本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)用噴灑系統(tǒng)和噴灑方法領(lǐng)域，尤其涉及一種農(nóng)業(yè)智能噴灑系統(tǒng)及噴灑方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，幾千年來傳統(tǒng)的漫灌方式沿襲至今。傳統(tǒng)的漫灌方式雖然在一定程度上為農(nóng)戶提供了便利，但這種灌溉方法存在如下缺點(diǎn)：

1、全靠人工灌溉，占用大量的勞動(dòng)力，成本較高；

2、不能準(zhǔn)確定量的對(duì)大田進(jìn)行噴灑，浪費(fèi)水資源，不符合當(dāng)今精細(xì)農(nóng)業(yè)的要求。

3、傳統(tǒng)的漫灌方式很難使土壤濕度持續(xù)保持在適合作物生長(zhǎng)的最佳范圍內(nèi)，影響種子品質(zhì)和發(fā)芽率。現(xiàn)有的噴灑系統(tǒng)有效的解決了以上弊端。現(xiàn)有技術(shù)中提供的噴灑設(shè)備種類眾多，但都需要人工手動(dòng)操作，操作復(fù)雜，存在占用大量的人力和時(shí)間，噴灑不均勻等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種使用方便、使用效果好的農(nóng)業(yè)智能噴灑系統(tǒng)及噴灑方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：一種農(nóng)業(yè)智能噴灑系統(tǒng)，包括智能模塊、水源箱、車體、驅(qū)動(dòng)車體行進(jìn)的驅(qū)動(dòng)部以及設(shè)置于車體上的水箱、噴灑部和避障部；

智能模塊包括客戶端、濕度傳感器、無(wú)線傳輸單元、處理單元，濕度傳感器設(shè)置于土壤中，濕度傳感器檢測(cè)土壤的濕度信息，并將檢測(cè)到的濕度信息通過無(wú)線傳輸單元傳輸?shù)教幚韱卧?/p>

處理單元通過無(wú)線傳輸單元將信息傳輸?shù)娇蛻舳耍?/p>

避障部包括四個(gè)漫反射傳感器，4個(gè)漫反射傳感器分別位于車體的左右兩側(cè)和前后部；漫反射傳感器將檢測(cè)到的信息傳輸?shù)教幚韱卧幚韱卧敵鲂盘?hào)控制驅(qū)動(dòng)部的工作；

水源箱上設(shè)有出水口，出水口上設(shè)有機(jī)械開關(guān)；

噴灑部包括水泵、立桿和滑動(dòng)設(shè)置于立桿上的噴水管，噴水管上連通有噴頭；噴水管連接水泵的出口，水泵的進(jìn)口連接水箱；水箱上設(shè)置有水位傳感器和進(jìn)水口，進(jìn)水口配合出水口設(shè)置；水位傳感器將檢測(cè)到的水位信息傳輸?shù)教幚韱卧幚韱卧敵鲂盘?hào)控制水泵的工作。噴頭上連通有流量閥，處理單元輸出信號(hào)到流量閥控制從噴頭噴出的水量。驅(qū)動(dòng)部包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接的傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸帶動(dòng)車體移動(dòng)；傳動(dòng)軸上嚙合有齒輪，齒輪上傳動(dòng)連接有速度調(diào)整電機(jī)，處理單元輸出信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)和速度調(diào)整電機(jī)的工作。機(jī)械開關(guān)包括碰撞桿、滑動(dòng)桿以及出水筒，出水筒與水源箱連接；出水口設(shè)置于出水筒底面上；碰撞桿頂端配合出水筒外頂面設(shè)置有弧形凸起，弧形凸起的底面呈弧形；碰撞桿頂端與滑動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)連接，碰撞桿底端位于出水筒的下方；滑動(dòng)桿滑動(dòng)設(shè)置于出水筒中；滑動(dòng)桿底端配合出水口設(shè)置有塞子；滑動(dòng)桿上套設(shè)有復(fù)位彈簧，復(fù)位彈簧頂端與出水筒內(nèi)頂面貼合。立桿上滑動(dòng)設(shè)置有平衡桿，平衡桿水平設(shè)置，噴水管設(shè)置于平衡桿上。

