CN110326600A - 一种风速调控装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种风速调控装置及方法，包括：控制装置、步进电机和可控出风口，所述控制装置与所述步进电机电连接，所述可控出风口与风机输风管相连通，所述可控出风口包括活动侧板，所述可控出风口内设置连接杆，所述连接杆一端与所述活动侧板内壁固定连接，所述连接杆的另一端与传动齿条的一端固定连接，所述传动齿条通过传动装置与所述步进电机的输出轴活动连接。在对果树进行施药过程中，检测到相同体积的植株冠层时保持风机输风管风量不变，如果测得的植株冠层的叶面积指数不同，则需要调节施药的风速，则通过控制装置控制步进电机带动传动装置动作带动传动齿条运动，传动齿条拉动连接杆带动活动侧板运动，实现了可控出风口面积的改变，进而实现风速的调节。
Description
技术领域
本申请涉及农业设备技术领域，具体涉及一种风速调控装置及方法。
背景技术
在果园植保作业中，需要进行连续固定的参数作业，以保证果树的正常生长。传统技术中植保作业中的喷施农药大多为手动喷施，导致了作业效率低，为了解决上述问题，机械喷施则提高了作业效率。
但是现有的机械喷施较为普遍的问题无法对药物喷施时的风速进行有效调控，进而导致农药利用率低，大部分药液喷雾后飘失在空气中或沉积于地面上，造成了农药的浪费及环境的污染。尤其对于果树，果树不同位置的植株冠层的体积及叶面积指数等特征不同，如果造成部分冠层喷施过量，而部分冠层病虫害防治不足，不仅仅造成了农药的浪费，还影响了果品品质。
发明内容
本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供了一种风速调控装置，包括：控制装置、步进电机和可控出风口，所述控制装置与所述步进电机电连接，所述可控出风口与风机输风管相连通，所述可控出风口包括活动侧板，所述可控出风口内设置连接杆，所述连接杆一端与所述活动侧板内壁固定连接，所述连接杆的另一端与传动齿条的一端固定连接，所述传动齿条通过传动装置与所述步进电机的输出轴活动连接。
采用上述实现方式，在对果树进行施药过程中，保持风机输风管风量不变，如果需要调节施药的风速，则通过控制装置控制步进电机带动传动装置动作带动传动齿条运动，传动齿条拉动连接杆带动活动侧板运动，实现了可控出风口面积的改变，进而实现风速的调节。
结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述活动侧板包括对称设置的第一活动侧板和第二活动侧板，所述连接杆包括Y型连接杆、第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆的一端与所述第一活动侧板的内壁固定连接，所述第一连接杆的另一端与所述Y型连接杆的第一端活动连接；所述第二连接杆的一端与所述第二活动侧板的内壁固定连接，所述第二连接杆的另一端与所述Y型连接杆的第二端活动连接；所述Y型连接杆的第三端与所述传动齿条的一端固定连接。通过传动齿条运动带动Y型连接杆运动，Y型杆运动时带动第一连接杆和第二连接杆运动，从而使得第一活动侧板和第二活动侧板向两边运动或相向运动，从而改变可控出风口的出风面积。
结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述可控出风口包括一出风口连接件，所述第一活动侧板和所述第二活动侧板与所述出风口连接件之间设置有合页，所述第一活动侧板和所述第二活动侧板通过合页与所述出风口连接件活动连接。出风口连接件分为三个部分，其中一端的圆形部分与风机的圆形出风口固定连接，方形部分通过合页与第一活动侧板和第二活动侧板活动连接，中间部分为气流过渡部件，减少气流变化的影响。
结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述出风口连接件上还设置有橡胶罩，所述橡胶罩的两端分别与所述第一活动侧板和所述第二活动侧板固定连接。当控制第一活动侧板和第二活动侧板运动时，橡胶罩也随着发生形变，改变整个可控出风口的出风面积，进而实现风速的改变。
