本發明涉及農藥噴灑設備制造
技術領域：
，特別是指一種智能農藥噴灑系統。
背景技術：
：近年來，我國作為一個農業大國，如何提高農業作業的效率，解放勞動力，是一個亟待解決的問題，尤其是精細農業的提出，智能的農業機械尤其重要。西方發達國家在這方面走在前列，如美國的施肥機器人，德國的大田除草機器人等等，但成本高，動輒十幾甚至幾十萬。在農業生產過程中，農作物容易受到病蟲害的侵擾，噴灑農藥是一種非常有效的手段，現有的農藥噴灑方法是通過人工進行噴灑，但這種方式人力消耗大，噴灑不均勻，且工作人員容易受到農藥污染。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是提供一種智能農藥噴灑系統，方便農藥的自動噴灑。為解決上述技術問題，本發明的實施例提供一種智能農藥噴灑系統，所述智能農藥噴灑系統包括移動底盤、檢測裝置、控制裝置和噴灑裝置，所述檢測裝置、控制裝置和噴灑裝置設置在所述移動底盤上，所述控制裝置分別與所述移動底盤、檢測裝置、噴灑裝置連接，所述檢測裝置包括紅外傳感器和人體傳感器，所述紅外傳感器和人體傳感器與所述控制裝置連接；所述移動底盤，用于驅動農藥噴灑系統通過小車循跡按照噴灑區域預設的軌跡進行移動；所述檢測裝置，用于檢測噴灑區域的植物和人體，當檢測到植物或人體時，向控制裝置發送檢測信息；所述控制裝置，用于控制檢測裝置進行檢測，接收檢測裝置發送的檢測信息，控制移動底盤移動，控制噴灑裝置進行農藥噴灑；所述噴灑裝置，用于根據控制裝置控制進行農藥噴灑。優選的，所述紅外傳感器，用于采用三角測量法采集和檢測噴灑區域的植物，確定紅外傳感器與植物的距離，生成植物檢測信息，并將所述植物檢測信息發送給控制裝置；所述人體檢測裝置，用于利用熱釋電模塊對檢測噴灑區域的人體進行檢測，生成人體檢測信息，并將所述人體檢測信息發送給控制裝置。優選的，所述紅外傳感器對檢測噴灑區域的植物進行檢測產生檢測電壓，利用下式將所述檢測電壓轉換為紅外傳感器與植物的距離；d＝(6762/(val-9))-4其中，d為紅外傳感器與植物的距離，val為檢測電壓。優選的，所述移動底盤設置有第一尋線電感和第二尋線電感，所述第一尋線電感和第二尋線電感與控制裝置連接。優選的，所述第一尋線電感和第二尋線電感用于感應預先設置在第一尋線電感和第二尋線電感之間的導線產生的磁場變化，將所述磁場變化轉化為電壓值發送給控制裝置。優選的，所述控制裝置包括：尋線控制單元，用于獲取第一尋線電感產生的電壓值和第二尋線電感產生的電壓值，計算第一尋線電感產生的電壓值和第二尋線電感產生的電壓值之差，得到偏離值，根據所述偏離值控制移動底盤調整行進方向。優選的，所述控制裝置包括：植物檢測控制單元，用于獲取紅外傳感器發送的植物檢測信息，將植物檢測信息中紅外傳感器與植物的距離與預先設定的距離閾值進行比較，當紅外傳感器與植物的距離小于預先設定的第一距離閾值時，控制移動底盤停止移動，控制噴灑裝置進行農藥噴灑，當紅外傳感器與植物的距離小于預先設定的第二距離閾值時，控制噴灑裝置停止農藥噴灑。優選的，所述控制裝置包括：人體檢測控制單元，用于獲取人體檢測裝置發送的人體檢測信息，判斷檢測噴灑區域是否存在人體，當存在人體時停止移動底盤，當不存在人體時控制噴灑裝置進行農藥噴灑。優選的，所述噴灑裝置包括水泵、水箱、噴頭和水管，所述水箱與水泵連接，所述水泵與所述水管連接，所述水管與所述噴頭連接，所述水泵和水管與所述控制裝置連接。優選的，所述智能農藥噴灑系統還包括車速測量裝置，所述車速測量裝置與所述控制裝置連接。本發明的上述技術方案的有益效果如下：上述方案中，通過設置移動底盤能夠方便在噴灑區域進行移動，設置檢測裝置能夠對噴灑區域的植物和人體進行檢測，設置控制裝置和噴灑裝置，能夠自動對植物進行農藥噴灑，提高農藥噴灑效率和精度。附圖說明圖1為本發明實施例的智能農藥噴灑系統結構示意圖；圖2為本發明實施例的智能農藥噴灑系統PID條件仿真結果示意圖。[主要元件符號說明]1、移動底盤；2、控制裝置；3、噴灑裝置；4、人體傳感器；5、紅外傳感器。