平衡桿上連接有調(diào)節(jié)部，調(diào)節(jié)部包括鉸接的水平桿和傾斜桿，水平桿與車體滑動(dòng)連接，平衡桿設(shè)置于傾斜桿的頂端。還包括配合車體設(shè)置的行走軌道，車體在行走軌道上移動(dòng)。一種利用上述農(nóng)業(yè)智能噴灑系統(tǒng)進(jìn)行噴灑的方法，依次包括如下步驟：

1）檢測(cè)土壤濕度；

2）根據(jù)檢測(cè)到的土壤濕度判斷是否需要噴灑水，如果需要進(jìn)行步驟3），如果不需要進(jìn)行步驟1）；

3）車體行走，水從噴頭內(nèi)噴出，車體行走過程中單位面積的噴灑量為：

其中，Q為單位面積的噴灑量，a為大于1的常數(shù)，處理單元自動(dòng)給定；c為最佳土壤濕度，i為檢測(cè)到的土壤濕度，k為流量特征系數(shù)，v₀為車體行進(jìn)速度，P為噴頭處的工作壓力。

處理單元將土壤濕度信息傳輸?shù)娇蛻舳耍豢蛻舳溯敵鲂盘?hào)到處理單元控制車體和水泵的工作。

在步驟1）、2）、3）中，需要判斷水箱中是否需要加水，當(dāng)需要加水時(shí)，驅(qū)動(dòng)部帶動(dòng)車體移動(dòng)到水源箱處，水源箱中的水從出水口進(jìn)入到水箱中。

通過以上技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：1、本發(fā)明所述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)作物噴灑過程的自動(dòng)控制，機(jī)械化程度高，同時(shí)可以通過客戶端實(shí)現(xiàn)噴灑過程的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)方便，使用效果好。2、噴頭上連通有流量閥，易于對(duì)噴頭噴出的水量進(jìn)行控制。3、設(shè)置的機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)水箱的自動(dòng)加水過程，設(shè)計(jì)巧妙，各個(gè)部件使用壽命長(zhǎng)。4、立桿上滑動(dòng)設(shè)置有平衡桿，設(shè)置的平衡桿可以降低因車體移動(dòng)過程中的抖動(dòng)對(duì)噴灑出的水的影響。5、平衡桿上連接有調(diào)節(jié)部，通過調(diào)節(jié)部實(shí)現(xiàn)平衡桿的高度的調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)噴灑高度的調(diào)整。6、車體在行走軌道上移動(dòng)，從而便于車體行走過程的控制。7、本發(fā)明所述的方法實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)噴灑過程的自動(dòng)化，同時(shí)通過耦合噴灑量和車體行走速度之間的關(guān)系，可以對(duì)噴灑量進(jìn)行控制，進(jìn)而使得農(nóng)作物獲得最佳的噴灑量，提高噴灑效果。8、處理單元將土壤濕度信息傳輸?shù)娇蛻舳耍豢蛻舳溯敵鲂盘?hào)到處理單元控制車體和水泵的工作，便于客戶端對(duì)噴灑過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控。9、在步驟1）、2）、3）中，需要判斷水箱中是否需要加水，當(dāng)需要加水時(shí)，驅(qū)動(dòng)部帶動(dòng)車體移動(dòng)到水源箱處，水源箱中的水從出水口進(jìn)入到水箱中，從而避免噴灑過程中水箱中的水量不足的現(xiàn)象發(fā)生。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1俯視圖

圖3為機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明原理框圖；

圖5為本發(fā)明所述方法流程圖。

具體實(shí)施方式

一種農(nóng)業(yè)智能噴灑系統(tǒng)，如圖1、圖2和圖4所示，包括智能模塊和水源箱1。

智能模塊包括客戶端、濕度傳感器、無(wú)線傳輸單元和處理單元。

濕度傳感器設(shè)置于土壤中，濕度傳感器檢測(cè)土壤的濕度信息，并將檢測(cè)到的濕度信息通過無(wú)線傳輸單元傳輸?shù)教幚韱卧?/p>

客戶端為手機(jī)客戶端或電腦客戶端，處理單元通過無(wú)線傳輸單元與客戶端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，從而使用者可以通過客戶端遠(yuǎn)程接收系統(tǒng)的工作情況，也可以通過客戶端對(duì)系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)。