结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述传动装置包括第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述第一传动齿轮与所述步进电机的输出轴固定连接，所述第二传动轮分别与所述第一传动轮和所述传动齿条啮合连接。步进电机的输出轴转动带动第一传动齿轮转动，由于第二传动齿轮是分别与第一传动齿轮和传动齿条分别啮合的，因此在第一传动齿轮带动第二传动齿轮转动时，第二传动齿轮带动传动齿条运动。
结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮设置在传动装置罩内，所述传动装置罩与所述出风口连接件固定连接，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮通过传动柱与所述传动装置罩活动连接，所述传动柱与所述传动装置罩之间设置有摩擦轴承。传动装置罩可以实现对传动齿轮的保护，避免外界物体进入到传动齿轮中，影响其的转动。并且在传动柱与传动装置罩之间设置摩擦轴承，减少了传动柱与传动装置罩之间的摩擦。
结合第一方面，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述控制装置包括MCU和激光传感器，所述MCU包括计算单元和控制单元，所述计算单元与所述激光传感器电连接，所述控制单元分别与所述计算单元和所述步进电机电连接。计算单元接收到激光传感器发送的传感器数据可以计算出当前植株冠层叶面积指数，计算单元将确定出的当前植株冠层叶面积指数发送给控制单元，控制单元进行判断进而确定控制步进电机输出轴的转动方向，对活动侧板进行运动方向进行控制，实现对可控出风口出风面积的改变，进而根据当前植株冠层叶面积指数的不同实现对不同风速的调控。
第二方面，本申请实施例提供了一种风速调控方法，采用第一方面或第一方面任一实现方式的风速调控装置，所述方法包括：控制装置中的激光传感器获取当前植株冠层叶面积指数，并传送给MCU的计算单元进行处理；所述计算单元根据所述当前植株冠层叶面积指数处理后，将处理结果发送给MCU的控制单元，所述控制单元根据所述处理结果控制步进电机动作，带动活动侧板运动，改变可控出风口的出风口面积，调节所述可控出风口的风速。
结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述计算单元根据所述当前植株冠层叶面积指数处理后，将处理结果发送给MCU的控制单元，所述控制单元根据所述处理结果控制步进电机动作，带动活动侧板运动，改变可控出风口的出风口面积，调节所述可控出风口的风速，包括：如果当前植株冠层叶面积指数B1大于预设叶面积指数时，可控出风口的风量不变，风速增大，且设定所述可控出风口的宽度大于或等于0.05m，可控出风口风速或者，如果当前植株冠层叶面积指数B1小于预设叶面积指数时，可控出风口的风量不变，风速减小，且设定所述可控出风口的风速大于或等于12m/s，所述可控出风口风速其中：B0为参考植株冠层的叶面积指数，ks为出风口系数，S0S为当第一活动侧板和第二活动侧板与传动齿条平行时所述可控出风口的面积，S为当前可控出风口的面积，A0为参考植株冠层激光返回的个数，A1当前植株冠层返回的激光的个数。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种风速调控装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的可控出风口处的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的传动装置的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的传动装置的控制装置原理图；
图5为本申请实施例提供的可控出风口出风口面积缩小示意图；
图6为本申请实施例提供的可控出风口出风口面积增大示意图；
图7为本申请实施例提供的一种风速调控方法的流程示意图；
图1-7中，符号表示为：
1-步进电机，2-可控出风口，3-传动齿条，4-传动装置，5-第一活动侧板，6-第二活动侧板，7-Y型连接杆，8-第一连接杆，9-第二连接杆，10-出风口连接件，11-合页，12-橡胶罩，13-第一传动齿轮，14-第二传动齿轮，15-传动装置罩，16-传动柱，17-摩擦轴承。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。
