CN105284550A - 一种基于二维运动控制的自动喷灌方法及一种自动喷灌装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二维运动控制的自动喷灌方法，包括：S1.获取灌溉区域的长度和宽度信息以及单个喷头固定喷灌时覆盖的灌溉面积信息；S2.计算喷头喷灌完灌溉区域需要移动的长度和宽度步数；S3.移动喷头自动移动宽度步数，然后，移动喷头沿灌溉区域的长度方向移动一步；S4.重复步骤S3，直到喷头走完长度步数。本发明还公开了基于以上方法的自动喷灌装置。本发明的方法和装置具有如下优点：提高喷头使用效率，以最少的喷头数量实现全覆盖喷灌；降低***维护成本和工程施工成本；实现了自动化、程序化和精细化喷灌，能够根据温室内各种作物布局、作物需求实时确定各个喷头的开、关动作及喷灌路径，做到真正的按需喷灌。

Description

一种基于二维运动控制的自动喷灌方法及一种自动喷灌装置

技术领域

本发明涉及农业自动化控制领域，具体涉及一种基于二维运动控制的自动喷灌方法及一种自动喷灌装置。

背景技术

喷灌是利用喷头等专用设备把有压水喷洒到空中，形成水滴落到地喷灌面和作物表面的灌溉方法。喷灌具有省水、省工、提高土地利用率、增产和适应性强的特点。

喷灌包括固定式喷灌***和移动式喷灌***。

固定式喷灌***的特征是除喷头外，各组成部分在长年或灌溉季节均固定不动。干管和支管多埋设在地下，喷头装在由支管接出的竖管上。固定式喷灌***的优点是操作方便，效率高，占地少，也便于综合利用（如结合施肥、喷农药等）和实现灌溉的自动控制。其缺点是：

1.铺设喷头及相关设备工程量巨大；

2.喷头成本高，使用率低；

3.可实现的喷灌动作局限性大，无法做到精细化喷灌；

4.针对某一种特定作物可用，一旦出现灌溉区域内作物变换或者多重作物共存的情况，无法满足作物的喷灌需求。

5.由于各个喷头都可能出现堵塞、破损等情况，因此，喷头维护工作量大。

移动式喷灌***是将多个喷头固定在移动式横梁上，通过控制移动式横梁的往复移动及各个喷头的开关以实现喷灌。移动式喷灌***能够减少喷头及相关设备的数量。但移动式喷灌***可实现的喷灌动作仍然有很大的局限性：

1.在喷灌机的横梁上，各个喷头之间的间距无法根据温室内的作物布局/物种需求等情况进行自动调整，如果作物布局变换，只能人工根据实际情况进行喷灌机的工程调整以满足实际需要；

2.多重作物共存时，也需要人工进行调整，无法实现自动化精细化喷灌；

3.各个喷头开关状态无法独立控制，只能全部打开或全部关闭，无法满足不同作物的喷灌需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于二维运动控制的自动喷灌方法及一种自动喷灌装置，能够根据具体情况，实现对作物的自动化、程序化、精细化喷灌。

本发明的一个实施例提供了一种基于二维运动控制的自动喷灌方法，包括以下步骤：

S1.获取灌溉区域的长度和宽度信息以及单个喷头固定喷灌时所覆盖的灌溉面积信息；

S2.计算喷头喷灌完灌溉区域需要移动的长度步数和宽度步数；

S3.通过自动控制装置移动喷头自动移动宽度步数，然后，通过自动控制装置移动喷头沿灌溉区域的长度方向移动一步；

S4.重复步骤S3，直到喷头走完长度步数。

本发明的另一个实施例提供了一种自动喷灌装置，包括可自动横向移动的横截面为“П”字形的机架，机架连接机架运动自动控制装置，机架运动自动控制装置控制所述机架沿机架横截面方向运动；机架顶部横梁上设有可在横梁上自动往复移动的长杆，长杆连接长杆运动自动控制装置，长杆运动自动控制装置控制长杆沿横梁轴向往复运动；机架运动自动控制装置和长杆运动自动控制装置均通过设置在计算机上的控制软件进行自动控制，控制软件界面区域绘制灌溉区域内作物的区域布局，控制软件可以设有参数设置界面，可以设置不同作物相应的喷灌参数，包括喷灌量、喷头的运行速度和喷灌水压指标；当灌溉区域内作物变换时，通过软件界面将相应参数进行设置，实现新喷灌流程的自动化运行。当一个喷灌区域内有多重作物时，通过控制软件界面实现对单独区域的喷灌控制，根据每个单独区域内作物实际喷灌需求进行喷灌参数设置及自动喷灌控制。长杆上设有多个喷头，多个喷头连接输水分支管道和喷头开关，输水分支管道连接输水主管道。