無(wú)線傳輸單元包括無(wú)線接收單元和無(wú)線發(fā)射單元，客戶端、濕度傳感器、無(wú)線接收單元、無(wú)線發(fā)射單元和處理單元均為成熟的現(xiàn)有技術(shù)。

其中，處理單元包括單片機(jī)、繼電器驅(qū)動(dòng)電路和電機(jī)正反轉(zhuǎn)芯片，繼電器驅(qū)動(dòng)電路為成熟的現(xiàn)有技術(shù)，電機(jī)正反轉(zhuǎn)芯片為市售產(chǎn)品；單片機(jī)輸出信號(hào)到繼電器驅(qū)動(dòng)電路，控制繼電器的工作；單片機(jī)輸出信號(hào)到電機(jī)正反轉(zhuǎn)芯片，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

水源箱1用于存儲(chǔ)水，在水源箱1上設(shè)置有機(jī)械開關(guān)5，機(jī)械開關(guān)5用于控制水是否從水源箱1中出來。其中，機(jī)械開關(guān)5如圖3所示，包括出水筒52，出水筒52與水源箱1連通。在出水筒52中滑動(dòng)設(shè)置有滑動(dòng)桿53，在滑動(dòng)桿53的末端設(shè)置有塞子54，出水筒52上設(shè)置有出水口，塞子54配合出水口設(shè)置，水源箱中的水可以通過出水口從水源箱中出來，將塞子54塞入出水口中可以防止水從水源箱中出來。

在滑動(dòng)桿53的上部設(shè)置有復(fù)位槽，復(fù)位槽中套設(shè)有復(fù)位彈簧55，復(fù)位彈簧55頂端與出水筒內(nèi)頂面貼合。在外力作用下滑動(dòng)桿53向上滑動(dòng)，復(fù)位彈簧55被壓縮，塞子離開出水口；當(dāng)外力被撤去后，滑動(dòng)桿53在復(fù)位彈簧作用下向下滑動(dòng)，復(fù)位彈簧復(fù)位，塞子進(jìn)入出水口。

為了便于滑動(dòng)桿53的滑動(dòng)，在滑動(dòng)桿53的頂端轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有碰撞桿51，碰撞桿51的末端位于出水筒52的下方。

碰撞桿51上配合出水筒的外頂面設(shè)置有弧形凸起56，弧形凸起56的底面呈弧形。當(dāng)碰撞桿51轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，弧形凸起56會(huì)頂?shù)匠鏊驳耐忭斆妫诨⌒瓮蛊鹱饔孟拢瑒?dòng)桿53向上滑動(dòng)。

在使用的時(shí)候，車體頂?shù)脚鲎矖U51，使得碰撞桿51轉(zhuǎn)動(dòng)；在弧形凸起作用下，滑動(dòng)桿向上滑動(dòng)，復(fù)位彈簧被壓縮，塞子離開出水口，水從水源箱中出來；當(dāng)車體內(nèi)的水加滿后，車體離開，在復(fù)位彈簧壓縮力作用下，弧形凸起轉(zhuǎn)動(dòng)，滑動(dòng)桿向下滑動(dòng)，從而使得塞子進(jìn)入到出水口，停止加水過程。此處，弧形凸起的底面呈弧形，可以防止復(fù)位彈簧復(fù)位的過程中出現(xiàn)弧形凸起被卡死的現(xiàn)象。

在水源箱1的側(cè)部設(shè)置有行走軌道2，在行走軌道2上設(shè)置有車體，車體在行走軌道上移動(dòng)。

車體底部配合行走軌道2設(shè)置有輪體3，輪體3帶動(dòng)車體在行走軌道2上移動(dòng)。在車體上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)部，驅(qū)動(dòng)部包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接的傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸帶動(dòng)輪體3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車體1的移動(dòng)，其中，處理單元輸出信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作。在傳動(dòng)軸上嚙合有齒輪，齒輪上傳動(dòng)連接有速度調(diào)整電機(jī)，通過速度調(diào)整電機(jī)實(shí)現(xiàn)車體1的加速或減速，便于車體1移動(dòng)過程的控制，處理單元輸出信號(hào)控制速度調(diào)整電機(jī)的工作。處理單元輸出信號(hào)控制電機(jī)的工作為成熟的現(xiàn)有技術(shù)。