图1为本申请实施例提供的一种风速调控装置的结构示意图，参见图1，本申请实施例提供的风速调控装置包括控制装置(图中未示出)、步进电机1和可控出风口2，所述控制装置与所述步进电机1电连接，所述可控出风口2与风机输风管相连通，所述可控出风口2包括活动侧板，所述可控出风口2内设置连接杆，所述连接杆一端与所述活动侧板内壁固定连接，所述连接杆的另一端与传动齿条3的一端固定连接，所述传动齿条3通过传动装置4与所述步进电机1的输出轴活动连接。在对果树进行施药过程中，保护风机输风管风量不变，如果需要调节施药的风速，则通过控制装置控制步进电机1带动传动装置4动作带动传动齿条3运动，传动齿条3拉动连接杆带动活动侧板运动，实现了可控出风口面积的改变，进而实现风速的调节。
进一步地，参见图2，所述活动侧板包括对称设置的第一活动侧5和第二活动侧板6，所述连接杆包括Y型连接杆7、第一连接杆8和第二连接杆9，所述第一连接杆8的一端与所述第一活动侧板5的内壁固定连接，所述第一连接杆8的另一端与所述Y型连接杆7的第一端活动连接。所述第二连接杆9的一端与所述第二活动侧板6的内壁固定连接，所述第二连接杆9的另一端与所述Y型连接杆7的第二端活动连接。所述Y型连接杆7的第三端与所述传动齿条3的一端固定连接。通过传动齿条3运动带动Y型连接杆7运动，Y型杆7运动时带动第一连接杆8和第二连接杆9运动，从而使得第一活动侧板5和第二活动侧板6向两边运动或相向运动，从而改变可控出风口的出风面积。
本实施例中所述可控出风口包括一出风口连接件10，所述第一活动侧板5和所述第二活动侧板6与所述出风口连接件10之间设置有合页11，所述第一活动侧板5和所述第二活动侧板6通过合页11与所述出风口连接件10活动连接。其中，出风口连接件10分为三个部分，其中一端的圆形部分与风机的圆形出风口固定连接，方形部分通过合页11与第一活动侧板5和第二活动侧板6活动连接，中间部分为气流过渡部件，减少气流变化的影响。
进一步参见图1，所述出风口连接件上还设置有橡胶罩12，所述橡胶罩12的两端分别与所述第一活动侧板5和所述第二活动侧板6固定连接。当控制第一活动侧板5和第二活动侧板6运动时，橡胶罩12也随着发生形变，改变整个可控出风口的出风面积，进而实现风速的改变。
参见图3，所述传动装置4包括第一传动齿轮13和第二传动齿轮14，所述第一传动齿轮13与所述步进电机1的输出轴固定连接，所述第二传动轮14分别与所述第一传动轮13和所述传动齿条3啮合连接。步进电机1的输出轴转动带动第一传动齿轮13转动，由于第二传动齿轮14是分别与第一传动齿轮13和传动齿条3分别啮合的，因此在第一传动齿轮13带动第二传动齿轮14转动时，第二传动齿轮14带动传动齿条3运动。
本实施例中，为了实现对传动齿轮的保护，避免外界物体进入到传动齿轮中，影响其的转动。所述第一传动齿轮13和所述第二传动齿轮14设置在传动装置罩15内，所述传动装置罩15与所述出风口连接件10固定连接。所述第一传动齿轮13和所述第二传动齿轮14通过传动柱16与所述传动装置罩15活动连接，所述传动柱16与所述传动装置罩15之间设置有摩擦轴承17。摩擦轴承17的设置减少了传动柱16与传动装置罩15之间的摩擦。
本申请实施例为了实现根据当前植株冠层叶面积指数实现对喷药量的精确控制，参见图4，本实施例中控制装置包括MCU和激光传感器，所述MCU包括计算单元和控制单元，所述计算单元与所述激光传感器电连接，所述控制单元分别与所述计算单元和所述步进电机电连接。
计算单元接收到激光传感器发送的传感器数据可以计算出当前植株冠层叶面积指数，计算单元将确定出的当前植株冠层叶面积指数发送给控制单元，控制单元进行判断进而确定控制步进电机输出轴的转动方向，对活动侧板进行运动方向进行控制，实现对可控出风口出风面积的改变，进而根据当前植株冠层叶面积指数的不同实现对不同风速的调控。
参见图5和图6分别为可控出风口出风面积缩小和增大的示意图，在两个状态下出风口的出风量保持不变，因此在图5状态下风速要大于图6状态下的风速。需要指出的是，本实施例中在图5状态下，要保证可控出风口的宽度大于或等于0.05m，而在图6状态下，要保证可控出风口的风速大于或等于12m/s。