本发明提供的基于二维运动控制的自动喷灌方法及自动喷灌装置，具有如下优点：

1.提高喷头使用效率，以最少的喷头数量实现全覆盖喷灌。

2.降低***维护成本和工程施工成本。

3.实现了自动化、程序化和精细化喷灌，能够根据温室内各种作物布局、作物需求实时确定各个喷头的开、关动作及喷灌路径，做到真正的按需喷灌。

4.当灌溉区域内作物变换时，只需要将相应参数进行设置，即可实现新喷灌流程的自动化运行。

附图说明

图1所示为本发明的基于二维运动控制的自动喷灌方法的一个实施例的流程图；

图2所示为本发明的一个实施例中灌溉区域通过软件设置显示在一个X/Y坐标系内的示意图；

图3所示为本发明的通过控制软件自动规划喷灌路径的一个实施例的示意图；

图4所示为本发明的自动喷灌装置的一个实施例的主视图；

图5所示为本发明的自动喷灌装置的一个实施例的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。

参考图1，图1所示为本发明的基于二维运动控制的自动喷灌方法的一个实施例100的流程图。实施例100包括如下步骤101至104。

在步骤101中，获取灌溉区域的长度和宽度信息以及单个喷头固定喷灌时所覆盖的灌溉面积信息。

在步骤102中，计算喷头喷灌完灌溉区域需要移动的长度步数和宽度步数。

在本发明的一个实施例中，可以将灌溉区域网格化为多个固定大小的网格，该网格的大小不大于单个喷头固定位置喷灌时所覆盖的面积；此时，喷头喷灌完灌溉区域需要移动的宽度步数即为网格在灌溉区域的宽度方向的个数除以喷头个数所得商值向上取整所得之值，喷头喷灌完灌溉区域需要移动的长度步数即为网格在灌溉区域的长度方向的个数。

参考图2，进一步地，在本发明的一个实施例中，可以将灌溉区域通过软件设置显示在一个X/Y坐标系内，X轴代表灌溉区域的宽度，Y轴代表灌溉区域的长度，灌溉区域以多个网格的形式呈现在这一坐标系内，灌溉区域可以有多重作物，可以根据灌溉区域作物属性情况，用计算机通过控制软件来设置灌溉参数，包括但不限于：运行速度、喷灌水压指标等；喷灌所用的喷头可以有多个，一般将坐标系的原点设为第一个喷头的起始位置，剩下的其余喷头位于X轴上。

在本发明的一个实施例中，可以在控制软件界面区域绘制灌溉区域内作物的区域布局，控制软件可以设有参数设置界面，可以设置不同作物相应的喷灌参数，如喷灌量、喷头的运行速度、喷灌水压指标等，当灌溉区域内作物变换时，只需要通过软件界面将相应参数进行设置，即可实现新喷灌流程的自动化运行。当一个喷灌区域内有多重作物时，也可以通过控制软件界面实现分区域的控制。

在本发明的一个实施例中，在控制软件界面区域绘制灌溉区域内作物的区域布局，控制软件可以设有参数设置界面，可以设置不同作物相应的喷灌参数，包括喷灌量、喷头的运行速度和喷灌水压指标；当灌溉区域内作物变换时，通过软件界面将相应参数进行设置，实现新喷灌流程的自动化运行。当一个喷灌区域内有多重作物时，通过控制软件界面实现对单独区域的喷灌控制，根据每个单独区域内作物实际喷灌需求进行喷灌参数设置及自动喷灌控制。

在步骤103中，通过自动控制装置移动喷头自动移动宽度步数，然后，通过自动控制装置移动喷头沿灌溉区域的长度方向移动一步。

在本发明的一个实施例中，设有可以在所述灌溉区域的长度方向的两侧往复移动的机架，机架上设有轨道机构，轨道机构与灌溉区域的宽度方向平行，轨道机构上设有可以沿轨道机构轴向往复移动的横梁，横梁上设有一个或多个喷头，先移动横梁在轨道机构上移动宽度步数，然后，通过自动控制装置移动横梁沿灌溉区域的长度方向移动一步；