具體實施方式為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。如圖1所示，本發明實施例的一種智能農藥噴灑系統，所述智能農藥噴灑系統包括移動底盤1、檢測裝置、控制裝置2和噴灑裝置3，所述檢測裝置、控制裝置2和噴灑裝置3設置在所述移動底盤1上，所述控制裝置2分別與所述移動底盤1、檢測裝置、噴灑裝置4連接，所述檢測裝置包括紅外傳感器4和人體傳感器5，所述紅外傳感器4和人體傳感器5與所述控制裝置2連接；所述移動底盤1，用于驅動農藥噴灑系統通過小車循跡按照噴灑區域預設的軌跡進行移動；所述檢測裝置，用于檢測噴灑區域的植物和人體，當檢測到植物或人體時，向控制裝置發送檢測信息；所述控制裝置3，用于控制檢測裝置進行檢測，接收檢測裝置發送的檢測信息，控制移動底盤移動，控制噴灑裝置進行農藥噴灑；所述噴灑裝置4，用于根據控制裝置控制進行農藥噴灑。本發明實施例的智能農藥噴灑系統，通過設置移動底盤能夠方便在噴灑區域進行移動，設置檢測裝置能夠對噴灑區域的植物和人體進行檢測，設置控制裝置和噴灑裝置，能夠自動對植物進行農藥噴灑，提高農藥噴灑效率和精度。本發明實施例的智能農藥噴灑系統，移動底盤可以以飛思卡爾智能車做底盤，通過小車循跡系統，實現小車在農田中按照預設的軌跡運動。其中，所述移動底盤設置有第一尋線電感和第二尋線電感，所述第一尋線電感和第二尋線電感與控制裝置連接。優選的，所述第一尋線電感和第二尋線電感用于感應預先設置在第一尋線電感和第二尋線電感之間的導線產生的磁場變化，將所述磁場變化轉化為電壓值發送給控制裝置。具體的，為保證智能車底盤直線行駛穩定，轉向輕便靈活并盡可能的減少輪胎磨損，需要對小車的四輪定位參數進行調整。四輪定位內容主要有：主銷后傾角，主銷內傾角，前輪外傾角，前輪前束，外側車輪二十度時，內外轉向輪轉角差，后輪外傾角，后輪前束。其中，前輪定位的參數對小車性能有著至關重要的影響，這四個參數反映了前輪、主銷和前軸三者之間在車架上的位置關系。通過實際調整這些參數并觀察智能車跑動時效果，最終我們將前輪外傾角和前輪前束分別設為0度、0mm，主銷稍微內傾和后傾。智能車底盤的舵機按照說明書是建議安放位置是在車子的靠中部的地方，我們調整了舵機的位置，并選擇長度合適的舵機片，這樣可以達到快速轉向但又不會出現轉向力不足的情況。經長時間驗證，此方法可以確保舵機的可靠使用。在電機和電池相同的情況下，車體重量對于車的加減速性能有著至關重要的影響，因此在車身支架及設備布置時應該盡量減少不必要的配置，使車總重盡量減少。車體重心高低主要影響車身運動中的穩定性，對于過彎的平滑性也有一定影響。在減重以及重心調整我們采用以下幾點：我們將車子的前后結合懸掛拆掉，僅保留前后車體連接的塑料片，這樣已經足夠車體轉向時候的平衡。將車上各種設備盡量布置在車體轉動中心上，有利于車體在過彎時的響應，不容易使車子在拐彎時側翻。本發明實施例的智能農藥噴灑系統，所述紅外傳感器，用于采用三角測量法采集和檢測噴灑區域的植物，確定紅外傳感器與植物的距離，生成植物檢測信息，并將所述植物檢測信息發送給控制裝置；其中，所述紅外傳感器對檢測噴灑區域的植物進行檢測產生檢測電壓，利用下式將所述檢測電壓轉換為紅外傳感器與植物的距離；d＝(6762/(val-9))-4其中，d為紅外傳感器與植物的距離，val為檢測電壓。所述人體檢測裝置，用于利用熱釋電模塊對檢測噴灑區域的人體進行檢測，生成人體檢測信息，并將所述人體檢測信息發送給控制裝置。具體的，紅外測距傳感器的功能是利用采集到的距離信息判斷前方是否有樹木，如果有則讓小車停止并開啟農藥噴灑系統，可以選用夏普GP2Y0A02YK0F作為紅外測距傳感器。GP2Y0A02YK0F是夏普的一款距離測量傳感器模塊。它由PSD(positionsensitivedetector)IRED(infraredemittingdiode)以及信號處理電路三部分組成。由于采用了三角測量方法，被測物體的材質、環境溫度以及測量時間都不會影響傳感器的測量精度。