CN108605923A - 农药施药监测与精准流量控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农药施药监测与精准流量控制装置及方法，包括混药器、流量计、喷头、控制器和红外遥感探测器，混药器实现农药现配现用，经主管道至喷头进行喷洒，红外遥感探测器探测农田的遥感图像，数据分析处理后生成相应的施药处方图和施药策略；控制器根据施药处方图和施药策略控制农药喷洒，通过控制水泵和注药泵调整施药浓度，根据摄像头、超声波雷达、流量计以及速度传感器传输的信号实时监测施药情况，调整施药浓度和流量实现精准施药和流量控制。本发明能够根据农田病虫害情况进行药物的浓度和药量计算，实时反馈，进行精准施药，提高农药利用率，避免盲目施药造成的农药残留和浪费。

Description

农药施药监测与精准流量控制装置及方法

技术领域

本发明涉及农药施药领域，具体涉及一种农药施药监测与精准流量控制装置及方法。

背景技术

植株的管理作业包括繁殖和栽植、整形修剪、病虫害防治、土肥水管理等，各个管理环节中，病虫害防治是最费工时、又非常重要的作业项目，其工作量约占植株管理总工作量的30％左右。据调查统计，植株在一年的生长期内要喷施农药8～16次，传统的方式是施药人员根据观察设定浓度，然后大面积进行喷洒，喷洒后约有50～70％的农药降落在土壤和周围环境中，盲目施药造成农药严重浪费，环境严重污染。

其次，固定的农药配比和大面积喷洒不能因地制宜，一些病虫害严重的部位会因喷洒浓度不足而得不到防治，无病虫害区域会因为喷洒过量导致农药残留，或引起作物大面积中毒和减产。提高农药的有效利用率，减少农药对环境的污染，是现代农业工程技术发展的一个重要目标。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种农药施药监测与精准流量控制装置及方法，能够根据农田病虫害情况进行药物的浓度和药量计算，实时反馈，进行精准施药，避免农药浪费和残留，提高农药利用率，避免盲目施药，在一定程度上使农药资源利用最大化。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

农药施药监测与精准流量控制装置，包括混药器、流量计、喷头、控制器和红外遥感探测器，混药器前端连接水泵和注药泵，水泵和注药泵分别与控制器连接，混药器后端连接主管道，混药器和主管道之间设有隔膜泵，主管道通过分路连接各个喷头，主管道上设有电动球阀和流量计，连接喷头的各分路上设置有电磁阀，电动球阀、电磁阀和流量计分别连接至控制器；

红外遥感探测器探测农田的的遥感图像并传输至智能终端或客户端，智能终端或客户端进行数据分析处理后生成相应的施药处方图和施药策略；

控制器上连接有通信模组，控制器通过通信模组连接至智能终端或客户端，从智能终端或客户端获取施药处方图和施药策略；

控制装置还包括摄像头和超声波雷达***，分别与控制器连接，摄像头用于实时获得喷洒画面，超声波雷达***能够实时监测无人机的飞行高度和喷头与作物的相对位置；

控制装置还包括与控制器连接的GPS导航仪、速度传感器和舵机控制装置；

控制器根据从智能终端或客户端获得的施药处方图和施药策略控制农药喷洒，通过控制水泵和注药泵调整施药浓度，根据摄像头、超声波雷达、流量计以及速度传感器传输的信号实时监测施药情况，通过实时监测和调整施药浓度和流量实现精准施药和流量控制。

水泵连接水箱，注药泵连接药箱；药箱中盛放农药药剂。

药箱为多个，分别盛放不同的农药药剂，对应的注药泵也为多个，分别与控制器连接。

所述流量计为涡轮流量计。

所述控制器包括单片机。

根据本发明所述的控制装置进行农药施药监测与精准流量控制的方法：包括以下步骤：

S1、在实施喷洒前，采用无人机搭载红外遥感探测器对待施药农田进行探测，获得农田的红外遥感图像，使用智能终端或客户端对遥感图像进行数据分析，获得农田的病虫草害分布图，由此生成相应的喷洒处方图，并根据不同区域的病虫草害情况，制定相应的喷洒策略，存储在智能终端或客户端；