在本发明的一个实施例中，可以用计算机通过控制软件来控制喷头自动移动宽度方向的步数和长度方向的步数。

在本发明的一个实施例中，当横梁上有多个喷头时，多个喷头X轴上的间距可以自动调整；多个喷头的Y轴上的位置始终相等。

进一步的，在本发明的一个实施例中，通过横梁装置进行自动喷灌的过程可以包含如下步骤：

1）首先根据当前喷灌区域的宽度信息计算各喷头在横梁上宽度方向上的平均间距，通过自动间距调整装置调整喷头的位置，调整后锁定喷头；

2）软件根据第一个喷头覆盖区域规划喷灌路径，如图3所示，第一个喷头按照图3所示的喷灌路径水平移动，横梁沿图3所示喷灌路径纵向移动；此时，由于其他喷头间距已经调整完毕并锁定在横梁上，因而实现多喷头同步运动，实现各自区域的喷灌动作。

在本发明的一个实施例中，当多个喷头运动时，控制软件根据规划的路径计算各个喷头的覆盖点，当覆盖点超出实际喷灌区域时，自动控制关闭喷头。

在步骤104中，重复步骤103，直到喷头走完灌溉区域长度步数，完成灌溉。

参考图4，图5，本发明的一个实施例公开了一种自动喷灌装置，包括可自动横向移动的横截面为“П”字形的机架1，机架1连接机架1运动自动控制装置，机架1运动自动控制装置控制机架1沿机架1横截面方向运动；机架1顶部横梁7上设有可在横梁7上自动往复移动的长杆4，长杆4连接长杆4运动自动控制装置，长杆4运动自动控制装置控制长杆4沿横梁7轴向往复运动；机架1运动自动控制装置和长杆4运动自动控制装置均通过设置在计算机上的控制软件进行自动控制，控制软件界面区域绘制灌溉区域内作物的区域布局，控制软件可以设有参数设置界面，可以设置不同作物相应的喷灌参数，包括喷灌量、喷头的运行速度和喷灌水压指标；当灌溉区域内作物变换时，通过软件界面将相应参数进行设置，实现新喷灌流程的自动化运行。当一个喷灌区域内有多重作物时，通过控制软件界面实现对单独区域的喷灌控制，根据每个单独区域内作物实际喷灌需求进行喷灌参数设置及自动喷灌控制。长杆4上设有多个喷头3，多个喷头3连接输水分支管道和喷头开关，输水分支管道连接输水主管道。

进一步地，在本发明的一个实施例中，喷头3能够在长杆4上沿长杆4轴向方向运动，喷头3开关均设有独立的喷头开关控制装置；喷头3在长杆4上沿长杆4轴向方向运动和喷头开关控制装置均通过控制软件进行控制，控制软件根据规划的路径计算各个喷头的覆盖点，当覆盖点超出实际喷灌区域时，自动控制关闭喷头3。

为了实现喷灌不同作物时对喷头喷灌距离不同的要求，喷头3能够在长杆4上沿长杆4轴向方向运动，以调整长杆4上各个喷头3之间的间距。

进一步地，为了实现能够在长杆4上调整各个喷头之间的间距，以实现对不同作物喷灌要求，可以设置喷头3连接电机5，电机输出轴上设有齿轮；长杆4上固定传送皮带6，传送皮带6上设有带齿，电机输出轴上的齿轮与传送皮带通过带齿啮合连接，电机连接电机驱动器，当电机轴转动时，通过齿轮与传送皮带的啮合，传送皮带不动，电机移动，从而带动与电机连接的喷头3在长杆4上移动，实现各个喷头3之间的间距调整，当喷头的间距调整大小不同时，可以让电机驱动器连接控制卡，通过控制软件实现每个喷头移动距离的单独、精确控制。

为了实现更精确的按需喷灌，可以设置每个喷头3上的喷头开关独立控制，对喷头开关的独立控制可以通过喷头开关连接控制卡，通过控制软件实现对喷头开关的自动控制。

实现机架1可移动的一种方式是在机架1的底部设置移动轮2。

机架1的移动控制可以通过让机架1通过减速器与电机连接，通过电机驱动机架1的移动；同样的，长杆4在机架1上的移动也可以通过让长杆4通过减速器连接电机，通过电机驱动长杆4的移动。

虽然以上述较佳的实施例对本发明做出了详细的描述，但并非用上述实施例限定本发明。本领域的技术人员应当意识到在不脱离本发明技术方案所给出的技术特征和范围的情况下，对技术特征所作的增加、以本领域一些同样内容的替换，如宽度步数和长度步数先后顺序的调整，支架位于灌溉区域内长度方向上引起的方法差别，均应属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于二维运动控制的自动喷灌方法，其特征是，包括：