傳感器輸出電壓值對應探測的距離，通過測量電壓值就可以得出所探測物體的距離，所以這款傳感器可以用于距離測量、避障等場合。當前方有物體是人而不是樹木時，僅用距離傳感器就會出現誤噴灑，因而還需要加入一個人體檢測傳感器判斷前方物體是否是人，如果是則僅停車而不開啟噴灑裝置。這里可以選用HC-SR501熱釋電模塊作為人體檢測傳感器。該模塊常應用在防盜報警電路中，也可用在智能探測小車上面。它是全自動感應裝置，當人走到探測范圍內輸出高電平，人離開則延時輸出低電平。優選的，所述智能農藥噴灑系統還包括車速測量裝置，所述車速測量裝置與所述控制裝置連接。具體的，為了使小車速度可以控制，需要加入速度檢測傳感器模塊。常用的速度檢測傳感器有編碼器和光電碼盤。因為編碼器體積較大，而且價格較高，安裝不便，所以選擇采用光電碼盤對小車速度進行檢測。這種檢測方式安裝簡單，電路輕便，使用電源為5V，非常適合在類似的模型上使用，測量精度與編碼器并無太大差別，但缺點穩定性不好，將其固定死并不會有太大影響。優選的，所述智能農藥噴灑系統包括供電裝置，供電裝置的電機驅動電路，采用全橋驅動電路作為電機的驅動。主要是因其控制簡單，并且驅動能力較強。通過對驅動芯片輸出電流、加速、制動時間、穩定性能、發熱情況等性能進行比較，最終選擇BTS7970作為電機驅動芯片。使用四片BTS7970搭成兩個全橋電路對電機進行控制。優選的，所述噴灑裝置包括水泵、水箱、噴頭和水管，所述水箱與水泵連接，所述水泵與所述水管連接，所述水管與所述噴頭連接，所述水泵和水管與所述控制裝置連接。本發明實施例的智能農藥噴灑系統，所述控制裝置包括：尋線控制單元，用于獲取第一尋線電感產生的電壓值和第二尋線電感產生的電壓值，計算第一尋線電感產生的電壓值和第二尋線電感產生的電壓值之差，得到偏離值，根據所述偏離值控制移動底盤調整行進方向。其中，小車采用電感進行循線，因導線中有交變的電流，電感可以感應到其產生的交變的磁場，并返回相應電壓值。采用兩個電感進行方向的確定。當小車行進過程中偏離中心導線時，會使一邊電感靠近導線，一邊電感遠離導線，這就使單片機采集的數據一個增大一個減小。通過兩者做差就可以得出相應的偏離量。這里可以選用數字PID控制策略。PID是比例積分微分三個單詞首字母，PID控制器是控制系統中技術比較成熟，而且應用最廣泛的一種控制器。它的結構簡單，參數容易調整，因此在工業的各個領域中都有應用。PID最先出現在模擬控制系統中，傳統的模擬PID控制器是通過硬件(電子元件、液壓元件等)來實現它的功能。隨著計算機的出現，把它移植到計算機控制系統中來，將原來的硬件實現的功能用軟件代替，從而形成數字PID控制器，其算法則稱為數字PID算法。數字PID控制器具有非常強的靈活性，可以根據試驗和經驗在線調整參數，因此可以得到更好的控制性能。此外，小車選用閉環結構進行控制。在閉環控制方面，考慮到控制的快速性和穩定性，我們采用了PD閉環控制。P項輸入量為當前車速與目標車速的差值，D項輸入量為當前車速與目標車速差值的變化率。通過公式Kp*P+Kd*D得到當前的輸出控制量。在實際調整中發現，適當增大P可以減小升時間，使調節更快，但會引起較大的震蕩；適當增大D可以減小震蕩，但會使上升至穩態的時間加長。當車在賽道上行駛時，屬于大慣性系統，所以在調整PD參數時可以優先考慮P項，當達到比較理想的調速時間后再進一步調整D，使調速更加平滑順暢。植物檢測控制單元，用于獲取紅外傳感器發送的植物檢測信息，將植物檢測信息中紅外傳感器與植物的距離與預先設定的距離閾值進行比較，當紅外傳感器與植物的距離小于預先設定的第一距離閾值時，控制移動底盤停止移動，控制噴灑裝置進行農藥噴灑，當紅外傳感器與植物的距離小于預先設定的第二距離閾值時，控制噴灑裝置停止農藥噴灑。其中，紅外傳感器所給出的電壓值對應著距離信息。當小車行駛路線兩旁出現了物體時(不能判斷是人還是樹木)，紅外傳感器就會返回一個較高的電壓值，當該電壓值大于我們所設定的閾值，單片機就發出控制命令，一方面讓電機停止轉動，從而小車停止前進，另一方面打開水泵，從而噴頭可以順利噴灑農藥。