由上述实施例可知，本实施例提供了一种风速调控装置，包括：控制装置、步进电机1和可控出风口2，所述控制装置与所述步进电机1电连接，所述可控出风口2与风机输风管相连通，所述可控出风口2包括两个对称设置的活动侧板，所述可控出风口内设置Y型连接杆7和与两个活动的侧板连接的第一连接杆8和第二连接杆9，第一连接杆8和第二连接杆9的一端分别与对应的活动侧板内壁固定连接，第一连接杆8和第二连接杆9的另一端分别与Y型连接杆7活动连接，Y型连接杆7与传动齿条3的一端固定连接，所述传动齿条3通过传动装置4与所述步进电机1的输出轴活动连接。在对果树进行施药过程中，检测到相同体积的植株冠层时保持风机输风管风量不变，如果测得的植株冠层的叶面积指数不同，则需要调节施药的风速，则通过控制装置控制步进电机1带动传动装置4动作带动传动齿条3运动，传动齿条拉动Y型连接杆7，Y型连接杆7通过第一连接杆8和第二连接杆9带动两个活动侧板运动，实现了可控出风口面积的改变，进而实现风速的调节。
与上述实施例提供的一种风速调控装置相对应，本申请还提供了一种风速调控方法实施例。参见图7，所述方法包括：
S101，控制装置中的激光传感器获取当前植株冠层叶面积指数，并传送给MCU的计算单元进行处理。
激光传感器可以根据激光返回点的个数，得到当前植株冠层叶面积指数其中，B0为参考植株冠层的叶面积指数，A0为参考植株冠层激光返回的个数，A1当前植株冠层返回的激光的个数。
S102，所述计算单元根据所述当前植株冠层叶面积指数处理后，将处理结果发送给MCU的控制单元，所述控制单元根据所述处理结果控制步进电机动作，带动活动侧板运动，改变可控出风口的出风口面积，调节所述可控出风口的风速。
如果当前植株冠层叶面积指数B1大于预设叶面积指数时，可控出风口的风量不变，风速增大，且设定所述可控出风口的宽度大于或等于0.05m，可控出风口风速
如果当前植株冠层叶面积指数B1小于预设叶面积指数时，可控出风口的风量不变，风速减小，且设定所述可控出风口的风速大于或等于12m/s，所述可控出风口风速
ks为出风口系数，本实施例中该系数取值为1.2。S为当第一活动侧板和第二活动侧板与传动齿条平行时所述可控出风口的面积。
具体地，
依据测得的冠层体积及叶面积指数的大小，出风口风速随之调节。其中第一步进电机的传动齿轮的齿数为n1，第二传动齿轮的齿数为n2、分度圆直径为d0，且步进电机的步进角为n0，当MCU每产生y个脉冲时，齿条行进距离d为
假设，当两侧的第一活动侧板和第二活动侧板与传动齿条三者平行时，两个连接杆的长度为L，连接杆与活动侧板连接点到合页的垂直距离为k，此时出风口宽度为m，长度为R，硬质橡胶套的长度为lp，当连接杆向内向外运动时，连接杆运动后与运动后前的夹角α为：
其中：a＝km，
其中，其中：flc为齿条运动函数，当齿条向内运动时为奇数1，当齿条向外运动时为偶数0。
在大田实际作业过程中，激光传感器不间断的扫描车体两侧的植株冠层，将返回的距离值及激光点数返回至计算单元，计算单元进行相应的处理，得到植株冠层详细的体积及叶面积指数信息，MCU根据具体信息进行仲裁并对控制单元做出相应指令，控制单元输出相应的控制脉冲，控制步进电机转动，步进电机的输出轴将动力传送依次至第一传动齿轮、第二传动齿轮、传动齿条和Y型连接杆，最后Y型连接杆通过第一连接杆和第二连接杆将动力传送至第一活动侧板和第二活动侧板，由此实现通过步进电机的转动实现可控出风口面积大小的改变，进而在不改变出风口风量的情况下改变出风口风速。
当所测植株冠层的叶面积指数小于预设叶面积指数时，可控出风口的风速变小，可防止由于出可控出风口风速过大将药液液滴吹离目标冠层的现象，减少环境污染。当所测植株冠层的叶面积指数大于预设叶面积指数时，可控出风口的风速变大，可减少由于可控出风口的出风风速过小造成药液液滴穿透力不足的现象。通过改变可控出风口的出风面积进而改变可控出风口的风速大小，实现精准施药防止部分冠层药液穿透力不足的问题，部分药液被吹离目标冠层飘逸至空气中，造成环境污染的问题。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本申请未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本申请的技术方案并非是对本申请的限制，如来替代，本申请仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本申请的宗旨，也应属于本申请的权利要求保护范围。
