CN105528004A - 一种智能喷洒机及智能喷洒方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能喷洒机，包括机架、履带式行走机构、喷洒机构、供电***、智能控制***，智能控制***包括主控制器、PLC分控制器和信号采集装置；PLC分控制器有CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成；一种智能喷洒方法，超声波传感器测量采集信号，将信号反馈给EM231模拟量输入模块，转换将信号传递给CPU模块和主控制器，CPU模块输出不同的喷洒量和喷洒高度的信号给喷洒机构；主控制器控制行走机构的移动；本发明的智能喷洒机和智能喷洒方法，可以根据喷洒目标的高度和所占空间大小的不同进行智能化喷洒，实现喷洒机的智能调节喷洒量和行走功能。

Description

一种智能喷洒机及智能喷洒方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体来说是一种智能喷洒机及智能喷洒方法。

背景技术

在对农作物进行农药喷洒作业中会造成农药残留和地下水污染，其产生的危害已被人们所关注，在当代现今绿色农业的发展正逐步采取有效措施减少农药的使用。为了生产出高效、安全、低污染的农产品，国内外的许多专家学者研制出了高效低污染的自动化喷药装置，使现代农药喷洒装置逐步实现智能化。这些智能化的喷药装置大大提高了农药的使用效率，降低了农药的使用量。

我国的植保机械自动化程度低，喷洒农药量不能根据植物长势的不同进行智能化喷洒，也不能实现热雾机的自动调节喷药量等功能。目前，针对果园、花卉大棚等高杆作物，病虫害的防治大多依靠人工背负机械式。

发明内容

本发明提供一种智能喷洒机，可以根据喷洒目标的高度和所占空间大小的不同进行智能化喷洒，实现喷洒机的智能调节喷洒量和行走功能。

一种智能喷洒机，包括机架、履带式行走机构、喷洒机构、供电***，所述履带式行走机构对称固定安装在机架的左右两侧，喷洒机构和供电***固定安装在机架上；

所述喷洒机构包括后端的储药箱和前端的喷杆，所述储药箱上安装有电动泵；储药箱通过管道与所述喷杆连接；所述喷杆的顶端安装有喷头；

所述的储药箱中安装有流量计；

所述喷洒机构上还安装有智能控制***，所述智能控制***包括主控制器、PLC分控制器和信号采集装置；所述PLC分控制器有CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成；所述CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成；所述输入模块为EM231模拟量输入模块；所述信号采集装置为安装在喷杆的顶端的超声波传感器；

优选的，所述喷头为可拆卸的喷头，包括外环基座和组装型出水圆环；所述组装型出水圆环包括四个同心的出水圆环，出水圆环半径分别为8cm、6cm、4cm、2cm，各出水圆环上对应设有60、40、30、20个喷洒孔，各出水圆环按半径从大到小的顺序套接组装。

优选的，所述储药箱内还安装有液位传感器。

优选的，所述喷杆为可伸缩的组合喷杆，所述组合喷杆包括喷杆A和喷杆B；喷杆B部分置于喷杆A内，喷杆B露出部分的顶端安装有超声波传感器；所述喷杆A内壁为导电材料制成；所述喷杆A内设置有液压缸和螺旋流量电磁阀，所述螺旋流量电磁阀的阀体呈螺旋状水道，水道连通喷头，螺旋流量电磁阀与喷杆内壁过盈配合；所述液压缸和CPU模块电连接，液压缸根据CPU模块输出的信号调节可伸缩的组合喷杆的伸缩长度；所述螺旋流量电磁阀固定在喷杆内壁上，所述喷头连在螺旋流量电磁阀上。

优选的，所述喷杆连接在储药箱上，连接处使用十字形凹槽外嵌套圆形的连接机构。

一种智能喷洒方法，在具有行走机构的喷洒设备上设置超声波传感器，所述喷洒设备包括有喷杆，超声波传感器安装在喷杆的顶端；

所述超声波传感器测量喷洒目标的高度和所占空间大小信号，将信号反馈给EM231模拟量输入模块，经过EM231模拟量输入模块采集并转换将信号传递给CPU模块和主控制器，所述CPU模块输出不同的喷洒量和喷洒高度的信号给喷洒机构；

喷洒机构中通过流量计控制喷洒的流量，所述流量计根据电动泵传输的流量，将药液流量传给喷头，同时压力表接收到药液流量的压力，将压力信号传输给螺旋流量电磁阀和液压缸，螺旋流量电磁阀通过改变吸合程度来控制喷洒的流量大小，液压缸控制喷杆的高度。

所述主控制器根据EM231模拟量输入模块传递的信号控制行走机构的移动。

本技术中使用的PLC即可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController),具有极高的可靠性和灵活性，因此被广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制***中。PLC主要有CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。CPU模块主要由微处理器(CPU芯片)和存储器组成。在PLC控制***中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新***的输出；存储器用来储存程序和数据。输入(Input)模块和输出(Output)模块简称为I/O模块，它们相当于人的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。编程器用来生成用户程序，并用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。PLC使用AC220V电源或DC24V电源，本发明中使用的是DC24V。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的侧视图。