S2、启动控制器，控制器通过通信模组从智能终端或客户端获得当前农田的施药处方图和施药策略；

S3、设定无人机初始飞行高度，根据喷洒处方图和所需施药范围通过GPS导航仪设定无人机飞行路线，启动舵机控制装置驱动无人机前进，通过控制旋翼的转速及不同方位旋翼旋转差速来控制整体行进速度及方向；

S4、在无人机的前进过程中，GPS导航仪和超声波雷达***分别获取当前喷洒位置和高度信息，将信号传回到控制器，控制器依据无人机当前所处位置对应的施药策略分析计算所需施药浓度，由此生成药液和水的配比比例，根据配比比例控制水泵和注药泵输出的水和药液体积，药液和水在混药器中混合为所需浓度，经隔膜泵流通至主管道，通过喷头进行喷洒；

S5、控制器同时接收流量传感器和速度传感器的信号，获得当前的喷洒速度和流量，并计算得到当前实际施药量，与施药策略设定的施药量对比，根据对比结果动态调整主管道电动球阀的开度调整流量，实现对农田和植株进行精准施药；

S6、摄像头拍摄当前施药画面并通过通信模组传输显示在智能终端或客户端上，控制器还将喷洒数据传输至智能终端或客户端，工作人员通过智能终端或客户端实时监测当前喷洒数据和无人机工作状态，若工作人员根据摄像头拍摄画面发现当前喷施区域病虫草害较为严重，而喷洒数据显示的喷洒量不足以控制当前病虫草害时，可以通过智能终端发送指令至控制器，使注药泵加大注药体积，提升施药浓度来达到预期效果；

S7、重复S3至S6至整个待施药农田喷洒完毕。

有益效果：

1.本发明的农药施药监测与精准流量控制装置，可通过红外遥感探测器探测农田图像获得病虫害分布情况，根据病虫害分布制定相应的施药处方图和施药策略，区别施药，无病虫害区域少施或不施药，有病虫害区域多施，有目的有针对性的进行施药，避免盲目施药造成的农药浪费和农药污染。

2.本发明的控制装置采用直接注入式农药控制方法，农药和稀释液体单独分装，通过水泵和注药泵按所需体积单独控制，农药现用现配，可实时调整农药配比浓度，方便根据实际的病虫害情况加大或减少施药浓度，相比传统的事先配制方式，节约农药，方便控制，更加精准。

3.控制装置与智能终端或客户端通信连接，摄像头拍摄的画面和控制器获得的喷洒数据能够实时传输到智能终端或客户端，工作人员可以根据画面和数据实时监测喷头与作物的相对位置、药雾三维空间分布状况、作物植株药液附着情况等参数，直观便捷，还能够根据实际病虫害情况，发送指令到控制器，实时调整施药策略。

4. 本发明的农药施药监测和精准流量控制装置，先在喷洒前根据病虫害情况制定大致的喷洒处方图和喷洒策略，喷洒过程中农药实时混合调配，通过流量计和电动球阀实时反馈和调整主管道流量，摄像头和超声波雷达***通过控制器将信息反馈给智能终端或客户端，工作人员实时监测喷洒作业，控制器根据传感器反馈的位置、流量、速度等信息融合计算，能够实时动态调整喷洒浓度和喷洒量，做到按需施药，精准流量控制，实现最优喷药效果。

附图说明

图1 本发明的控制装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，一种农药施药监测和精准流量控制装置，包括混药器、流量计、喷头、控制器和红外遥感探测器，其中混药器前端分别通过水泵和注药泵连接水管和药箱，药箱中盛放农药药剂。水泵和注药泵与控制器连接，接收控制器的信号调整泵出流体的体积。药箱可根据需要设置多个，多个药箱分别与多个注药泵连接。

混药器后端连接隔膜泵，隔膜泵连接主管道，主管道进行分路后连接至各个喷头。隔膜泵将混合之后的农药泵出至施药主管道，通过喷头进行喷洒。施药主管道上还设有流量计，用于监测管道中药液流量大小，流量计优选为涡轮流量计。

流量计与控制器连接，流量计将流量信号转为电信号，将电信号传输给控制器，控制器获取当前的流量情况。施药主管道上还设有电动球阀，分路上设置有电磁阀，电磁阀有多个，设置于每个喷头和主管道的分路连接处。控制器将得到的数据进行融合计算后，控制电动球阀的开度调整主管道流量，还可以通过控制各分路电磁阀的开闭决定喷头是否开启，若当前区域作业半径缩小，可以通过关闭边缘喷头分路上电磁阀缩小喷洒半径。

