CN112241845B - 一种智能变量喷杆喷雾作业质量评价***及其方法 - Google Patents

一种智能变量喷杆喷雾作业质量评价***及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种智能变量喷杆喷雾作业质量评价***及其方法，定位测速模块、喷雾管路流量压力监测模块固定在被测喷杆喷雾机上，用于实时采集被测喷杆喷雾机的速度、流量、压力信息并传输至主处理器；主处理器通过无线数据传输模块与地面监测设备相连，用于接收地面监测设备下发的控制指令以及上传被测喷杆喷雾机的速度、流量、压力信息；地面监测设备用于设定控制指令并生成与该控制指令对应的理论喷雾量，地面监测设备根据接收到的被测喷杆喷雾机的速度、流量、压力信息进行累计计算得到实际喷雾量，并将实际喷雾量与理论喷雾量对比得到施药量偏差。本发明能实时监测变量喷雾机随速喷洒流量的准确性、稳定性和响应特性。

Description

一种智能变量喷杆喷雾作业质量评价***及其方法
技术领域
本发明涉及喷雾机流量调节测试领域，具体涉及一种智能变量喷杆喷雾作业质量评价***及其方法。
背景技术
变量喷雾***对于减少农药使用量、提高作物喷洒均匀性有着比较显著的作用。喷杆喷雾机是目前我国植保机械的主打产品之一，智能变量控制部件是实现精准施药的关键部件，市场上很多喷杆喷雾机均已安装这一部件，并宣称其是实现“农药零增长”的利器。但是智能变量控制部件的质量参差不齐，有的甚至于根本不变量。我国乃至全世界均缺乏对变量控制部件的测试手段及评判标准。智能变量控制技术是植保机械行业的先进技术，生产企业、农户及农机管理部门对智能变量喷雾控制***纳入农机补贴的呼声一直很大，因此需尽快研究变量喷雾测试装备和方法，制定质量评价技术规范，为智能变量喷雾***的技术推广和农机补贴政策的制定提供科学依据。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种智能变量喷杆喷雾作业质量评价***及其方法，能实时监测变量喷雾机随速喷洒流量的准确性、稳定性和响应特性，解决以前测试方法复杂，不准确的问题，满足实际使用要求。
技术方案：本发明所述智能变量喷杆喷雾作业质量评价***，包括主处理、定位测速模块、无线数据传输模块、喷雾管路流量压力监测模块、地面监测设备；所述定位测速模块、喷雾管路流量压力监测模块固定在被测喷杆喷雾机上，用于实时采集被测喷杆喷雾机的速度、流量、压力信息并传输至所述主处理器；所述主处理器通过无线数据传输模块与地面监测设备相连，用于接收地面监测设备下发的控制指令以及向地面监测设备传输被测喷杆喷雾机的速度、流量、压力信息；所述地面监测设备用于设定控制喷杆喷雾机进行喷雾作业的控制指令并生成与该控制指令对应的理论喷雾量，所述地面监测设备根据接收到的被测喷杆喷雾机的速度、流量、压力信息进行累计计算得到实际喷雾量，并将实际喷雾量与理论喷雾量对比得到施药量偏差。
进一步地，所述定位测速模块为网络RTK或基站RTK。
进一步地，所述定位测速模块包括GNSS接收机、4G天线或移动基站；所述GNSS接收机采用多星多频天线，能够同时接收北斗、GPS和GLONASS三星七频段信号；所述4G天线采用GPRS 4G模块天线实时接收CORS站差分数据。
进一步地，所述无线数据传输模块为无线电台、WIFI、蓝牙中的一种或几种，包括数据发送端和数据接收端，数据发送端与所述主处理连接，数据接收端与所述地面监测设备连接。
进一步地，所述喷雾管路流量压力监测模块包括流量传感器和压力传感器，所述流量传感器和压力传感器通过高压水管和快速接头与被测喷杆喷雾机连接，流量传感器进水口和出水口的直管段为10D和5D。
采用上述智能变量喷杆喷雾作业质量评价***进行喷杆喷雾机质量评价方法，包括如下步骤：
S1：将主处理器、定位测速模块、喷雾管路流量压力监测模块、无线数据传输模块以及地面监测设备安装于相应位置；
S2：在被测喷杆喷雾机的控制器面板上设定施药量和喷幅参数，地面监测设备设定相同的施药量和喷幅参数；
S3：定位测速模块、喷雾管路流量压力监测模块实时采集速度、流量、压力信息，并将数据实时传输至主处理器；
S4：主处理器通过无线数据传输模块将数据实时传递至地面监测设备，地面面监测设备实时显示相关数据；
S5：地面监测设备依据被测喷杆喷雾机轨迹、喷幅计算作业面积，根据作业面积和设定施药量得到理论喷洒量，结合喷雾管路流量压力监测模块的累计流量数值计算得到施药量偏差，施药量偏差计算公式如下所示：
M1＝Q×L×S÷10000
Figure BDA0002736722820000021
M1为理论喷雾量、Q为设定施药量、L为喷幅、S为行驶距离，M2为实际喷雾量，ε为施药量偏差。