图3为本发明十字形外嵌套圆形。

图4为本发明组合喷头的分解图。

图5为本发明喷洒***的流程图。

图6为本发明的控制方法流程图。

其中：1为机架、2为主控制器、3为PLC分控制器、4为信号发射器、5为PLC的CPU224CN模块、6为EM231的模拟量输入模块、7为无线信号接收器、8为储药箱、9为电动泵、10为液位传感器、11为压力表、12为流量计、13为十字形凹槽外嵌套圆形的连接机构、14为喷杆A、15为喷杆B、16为组合喷杆、17为外环基座、181为出水圆环A、182为出水圆环B、183为出水圆环C、184为出水圆环D、19为喷头、20为超声波传感器、21为无刷直流电机、22为履带、23为张紧轮、24为支撑轮、25为拖轮、26为驱动轮、27为行走机构。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明：

一种智能喷洒机，包括机架1、履带式行走机构27、喷洒机构，履带行走机构包括履带22、驱动轮26、张紧轮23、拖轮25，动力机构与驱动轮连接，履带22安装在驱动轮26上，拖轮25通过轴承并行安装在机架上，拖轮25的底端内嵌在履带22内，张紧轮23通过轮心转动安装在支架后端且嵌在履带22内，张紧轮23轮心通过挡板和长螺杆与机架连接；机架1左右两侧通过焊接方式连接履带式行走机构27，机架1的后端安装有储药箱8，储药箱8尾部安装有电动泵9和液位传感器10，储药箱8的前部与组合喷杆16连接；

组合喷杆16包括喷杆A14和喷杆B15；喷杆B15部分置于喷杆A14内，喷杆B15露出部分的顶端安装有超声波传感器；喷杆A14内壁为导电材料制成；所述喷杆A14内设置有液压缸和螺旋流量电磁阀，液压缸可以控制喷杆B15的伸缩；螺旋流量电磁阀的阀体呈螺旋状水道，水道连通喷头，螺旋流量电磁阀与喷杆内壁过盈配合；组合喷杆16储药箱8的前部与喷杆A14连接，喷杆B15的顶端安装有超声波传感器20，超声波传感器20实时采集植株的高度和疏密程度；

喷杆B15的顶端安装有喷头19，喷头19为可拆卸的喷头，包括外环基座和组装型出水圆环；组装型出水圆环包括四个同心的出水圆环，出水圆环A181、出水圆环B182、出水圆环C183、出水圆环D184，四个出水圆环半径分别为8cm、6cm、4cm、2cm，各出水圆环上对应设有60、40、30、20个喷洒孔，各出水圆环按半径从大到小的顺序套接组装，四个出水圆环间可以采用热套法进行安装，用注入压力油的方法进行拆卸，这样对喷头无损害。热套安装法，即采用的是过盈配合连接，热套工艺在较高温度下完成，保证套装时的温度高于工件温度。

机架1的前端安装有PLC的CPU224CN模块5和EM231的模拟量输入模块6和PLC分控制器3，PLC分控制器3控制PLC的CPU224CN模块5和EM231的模拟量输入模块6，由超声波传感器20采集的信号进行处理并反馈给喷洒机构，从而控制喷头18组合喷出不同的喷洒量和喷洒高度。

喷洒机构包括储药箱8、电动泵9、药液传输***、喷杆14、喷杆15、组合喷头19、超声波传感器20，喷洒机构连接至储药箱8内部，电动泵9控制药液的流出；喷杆A14另外一端连接至储药箱8上，且连接处使用十字形外嵌套圆形13的连接方法，圆形以十字形为直径，即喷杆14安装在十字形的凹槽中，使得喷杆14可在十字凹槽中可进行上下左右四个不同方位、圆形轨道内调节。喷杆15另外一端连接喷头19，使得喷头19根据超声波传感器20得出的不同植株密度和高度，经过PLC分控制器3的处理调整高度并且喷出适量的药液。

药液传输过程中，电动泵9从储药箱8中抽出药液，若储药箱8的药液超出安全液位，则溢流阀动作并溢出药液，提醒操作人员不得再继续加药，流量12计根据电动泵9传输的流量，将药液流量传给压力表，进而药液流出。喷头19直接连在螺旋流量电磁阀上，螺旋流量电磁阀固定在喷杆16内部，螺旋流量电磁阀的阀体呈螺旋状水道，水道口径与喷药嘴口径一致，螺旋流量电磁阀与喷杆16内壁过盈配合，喷杆内部还配合螺旋流量电磁阀设置有方刚，PLC分控制器3通过调节方钢在喷杆16中的高度来改变螺旋流量电磁阀吸合程度，从而控制喷杆的高度和喷射的流量大小；达到根据超声波传感器20接收到的信号带动实现喷杆16的伸缩，从而调节喷杆16的高度和喷洒量的大小。