红外遥感探测器搭载在无人机上，并与智能终端或客户端通信连接，用于探测农田的的遥感图像。在实施喷洒前，采用红外遥感探测器对农田进行探测，获得农田的红外遥感图像，并传输至智能终端或客户端。由于不同植被和病虫害在红外遥感图像上反映的信息不同，因此根据探测结果进行数据分析，可以获得农田的病虫害分布图，根据各区域不同的病虫害情况，生成相应的喷洒处方图，由此制定相应的喷洒策略，存储在智能终端或客户端。

控制装置还包与控制器连接的摄像头和超声波雷达***，分别用于获取喷洒画面和探测作业高度及喷头与植株距离等信息。

控制器连接有通信模组，通过通信模组连接至智能终端或客户端，获得相应的施药处方图和施药策略，由此控制和调整农药配比浓度和喷洒流量。

通信模组可以为无线通信模组或有线通信模组。

控制器上还连接有GPS导航仪、速度传感器和舵机控制装置， GPS导航仪用于定位和引导无人机施药路线，速度传感器用于监测当前施药速度。舵机控制装置控制无人机旋翼的转速及不同方位旋翼差速来控制无人机整体的行进速度和方向。

控制器将摄像头拍摄的画面、速度传感器探测的速度，GPS导航仪获得的位置以及超声波雷达探测的高度等信息实时反馈到智能终端或客户端，工作人员可通过智能终端或客户端显示的喷头与作物的相对位置、药雾三维空间分布状况、作物植株药液附着情况等参数对无人机喷洒状态和喷头工作状态进行实时监控。

利用本发明的控制装置进行农药施药监测和精准流量控制的方法如下。

在实施喷洒前，无人机搭载红外遥感探测器对待施药农田进行探测，获得农田的红外遥感图像并传输至智能终端或客户端，智能终端或客户端对遥感图像进行数据分析，获得农田的病虫草害分布图，根据不同区域的病虫害情况，生成相应的喷洒处方图，制定对应的喷洒策略，存储在智能终端或客户端，用以指导后续喷洒作业。

随后，启动控制器，控制器通过通信模组从智能终端或客户端获得当前农田的施药处方图和施药策略。

设定无人机初始飞行高度，根据所需的施药范围通过GPS导航仪设定无人机飞行路线，舵机控制装置驱动无人机前进，通过控制旋翼的转速及不同方位旋翼旋转差速来控制整体行进速度及方向。

在无人机的前进过程中，GPS导航仪和超声波雷达***分别获取当前喷洒位置和高度信息，将信号传回到控制器，控制器依据无人机当前所处位置对应的施药策略分析计算所需施药浓度，由此生成药液和水的配比比例，根据配比比例控制水泵和注药泵输出的水和药液体积，药液和水在混药器中混合为所需浓度，经隔膜泵流通至主管道，通过喷头进行喷洒作业。

控制器同时接收流量传感器和速度传感器的信号，获得当前的喷洒速度和流量，并计算得到当前实际施药量，与施药策略设定的施药量对比，根据对比结果动态调整主管道电动球阀的开度调整流量，实现对农田和植株进行精准施药。

工作人员通过智能终端或客户端实时监测当前喷洒数据和无人机工作状态，包括喷头与作物的相对位置、药雾三维空间分布状况、作物植株药液附着情况，植株叶片虫害情况、以及当前喷洒高度、喷洒浓度、喷洒流量等信息，摄像头拍摄的画面通过通信模组显示在智能终端上，若工作人员发现当前喷施区域病虫草害较为严重，而喷洒数据显示的喷洒浓度不足以控制当前病虫草害时，可以通过智能终端发送指令至控制器，加大注药泵注药体积，提升施药浓度来达到预期效果。

