信號、速度信號和流量信號通過采集器發送到控制系統；控制系統將接收到的定位信息字符串、位置信號、速度信號和流量信號轉化成控制信號傳送給液壓系統以控制轉向機構的轉向和行走路徑。
2.如權利要求I所述的用于葡萄園的自走變量噴藥裝置，其特征在于，所述控制系統包括車載農田計算機、人機界面、地理信息系統和下位控制器，所述車載農田計算機通過串口與所述下位控制器雙向連接，所述下位控制器的輸出端與所述液壓系統的輸入端連接，所述人機界面將預設的參數發送到所述車載農田計算機執行，所述GPS接收器通過串口將衛星的定位信息字符串發送到所述車載農田計算機，所述位置傳感器、速度傳感器和流量傳感器分別將位置信號、速度信號和流量信號通過采集器發送到所述下位控制器，所述下位控制器將轉化后控制信號傳送給液壓系統。
3.如權利要求2所述的用于葡萄園的自走變量噴藥裝置，其特征在于，還包括手機短信預警模塊，所述手機短信預警模塊與所述下位控制器連接。
4.如權利要求2所述的用于葡萄園的自走變量噴藥裝置，其特征在于，所述下位控制器內設流量監測控制單元，所述流量傳感器將流量信號發送到流量監測控制單元；所述流量監測控制單元連接有報警指示燈和報警蜂鳴器。
5.如權利要求I所述的用于葡萄園的自走變量噴藥裝置，其特征在于，還包括藥液回收系統，所述藥液回收系統包括通過藥管依次連接的回收槽、過濾器、回液壓力泵和藥液回收箱，以及安裝在所述門式噴桿兩側的防護罩，所述回收槽安裝在所述豎向噴桿的底部，所述過濾器、回液壓力泵和藥液回收箱分別安裝在所述行走機身的后部，所述藥液回收箱與所述噴藥壓力泵連接。
6.如權利要求I所述的用于葡萄園的自走變量噴藥裝置，其特征在于，所述門式噴桿通過可水平伸縮的調節桿與所述行走機身上的立柱連接，所述門式噴桿為可自動折疊噴桿，所述豎向噴桿為可伸縮噴桿。
7.如權利要求I所述的用于葡萄園的自走變量噴藥裝置，其特征在于，所述門式噴桿設置為兩組，分別位于所述立柱的兩側。
8.如權利要求I所述的用于葡萄園的自走變量噴藥裝置，其特征在于，所述噴頭具有多個，分別分布在所述豎向噴桿上。
9.一種用于葡萄園的自走變量噴藥裝置的噴藥方法，其特征在于，藥液準備的同時，通過人機界面對控制系統預設行走機身的行走路徑，啟動行走開關，行走機身在GPS接收器的引導下按照指定的路徑行走，同時安裝在行走機身上位于門式噴桿一側的位置傳感器、安裝在高壓出藥口處的流量傳感器和安裝在行走機身上位于轉向機構一側的速度傳感器分別采集位置信號、流量信號和速度信號并發送給控制系統進行信號處理和轉化，轉化后的控制信號傳送給液壓系統以控制行走機身的轉向機構的轉向，當位置檢測單元檢測到葡萄架時，門式噴桿進行作物對靶，待對靶完成后，啟動噴藥開關，藥液從藥液箱中在噴藥壓力泵的抽放作用下經噴頭從葡萄架的兩側開始進行噴藥。
10.如權利要求9所述的用于葡萄園的自走變量噴藥裝置的噴藥方法，其特征在于，在噴藥過程中，當噴頭堵塞時，流量傳感器檢測到流量信息發送到流量監測控制單元，當流量值波動> 8%時，流量監測控制單元啟動報警蜂鳴器，同時報警指示燈打開；當GPS接收器的數據異常，該GPS接收器會自動糾錯，如果糾錯異常，手機短信預警模塊執行緊急停車指令，同時遠程無線發送預警信息通知管理人員到達現場進行處理。
全文摘要
本發明涉及農作物藥液噴灑技術領域，公開了一種用于葡萄園的自走變量噴藥裝置及其噴藥方法，該噴藥裝置包括行走機身以及分別安裝在所述行走機身上的液壓系統、藥液箱、門式噴桿、GPS接收器和控制系統；所述GPS接收器通過串口將衛星的定位信息字符串發送給控制系統，所述位置傳感器、速度傳感器和流量傳感器分別將采集到的位置信號、速度信號和流量信號發送到控制系統，控制系統將接收到的信號轉化成控制信號傳送給液壓系統控制轉向機構的轉向和行走路徑。本發明實現無人自走變量噴藥，提高了葡萄園噴藥裝置的自動化程度，減少了人工因素的影響，噴藥同一性、穩定性好；并可實現夜間作業，保證行走軌跡按照設定的軌跡前進。
文檔編號A01M7/00GK102613160SQ201210078688
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月22日 優先權日2012年3月22日
發明者周建軍, 王秀, 翟長遠, 鄒偉, 馬偉 申請人:北京農業信息技術研究中心