S1.获取灌溉区域的长度和宽度信息以及单个喷头固定喷灌时所覆盖的灌溉面积信息；

S2.计算所述喷头喷灌完所述灌溉区域需要移动的长度步数和宽度步数；

S3.通过自动控制装置移动所述喷头自动移动所述宽度步数，然后，通过自动控制装置移动所述喷头沿灌溉区域的长度方向移动一步；

S4.重复步骤S3，直到所述喷头走完所述长度步数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述计算所述喷头喷灌完所述灌溉区域需要移动的长度步数和宽度步数的方法为：

将所述灌溉区域网格化为多个固定大小的网格，所述网格的大小不大于所述单个喷头固定位置喷灌时所覆盖的面积；此时，所述宽度步数即为所述网格在所述灌溉区域的宽度方向的个数除以所述喷头个数所得商值向上取整所得之值，所述长度步数即为所述网格在所述灌溉区域的长度方向的个数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述移动喷头自动移动所述宽度步数和长度步数的方法为：

S5.设有可以在所述灌溉区域的长度方向的两侧往复移动的机架，所述机架上设有轨道机构，所述轨道机构与所述灌溉区域的宽度方向平行，所述轨道机构上设有可以沿所述轨道机构轴向往复移动的长杆，所述长杆上设有一个或多个喷头，先移动所述长杆在所述轨道机构上移动所述宽度步数，然后，通过自动控制装置移动所述长杆沿灌溉区域的长度方向移动一步；

S6.重复步骤S5，直到所述长杆走完所述长度步数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，根据所述灌溉区域的作物种类的不同调整所述喷头和所述长杆的移动速度，以及所述喷头的喷灌水压指标。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征是，将灌溉区域通过软件设置显示在一个X/Y坐标系内，X轴代表所述灌溉区域的宽度，Y轴代表所述灌溉区域的长度，灌溉区域以多个网格的形式呈现在所述坐标系内，所述喷头可以有多个，所述坐标系的原点设为第一个喷头的起始位置，其余所述喷头均位于X轴上。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征是，在控制软件界面区域绘制灌溉区域内作物的区域布局，控制软件可以设有参数设置界面，可以设置不同作物相应的喷灌参数，包括喷灌量、喷头的运行速度和喷灌水压指标；当灌溉区域内作物变换时，通过软件界面将相应参数进行设置，实现新喷灌流程的自动化运行，当一个喷灌区域内有多重作物时，通过控制软件界面实现对单独区域的喷灌控制，根据每个所述单独区域内作物实际喷灌需求进行喷灌参数设置及自动喷灌控制。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征是，当多个所述喷头运动时，控制软件根据规划的路径计算各个喷头的覆盖点，当覆盖点超出实际喷灌区域时，自动控制关闭喷头。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征是，通过所述长杆进行自动喷灌的过程可以包含如下步骤：

1）根据所述喷灌区域的宽度信息计算多个所述喷头在所述长杆上宽度方向上的平均间距，通过自动间距调整装置调整所述喷头的位置，调整后锁定所述喷头；

2）控制软件根据所述第一个喷头覆盖区域规划喷灌路径，所述多个喷头均按所述喷灌路径水平同步移动，所述长杆沿所述喷灌路径纵向同步移动。

9.一种自动喷灌装置，其特征是，包括可自动横向移动的横截面为“П”字形的机架，所述机架连接机架运动自动控制装置，所述机架运动自动控制装置控制所述机架沿机架横截面方向运动；所述机架顶部横梁上设有可在所述横梁上自动往复移动的长杆，所述长杆连接长杆运动自动控制装置，所述长杆运动自动控制装置控制所述长杆沿所述横梁轴向往复运动；所述机架运动自动控制装置和长杆运动自动控制装置均通过设置在计算机上的控制软件进行自动控制，所述控制软件界面区域绘制灌溉区域内作物的区域布局，控制软件可以设有参数设置界面，可以设置不同作物相应的喷灌参数，包括喷灌量、喷头的运行速度和喷灌水压指标；当灌溉区域内作物变换时，通过软件界面将相应参数进行设置，实现新喷灌流程的自动化运行；当一个喷灌区域内有多重作物时，通过控制软件界面实现对单独区域的喷灌控制，根据每个所述单独区域内作物实际喷灌需求进行喷灌参数设置及自动喷灌控制；所述长杆上设有多个喷头，所述多个喷头连接输水分支管道和喷头开关，所述输水分支管道连接输水主管道。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征是，所述喷头能够在所述长杆上沿所述长杆轴向方向运动，所述喷头开关均设有独立的喷头开关控制装置；所述喷头在长杆上沿所述长杆轴向方向运动和喷头开关控制装置均通过所述控制软件进行控制，所述控制软件根据规划的路径计算各个喷头的覆盖点，当覆盖点超出实际喷灌区域时，自动控制关闭喷头。