进一步地，根据速度与流量曲线，得到流量随速度调节响应特性；所述流量随速度调节响应特性包括滞后特性、调节特性；定义初始速度稳定段的平均值为v0，目标速度稳定段的平均值为v1，两者差值为Δv；初始流量稳定段的平均值为q0，目标流量稳定段的平均值为q1，两者差值为Δq；所述滞后特性为启动滞后时间tz1和达到滞后时间tz2的平均值，所述调节特性为速度调节时间与流量调节时间之间的差值。
进一步地，所述启动滞后时间为10％Δv至10％Δq之间的时间，所述达到滞后时间为90％Δv至90％Δq之间的时间，所述速度调节时间为10％Δv至90％Δv之间的时间，所述流量调节时间为10％Δq至90％Δq之间的时间。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过网络RTK技术(Real-time kinematic)和雷达获取喷杆喷雾机的前进速度；采用高精度流量传感器和压力传感器监测喷杆喷雾机管路流量和压力变化；通过CAN总线完成流量、压力、速度数据的传输；地面监测设备设定控制喷杆喷雾机进行喷雾作业的控制指令并计算理论喷雾量，同时根据接收到的被测喷杆喷雾机的速度、流量、压力信息进行累计计算得到实际喷雾量，将实际喷雾量与理论喷雾量对比得到施药量偏差，根据速度与流量曲线，得到流量随速变化的准确性、稳定性和响应特性。
附图说明
图1为本发明智能变量喷杆喷雾机作业质量评价***组成示意图；
图2为本发明智能变量喷杆喷雾机作业质量评价***主处理器组成框图；
图3为本发明实施例1智能变量喷杆喷雾机作业质量评价方法流程示意图；
图4为本发明实施例1智能变量喷杆喷雾机流量随速控制响应特性原理分析图；
图5为本发明实施例1智能变量喷杆喷雾机作业质量评价***实现评价功能的处理器内部程序流程图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：如图1所示的智能变量喷杆喷雾作业质量评价***，包括主处理器、定位测速模块、喷雾管路流量压力监测模块、无线数据传输模块以及地面监测设备。
定位测速模块与主处理器连接，用于测定机具实时前进速度以及作业面积等参数；为网络RTK或基站RTK的一种，包括GNSS接收机、4G天线或移动基站；所述GNSS接收机采用多星多频天线，同时接收北斗、GPS和GLONASS三星七频段信号；所述4G天线采用GPRS 4G模块天线实时接收CORS站差分数据；所述测速模块还可以是雷达、角度编码器、霍尔传感器的一种或多种；通过CAN总线与主处理器通讯。
喷雾管路流量压力监测模块包括终端处理器、流量传感器和压力变送器，流量传感器、压力变送器通过高压水管和快速接头连接与喷杆喷雾机的喷液管道连通，流量传感器进水口和出水口直管段为10D和5D；所述终端处理器负责收集流量压力信息通过CAN总线传递至主处理器；
数据传输模块为无线数传方式，包括数据发送端和数据接收端；可以是无线电台、WIFI、蓝牙等中的一种或几种。
如图2所示，主处理器包括中央处理器、各类模块(稳压降压模块、4G模块、RTK模块)、天线接口与数据通讯接口；用于信息的收集，并通过无线数据传输模块实时与地面监测设备通讯，
如图3-5所示，智能变量喷杆喷雾机作业质量评价***实现评价功能，包括以下步骤：
步骤1、将主处理器、定位测速模块、喷雾管路流量压力监测模块、数据传输模块以及地面监测设备安装于相应位置；
步骤2、在被测机具控制器面板、评价***地面监测软件输入相同的施药量和喷幅等参数；
步骤3、定位测速模块、流量传感器和压力变送器实时采集速度、流量、压力等信息，通过通讯电路将数据实时传递至主处理器；
步骤4、主处理器通过无线数据传输模块将数据实时传递至地面监测设备，地面监测设备通过显示屏幕实时呈现相关数据；
步骤5、地面监测设备依据机具轨迹、喷幅计算作业面积，根据作业面积和设定的施药量得到理论喷洒量，结合流量传感器的累计流量数值计算得到施药量偏差；同时根据速度与流量曲线，得到流量随速调节响应特性。
根据步骤5所述智能变量喷杆喷雾机作业质量评价包括施药量偏差、流量随速调节响应特性两部分。所述施药量偏差计算公式如下所示，M1为理论喷雾量、Q为设定施药量、L为喷幅、S为行驶距离，M2为实际喷雾量，ε为施药量偏差。例如，某款机具，其设定施药量为150L/hm2，喷幅10m，试验过程中所行驶的距离为100m，则可计算得到理论喷雾量为15L；通过流量计获取实际喷雾量为14L，则可计算得到喷雾量偏差为6.7％。
M1＝Q×L×S÷10000
Figure BDA0002736722820000051
所述流量随速调节响应特性包括滞后特性、调节特性。定义初始速度稳定段的平均值为v0，目标速度稳定段的平均值为v1，两者差值为Δv；初始流量稳定段的平均值为q0，目标流量稳定段的平均值为q1，两者差值为Δq。10％Δv至10％Δq之间的滞后时间为tz1，90％Δv至90％Δq之间的滞后时间为tz2；所述滞后特性为两者平均值tz。10％Δv至90％Δv之间的速度调节时间为ts，10％Δq至90％Δq之间的流量调节时间为tq，所述调节特性εt定义为tq与ts的差值。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (7)