從而該部分程序關鍵是選擇合適的閾值并能合理開中斷和關中斷。例如，當車與樹木距離小于40cm時就可以進行農藥噴灑，從而根據換算公式計算得到相應電壓閾值為。當傳感器返回電壓值大于1700時，就開中斷使小車噴灑農藥。中斷是CPU在執行一個程序時，對系統發生的某個事件(程序自身或外界的原因)作出的一種反應。若中斷發生，CPU暫停正在執行的程序，保留現場后自動轉去處理相應的事件，處理完該事件后，到適當的時候返回斷點，繼續完成被打斷的程序。人體檢測控制單元，用于獲取人體檢測裝置發送的人體檢測信息，判斷檢測噴灑區域是否存在人體，當存在人體時停止移動底盤，當不存在人體時控制噴灑裝置進行農藥噴灑。其中，人體檢測傳感器用來判斷物體是人還是樹木。如果是人該傳感器就會返回高電平信號。因此在用紅外測距傳感器判斷出小車兩旁有物體時，首先要判斷人體檢測傳感器返回電平值是否是高電平，如果是則只令小車停止5s，否則還要執行打開水泵電機的命令。具體的，控制裝置可以為K60單片機，K60系列微控制器具有IEEE1558以太網，全速和高速USB2.0On-The-Go帶設備充電探測、硬件加密以及防篡改探測能力，具有豐富的模擬、通信、定時和控制外設，從100LQFP封裝256KB閃存開始可擴展到256MAPBGA1MB內存。大內存的K60系列微控制器還提供可選的單精度浮點單元、NAND閃存控制器和DRAM控制器。K60含有的功能模塊包括：串行通信UART、GPIO、定時器、A/D、D/A、CMP、TSI、SPI、I2C、I2S、CAN、USB、SDHC以及存儲模塊。這些功能足以滿足需要。本發明實施例的智能噴灑農藥系統實驗結果如下：紅外角度測試實驗由于紅外傳感器檢測范圍有限，為了能更精確的檢測，需要對紅外傳感器角度進行調整，實驗結果如表1所示。表1紅外傳感器與檢測準確率關系由表1可得，角度越小檢測準確率越高，故將角度取為0°。電感間距離不同，對導線感應范圍也不同，故需要調整電感間距離，使得其能感應更大的角度。實驗結果如表2所示。表2電感距離與檢測范圍由表2可得，電感間距離越大檢測范圍越大，故將距離取為20cm由于需要對速度進行控制，需要找到一組合適的參數使小車速度調節更快更穩，對此進行了matlab仿真。仿真結果如圖2所示圖中虛線為給定，粉線為未加入PID控制結果，藍線為只有P時的控制結果，綠線為PID控制結果。可見PID控制可以達到最好的效果。設定小車勻速運動，參數小的時候發現小車速度變化很大，參數大的時候小車速度變化也很大，經過多次調試找到了一組合適的值。測試數據及其效果如表3所示。表3速度PID調試參數P1102013I0303030D0303050效果差中差好本發明實施例的智能農藥噴灑系統，提出了智能噴灑農藥系統的設計方案并得到實現。在硬件方面，系統的控制是基于飛思卡爾K60單片機實現的。通過額定電壓為7.2V鋰電池和各種穩壓電路可以為小車行駛供電。通過搭建兩個全橋電路可以對電機進行控制從而完成驅動。噴灑部分主要由水泵、噴頭和連接的水管組成，通過控制水泵的開閉來控制是否噴水。在軟件設計方面，系統主要結合兩個傳感器所給出的信息發出相應的控制命令。首先通過紅外測距傳感器返回的電壓信息判斷車右側及前方是否有障礙物存在，如有，則開中斷讓小車停止前進。之后利用人體檢測傳感器返回電平值判斷車和樹之間是否有人，如果是低電平則該障礙物是樹木，開啟農藥噴灑裝置，否則是人，不作其它處理。本系統基本實現智能噴灑。采用無人車搭載檢測及噴灑裝置，實現精準噴灑，大大提高勞動生產率，降低人工成本，減少農藥污染與殘留。優選的，增加一個感應裝置判斷樹冠大小，并設計多組噴頭，令系統可根據感應結果選擇開放噴頭組數，實現有效噴灑，既不漏噴，也不重噴。以上所述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，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。當前第1頁1 2 3