在工作的時(shí)候，處理單元輸出信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)車體的移動(dòng)，當(dāng)需要對(duì)車體加速時(shí)，處理單元輸出信號(hào)使得速度調(diào)整電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相同，從而對(duì)車體進(jìn)行加速；當(dāng)需要對(duì)車體減速時(shí)，處理單元輸出信號(hào)使得速度調(diào)整電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反，從而對(duì)車體進(jìn)行減速。

在車體上設(shè)置有避障部，通過避障部可以防止車體撞到障礙物上，其中，避障部包括四個(gè)漫反射傳感器，4個(gè)漫反射傳感器分別位于車體的左右兩側(cè)和前后部，漫反射傳感器沒有在圖中顯示；漫反射傳感器將檢測(cè)到的信息傳輸?shù)教幚韱卧幚韱卧敵鲂盘?hào)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作。

當(dāng)避障部檢測(cè)到障礙物或目標(biāo)物體時(shí)，處理單元輸出信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作或停止工作。

在車體上還設(shè)置有水箱4，水箱4上配合出水口設(shè)置有進(jìn)水口，工作的時(shí)候，水通過出水口從水源箱中出來，并通過進(jìn)水口進(jìn)入水箱4中。

在水箱4中設(shè)置有水位傳感器，水位傳感器沒有在圖中顯示。水位傳感器將檢測(cè)到的水位信息傳輸?shù)教幚韱卧幚韱卧敵鲂盘?hào)控制水箱的加水過程。

在水箱4上連接有噴灑部，噴灑部包括與水箱4連通的水泵，水泵的為成熟的現(xiàn)有技術(shù)沒有在圖中顯示。水泵的進(jìn)水口與水箱4連通，水泵的出口上連接有管道7；管道7上連通有噴水管，噴水管上分布有8個(gè)噴頭11，噴頭11的數(shù)量也可以設(shè)置為9個(gè)，10個(gè)等，噴頭11沿噴水管長(zhǎng)度方向設(shè)置。

在噴水管和噴頭之間連接有流量閥，處理單元輸出信號(hào)控制流量閥的工作，從而實(shí)現(xiàn)噴出水量的控制。流量閥以及處理單元控制流量閥的工作均為成熟的現(xiàn)有技術(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)噴水管的支撐，在車體上設(shè)置有立桿6，立桿6與管道7連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)管道7的支撐。

在立桿6的上部滑動(dòng)設(shè)置有平衡桿10，噴水管與平衡桿10連接，其中平衡桿10水平設(shè)置，起到平衡的作用，防止噴水管在車體移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)抖動(dòng)的現(xiàn)象。

為了實(shí)現(xiàn)平衡桿10在立桿6上位置的調(diào)整，在平衡桿10上連接有調(diào)節(jié)部，調(diào)節(jié)部包括鉸接的水平桿9和傾斜桿8，水平桿9與車體滑動(dòng)連接，其中水平桿9與車體在水平方向上滑動(dòng)連接。平衡桿10設(shè)置于傾斜桿8的頂端，當(dāng)向外滑動(dòng)水平桿9時(shí)，因水平桿和傾斜桿鉸接，故傾斜桿的頂端會(huì)向下降，從而使得平衡桿10的高度降低，最終實(shí)現(xiàn)噴水管的高度調(diào)整，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)噴灑高度的調(diào)整。

其中，傾斜桿和水平桿調(diào)整后的固定為成熟的現(xiàn)有技術(shù)，可以通過螺栓實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明所述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠高效、快速、有效地實(shí)行農(nóng)業(yè)噴灑作業(yè)，使農(nóng)業(yè)噴灑實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化。

本發(fā)明還公開了一種利用上述系統(tǒng)進(jìn)行的農(nóng)業(yè)智能噴灑方法，該方法依次包括如下步驟：

1、檢測(cè)土壤濕度；

濕度傳感器檢測(cè)土壤濕度，并將檢測(cè)到的土壤濕度通過無(wú)線傳輸單元傳輸?shù)教幚韱卧幚韱卧獙⒔邮盏降耐寥罎穸刃畔⒑烷撝颠M(jìn)行比較；同時(shí)，處理單元將接收到的土壤濕度信息通過無(wú)線傳輸單元傳輸?shù)娇蛻舳耍M(jìn)而使得使用者可以根據(jù)客戶端實(shí)時(shí)得知土壤濕度信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤狀況的遠(yuǎn)程監(jiān)視。