控制***包括主控制器2和PLC分控制器3，电动泵9、无刷直流电机21与主控制器2通信连接并由主控制器2控制其行走机构27，PLC分控制器3安装在机架1前端，主控制器2通过超声波传感器20获取喷雾机前方的植株高度和植株密度，主控制器2将信号传输给PLC分控制器3，经PLC分控制器3的处理后，根据上述待喷区域植株高度和植株密度控制动力机构、喷杆组合16和喷头19的动作。

超声波传感器20进行信号采集，将采集到的信号反馈给EM231模拟量输入模块6。喷洒机在果园中行走，根据超声波传感器测量的不同植株密度信号，将信号反馈给EM231模拟量输入模块6，经过模拟量的采集并将转换后的信号发送给PLC的CPU224CN模块5，进而由电磁阀调节组合型出水圆环的喷头19，根据植株密度喷出不同的药液量。同时根据超声波传感器20测量的喷杆15末端离地面的高度，将信号反馈给EM231模拟量输入模块6，经过模拟量的采集并转换将转换后的信号再发送给PLC的CPU224CN模块5，进而由喷杆内部液压缸调节喷杆的伸缩达到所需要的喷杆高度。

喷洒机构的机架1下方安装有无刷直流电机21，无刷直流电机21给履带行走机构27供电，保证其稳定行走，同时无刷直流电机21也给PLC的CPU224CN模块5和EM231模拟量模块6供电，以保证PLC的CPU224CN模块5和EM231模拟量模块6能够保持在通电状态进行信号的采集和处理。

Claims (6)

1.一种智能喷洒机，其特征在于：包括机架、履带式行走机构、喷洒机构、供电***，所述履带式行走机构对称固定安装在机架的左右两侧，喷洒机构和供电***固定安装在机架上；

所述喷洒机构包括后端的储药箱和前端的喷杆，所述储药箱上安装有电动泵；储药箱通过管道与所述喷杆连接；所述喷杆的顶端安装有喷头；

所述的储药箱中安装有流量计；

所述喷洒机构上还安装有智能控制***，所述智能控制***包括主控制器、PLC分控制器和信号采集装置；所述PLC分控制器有CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成；所述CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成；所述输入模块为EM231模拟量输入模块；所述信号采集装置为安装在喷杆的顶端的超声波传感器。

2.根据权利要求1所述的智能喷洒机，其特征在于，所述喷头为可拆卸的喷头，包括外环基座和组装型出水圆环；所述组装型出水圆环包括四个同心的出水圆环，出水圆环半径分别为8cm、6cm、4cm、2cm，各出水圆环上对应设有60、40、30、20个喷洒孔，各出水圆环按半径从大到小的顺序套接组装。

3.根据权利要求1所述的智能喷洒机，其特征在于，所述储药箱内还安装有液位传感器。

4.根据权利要求1所述的智能喷洒机，其特征在于，所述喷杆为可伸缩的组合喷杆，所述组合喷杆包括喷杆A和喷杆B；喷杆B部分置于喷杆A内，喷杆B露出部分的顶端安装有超声波传感器；所述喷杆A内壁为导电材料制成；所述喷杆A内设置有液压缸和螺旋流量电磁阀，所述螺旋流量电磁阀的阀体呈螺旋状水道，水道连通喷头，螺旋流量电磁阀与喷杆内壁过盈配合；

所述液压缸和CPU模块电连接，液压缸根据CPU模块输出的信号调节可伸缩的组合喷杆的伸缩长度；所述螺旋流量电磁阀固定在喷杆内壁上，所述喷头连在螺旋流量电磁阀上。

5.根据权利要求1所述的智能喷洒机，其特征在于，所述喷杆连接在储药箱上，连接处使用十字形凹槽外嵌套圆形的连接机构。

6.一种智能喷洒方法，其特征在于，在具有行走机构的的喷洒设备上设置超声波传感器，所述喷洒设备包括有喷杆，超声波传感器安装在喷杆的顶端；

所述超声波传感器测量喷洒目标的高度和所占空间大小信号，将信号反馈给EM231模拟量输入模块，经过EM231模拟量输入模块采集并转换将信号传递给CPU模块和主控制器，所述CPU模块输出不同的喷洒量和喷洒高度的信号给喷洒机构；

喷洒机构中通过流量计控制喷洒的流量，所述流量计根据电动泵传输的流量，将药液流量传给喷头，同时压力表接收到药液流量的压力，将压力信号传输给螺旋流量电磁阀和液压缸，螺旋流量电磁阀通过改变吸合程度来控制喷洒的流量大小，液压缸控制喷杆的高度；

所述主控制器根据EM231模拟量输入模块传递的信号控制行走机构的移动。