本发明的农药施药监测和精准流量控制装置，先在喷洒前根据病虫害情况制定大致的喷洒处方图和喷洒策略，避免盲目施药造成的农药浪费和污染；喷洒过程中农药实时混合调配，根据不同的病虫害情况调整施药浓度；控制器还可以根据获取的信息实时调整喷洒流量；摄像头和超声波雷达***通过控制器将信息反馈给智能终端或客户端，工作人员实时监测喷洒作业，可根据实际情况发送指令给控制器动态调整施药策略，做到按需施药，精准流量控制，可以在很大程度上提高农药利用率和病虫害防治效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.农药施药监测与精准流量控制装置，包括混药器、流量计、喷头、控制器和红外遥感探测器，混药器前端连接水泵和注药泵，水泵和注药泵分别与控制器连接，混药器后端连接主管道，混药器和主管道之间设有隔膜泵，主管道通过分路连接各个喷头，主管道上设有电动球阀和流量计，连接喷头的各分路上设置有电磁阀，电动球阀、电磁阀和流量计分别连接至控制器；其特征在于：

红外遥感探测器探测农田的的遥感图像并传输至智能终端或客户端，智能终端或客户端进行数据分析处理后生成相应的施药处方图和施药策略；

控制器上连接有通信模组，控制器通过通信模组连接至智能终端或客户端，从智能终端或客户端获取施药处方图和施药策略；

控制装置还包括摄像头和超声波雷达***，分别与控制器连接，摄像头用于实时获得喷洒画面，超声波雷达***能够实时监测无人机的飞行高度和喷头与作物的相对位置；

控制装置还包括与控制器连接的GPS导航仪、速度传感器和舵机控制装置；

控制器根据从智能终端或客户端获得的施药处方图和施药策略控制农药喷洒，通过控制水泵和注药泵调整施药浓度，根据摄像头、超声波雷达、流量计以及速度传感器传输的信号实时监测施药情况，通过实时监测和调整施药浓度和流量实现精准施药和流量控制。

2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于：水泵连接水箱，注药泵连接药箱；药箱中盛放农药药剂。

3.如权利要求2所述的控制装置，其特征在于： 药箱为多个，分别盛放不同的农药药剂，对应的注药泵也为多个，分别与控制器连接。

4.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于：所述流量计为涡轮流量计。

5.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于：所述控制器包括单片机。

6.根据权利要求1-5任一项所述的控制装置进行农药施药监测与精准流量控制的方法：包括以下步骤：

S1、在实施喷洒前，采用无人机搭载红外遥感探测器对待施药农田进行探测，获得农田的红外遥感图像，使用智能终端或客户端对遥感图像进行数据分析，获得农田的病虫草害分布图，由此生成相应的喷洒处方图，并根据不同区域的病虫草害情况，制定相应的喷洒策略，存储在智能终端或客户端；

S2、启动控制器，控制器通过通信模组从智能终端或客户端获得当前农田的施药处方图和施药策略；

S3、设定无人机初始飞行高度，根据喷洒处方图和所需施药范围通过GPS导航仪设定无人机飞行路线，启动舵机控制装置驱动无人机前进，通过控制旋翼的转速及不同方位旋翼旋转差速来控制整体行进速度及方向；

S4、在无人机的前进过程中，GPS导航仪和超声波雷达***分别获取当前喷洒位置和高度信息，将信号传回到控制器，控制器依据无人机当前所处位置对应的施药策略分析计算所需施药浓度，由此生成药液和水的配比比例，根据配比比例控制水泵和注药泵输出的水和药液体积，药液和水在混药器中混合为所需浓度，经隔膜泵流通至主管道，通过喷头进行喷洒；

S5、控制器同时接收流量传感器和速度传感器的信号，获得当前的喷洒速度和流量，并计算得到当前实际施药量，与施药策略设定的施药量对比，根据对比结果动态调整主管道电动球阀的开度调整流量，实现对农田和植株进行精准施药；

S6、摄像头拍摄当前施药画面并通过通信模组传输显示在智能终端或客户端上，控制器还将喷洒数据传输至智能终端或客户端，工作人员通过智能终端或客户端实时监测当前喷洒数据和无人机工作状态，若工作人员根据摄像头拍摄画面发现当前喷施区域病虫草害较为严重，而喷洒数据显示的喷洒量不足以控制当前病虫草害时，可以通过智能终端发送指令至控制器，使注药泵加大注药体积，提升施药浓度来达到预期效果；

S7、重复S3至S6至整个待施药农田喷洒完毕。