1.一种智能变量喷杆喷雾作业质量评价***，其特征在于：包括主处理器、定位测速模块、无线数据传输模块、喷雾管路流量压力监测模块、地面监测设备；
所述定位测速模块、喷雾管路流量压力监测模块固定在被测喷杆喷雾机上，用于实时采集被测喷杆喷雾机的速度、流量、压力信息并传输至所述主处理器；
所述主处理器通过无线数据传输模块与地面监测设备相连，用于接收地面监测设备下发的控制指令以及向地面监测设备传输被测喷杆喷雾机的速度、流量、压力信息；
所述地面监测设备用于设定控制喷杆喷雾机进行喷雾作业的控制指令并生成与该控制指令对应的理论喷雾量，所述地面监测设备根据接收到的被测喷杆喷雾机的速度、流量、压力信息进行累计计算得到实际喷雾量，并将实际喷雾量与理论喷雾量对比得到施药量偏差；
所述地面监测设备根据速度和流量，得到流量随速度调节响应特性，用于评价滞后特性和调节特性；定义初始速度稳定段的平均值为v0，目标速度稳定段的平均值为v1，两者差值为Δv；初始流量稳定段的平均值为q0，目标流量稳定段的平均值为q1，两者差值为Δq；所述滞后特性为启动滞后时间tz1和达到滞后时间tz2的平均值，所述调节特性为速度调节时间与流量调节时间之间的差值；所述启动滞后时间为10%Δv至10%Δq之间的时间，所述达到滞后时间为90%Δv至90%Δq之间的时间，所述速度调节时间为10%Δv至90%Δv之间的时间，所述流量调节时间为10%Δq至90%Δq之间的时间。
2.根据权利要求1所述的智能变量喷杆喷雾作业质量评价***，其特征在于：所述定位测速模块为网络RTK或基站RTK。
3.根据权利要求2所述的智能变量喷杆喷雾作业质量评价***，其特征在于：所述定位测速模块包括GNSS接收机、4G天线或移动基站；所述GNSS接收机采用多星多频天线，能够同时接收北斗、GPS和GLONASS三星七频段信号；所述4G天线采用GPRS 4G模块天线实时接收CORS站差分数据。
4.根据权利要求1所述的智能变量喷杆喷雾作业质量评价***，其特征在于：所述定位测速模块为雷达、角度编码器、霍尔传感器中一种或多种，通过CAN总线与主处理器通讯。
5.根据权利要求1所述的智能变量喷杆喷雾作业质量评价***，其特征在于：所述无线数据传输模块为无线电台、WIFI、蓝牙中的一种或几种，包括数据发送端和数据接收端，数据发送端与所述主处理器连接，数据接收端与所述地面监测设备连接。
6.根据权利要求1所述的智能变量喷杆喷雾作业质量评价***，其特征在于：所述喷雾管路流量压力监测模块包括流量传感器和压力传感器，所述流量传感器和压力传感器通过高压水管和快速接头与被测喷杆喷雾机连接，流量传感器进水口和出水口的直管段为10D和5D。
7.一种智能变量喷杆喷雾作业质量评价方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：将主处理器、定位测速模块、喷雾管路流量压力监测模块、无线数据传输模块以及地面监测设备安装于相应位置；
S2：在被测喷杆喷雾机的控制器面板上设定施药量和喷幅参数，地面监测设备设定相同的施药量和喷幅参数；
S3：定位测速模块、喷雾管路流量压力监测模块实时采集速度、流量、压力信息，并将数据实时传输至主处理器；
S4：主处理器通过无线数据传输模块将数据实时传递至地面监测设备，地面监测设备实时显示相关数据；
S5：地面监测设备依据被测喷杆喷雾机轨迹、喷幅计算作业面积，根据作业面积和设定施药量得到理论喷洒量，结合喷雾管路流量压力监测模块的累计流量数值计算得到施药量偏差，施药量偏差计算公式如下所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
M1为理论喷雾量、Q为设定施药量、L为喷幅、S为行驶距离，M2为实际喷雾量，ε为施药量偏差；
根据速度与流量曲线，得到流量随速度调节响应特性；所述流量随速度调节响应特性包括滞后特性、调节特性；定义初始速度稳定段的平均值为v0，目标速度稳定段的平均值为v1，两者差值为Δv；初始流量稳定段的平均值为q0，目标流量稳定段的平均值为q1，两者差值为Δq；所述滞后特性为启动滞后时间tz1和达到滞后时间tz2的平均值，所述调节特性为速度调节时间与流量调节时间之间的差值；所述启动滞后时间为10%Δv至10%Δq之间的时间，所述达到滞后时间为90%Δv至90%Δq之间的时间，所述速度调节时间为10%Δv至90%Δv之间的时间，所述流量调节时间为10%Δq至90%Δq之间的时间。
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