2、根據(jù)檢測(cè)到的土壤濕度判斷是否需要噴灑水，如果需要進(jìn)行步驟3），如果不需要重復(fù)步驟1）；

處理單元根據(jù)接收到的土壤濕度和閾值的比對(duì)結(jié)果判斷是否需要噴灑水，當(dāng)檢測(cè)到的土壤濕度小于閾值時(shí)需要噴灑水。

3）車體行走，水從噴頭內(nèi)噴出；

當(dāng)處理單元判斷需要噴水時(shí)，處理單元輸出信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)、水泵和流量閥，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車體行走，水泵實(shí)現(xiàn)水從噴頭中噴出，而流量閥實(shí)現(xiàn)噴頭中噴出水量的多少。

其中，噴頭單位面積的噴灑量為：

其中，Q為單位面積的噴灑量，a為大于1的常數(shù)，為自動(dòng)給定；c為最佳土壤濕度，i為檢測(cè)到的土壤濕度，k為流量特征系數(shù)，為已知數(shù)；v₀車體行進(jìn)速度，P為噴頭處的工作壓力。

當(dāng)單位面積最佳的噴灑量確定時(shí)，有以下兩種情況：

1、已知流量特征系數(shù)，給定噴頭處的工作壓力，通過該關(guān)系式，調(diào)整車體行進(jìn)速度，進(jìn)而使得農(nóng)作物獲得最佳的噴灑量，提高對(duì)農(nóng)作物的作用效果；

2、已知流量特征系數(shù)，給定車體行進(jìn)速度，通過該關(guān)系式調(diào)整噴頭處的工作壓力，噴頭處的工作壓力的調(diào)整方式為，處理單元輸出信號(hào)控制流量閥，通過流量閥改變噴出的水量

在進(jìn)行步驟1）、2）、3）的過程中，處理單元隨時(shí)將驅(qū)動(dòng)電機(jī)和水泵的工作狀態(tài)通過無(wú)線傳輸單元傳輸?shù)娇蛻舳耍煌瑫r(shí)，處理單元接收客戶端通過無(wú)線傳輸單元傳送的信息，從而實(shí)現(xiàn)噴灑過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

在進(jìn)行在步驟1）、2）、3）的過程中，需要實(shí)時(shí)判斷水箱中是否需要加水，當(dāng)需要加水時(shí)，驅(qū)動(dòng)部帶動(dòng)車體移動(dòng)到水源箱處；

實(shí)現(xiàn)方法為：水位傳感器將檢測(cè)到的水位信息傳輸?shù)教幚韱卧幚韱卧鶕?jù)接收到的水位信息和水位閾值進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)弥贿^低時(shí)，處理單元輸出信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使得車體朝向水源箱行走；在行走的過程中，漫反射傳感器檢測(cè)水源箱同時(shí)避免車體碰到障礙物，當(dāng)車體到達(dá)水源箱處時(shí)，車體碰撞到碰撞桿，碰撞桿相對(duì)于滑動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)弧形凸起頂?shù)匠鏊驳耐忭斆鏁r(shí)，滑動(dòng)桿向上滑動(dòng)，塞子離開出水口，水源箱中的水從出水口進(jìn)入到水箱中；在加水的過程中，水位傳感器實(shí)時(shí)將檢測(cè)到水位信息傳輸?shù)教幚韱卧?dāng)處理單元判斷加入了足夠的水時(shí)，處理單元輸出信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)行走，從而使得車體離開碰撞桿，復(fù)位彈簧作用于滑動(dòng)桿，使得弧形凸起轉(zhuǎn)動(dòng)，滑動(dòng)桿下滑，塞子重新回到出水口。

本發(fā)明所述的方法實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)噴灑過程的自動(dòng)化，同時(shí)通過耦合噴灑量和車體行走速度之間的關(guān)系，可以對(duì)噴灑量進(jìn)行控制，進(jìn)而使得農(nóng)作物獲得最佳的噴灑量，提高噴灑效果；另，客戶端可以實(shí)時(shí)對(duì)噴灑過程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高了噴灑過程的自動(dòng)化程度。