Claims (9)
1.一种风速调控装置，其特征在于，包括：控制装置、步进电机和可控出风口，所述控制装置与所述步进电机电连接，所述可控出风口与风机输风管相连通，所述可控出风口包括活动侧板，所述可控出风口内设置连接杆，所述连接杆一端与所述活动侧板内壁固定连接，所述连接杆的另一端与传动齿条的一端固定连接，所述传动齿条通过传动装置与所述步进电机的输出轴活动连接。
2.根据权利要求1所述的风速调控装置，其特征在于，所述活动侧板包括对称设置的第一活动侧板和第二活动侧板，所述连接杆包括Y型连接杆、第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆的一端与所述第一活动侧板的内壁固定连接，所述第一连接杆的另一端与所述Y型连接杆的第一端活动连接；所述第二连接杆的一端与所述第二活动侧板的内壁固定连接，所述第二连接杆的另一端与所述Y型连接杆的第二端活动连接；所述Y型连接杆的第三端与所述传动齿条的一端固定连接。
3.根据权利要求2所述的风速调控装置，其特征在于，所述可控出风口包括一出风口连接件，所述第一活动侧板和所述第二活动侧板与所述出风口连接件之间设置有合页，所述第一活动侧板和所述第二活动侧板通过合页与所述出风口连接件活动连接。
4.根据权利要求3所述的风速调控装置，其特征在于，所述出风口连接件上还设置有橡胶罩，所述橡胶罩的两端分别与所述第一活动侧板和所述第二活动侧板固定连接。
5.根据权利要求3所述的风速调控装置，其特征在于，所述传动装置包括第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述第一传动齿轮与所述步进电机的输出轴固定连接，所述第二传动轮分别与所述第一传动轮和所述传动齿条啮合连接。
6.根据权利要求5所述的风速调控装置，其特征在于，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮设置在传动装置罩内，所述传动装置罩与所述出风口连接件固定连接，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮通过传动柱与所述传动装置罩活动连接，所述传动柱与所述传动装置罩之间设置有摩擦轴承。
7.根据权利要求1所述的风速调控装置，其特征在于，所述控制装置包括MCU和激光传感器，所述MCU包括计算单元和控制单元，所述计算单元与所述激光传感器电连接，所述控制单元分别与所述计算单元和所述步进电机电连接。
8.一种风速调控方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的风速调控装置，所述方法包括：
控制装置中的激光传感器获取当前植株冠层叶面积指数，并传送给MCU的计算单元进行处理；
所述计算单元根据所述当前植株冠层叶面积指数处理后，将处理结果发送给MCU的控制单元，所述控制单元根据所述处理结果控制步进电机动作，带动活动侧板运动，改变可控出风口的出风口面积，调节所述可控出风口的风速。
9.根据权利要求8所述的风速调控方法，其特征在于，所述计算单元根据所述当前植株冠层叶面积指数处理后，将处理结果发送给MCU的控制单元，所述控制单元根据所述处理结果控制步进电机动作，带动活动侧板运动，改变可控出风口的出风口面积，调节所述可控出风口的风速，包括：
如果当前植株冠层叶面积指数B1大于预设叶面积指数时，可控出风口的风量不变，风速增大，且设定所述可控出风口的宽度大于或等于0.05m，可控出风口风速或者，
如果当前植株冠层叶面积指数B1小于预设叶面积指数时，可控出风口的风量不变，风速减小，且设定所述可控出风口的风速大于或等于12m/s，所述可控出风口风速其中：B0为参考植株冠层的叶面积指数，ks为出风口系数，S0为当第一活动侧板和第二活动侧板与传动齿条平行时所述可控出风口的面积，S为当前可控出风口的面积，A0为参考植株冠层激光返回的个数，A1当前植株冠层返回的激光的个数。
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