專利名稱：壓力式變量施藥噴霧機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種壓力式變量施藥噴霧機(jī)，尤其是各噴霧單元噴霧壓力能獨(dú)立調(diào)節(jié)且自動(dòng)對靶變量施藥的機(jī)動(dòng)噴霧機(jī)，應(yīng)用于農(nóng)藥或殺菌劑等藥液的噴施作業(yè)，屬于植保機(jī)械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前應(yīng)用于農(nóng)藥或殺菌劑等藥液噴施作業(yè)的普通型機(jī)動(dòng)噴霧機(jī)，適應(yīng)大面積作業(yè)，功效高，在作業(yè)過程中各噴霧單元的噴頭在噴幅內(nèi)全面積定量連續(xù)噴灑，使所投放農(nóng)藥的有效性難以保證，造成藥液的浪費(fèi)和環(huán)境污染；若要改變噴施劑量只能采用更換或者轉(zhuǎn)換成不同噴量噴頭的方法來實(shí)現(xiàn)。另有一種智能型噴霧機(jī)，可根據(jù)施藥目標(biāo)的有、無進(jìn)行選擇性對靶噴灑，例如Slaughter D.C.等(Journal of Transportation EngineeringVol.125，No.4，1999)研制了一種用于公路兩側(cè)地帶間歇噴灑除草劑的機(jī)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由一個(gè)機(jī)器視覺系統(tǒng)和一個(gè)快速響應(yīng)間歇噴霧系統(tǒng)組成，實(shí)時(shí)采集圖像并根據(jù)雜草的有、無進(jìn)行間歇的噴灑除草劑；Sadjadi；Firooz.A等(United State Patent.March 4，1997)發(fā)明了一種雜草快速識(shí)別機(jī)器系統(tǒng)，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制噴頭進(jìn)行選擇性噴霧，但不能根據(jù)施藥目標(biāo)的特征變化和機(jī)組行走速度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)噴施劑量，Doruchowski，Graeorz等(Proceedings of SPIE 1998)研制了一種用于果園和田間除草的選擇性噴霧機(jī)器系統(tǒng)，該裝置由光學(xué)探測系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)組成，每個(gè)噴霧單元上配置了一套光學(xué)探測器，探測器發(fā)出兩束不同波長的光(670nm和750nm)，利用葉綠素反射光的差異判別目標(biāo)的有、無，從而通過電子螺旋管閥控制噴霧單元進(jìn)行噴霧和停噴；Giles，D.K.etal(Digital control offlow rate and spray droplet size from agricultuaral nozzles forprecision Agriculture，729-738)使用電子螺旋管閥進(jìn)行施藥量的控制，運(yùn)用脈沖寬度調(diào)節(jié)的方法，通過閥門每秒鐘開閉次數(shù)的多少來調(diào)節(jié)流量，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；J.Kunavat，J.K.schueller等(Trans of theASAE，2000，43(4)829-837)對原有空氣收縮閥進(jìn)行了改進(jìn)，以適應(yīng)單個(gè)噴頭的流量控制，但需另配備一套壓縮空氣供給系統(tǒng)，成本高；美國噴霧公司(Spraying Systems Co.)采用改變噴霧壓力的方法，以增大壓力來增加噴量，但所有噴霧單元的工作壓力由同一個(gè)溢流閥調(diào)節(jié)，各噴霧單元的工作壓力不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，也不能獨(dú)立變量噴藥。
實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的普通型機(jī)動(dòng)噴霧機(jī)作業(yè)過程中所有噴霧單元的噴頭在噴幅內(nèi)只能全面積定量連續(xù)噴灑和現(xiàn)有智能型噴霧機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不足，本實(shí)用新型提供一種壓力式變量施藥噴霧機(jī)，該噴霧機(jī)能根據(jù)施藥目標(biāo)的有、無各噴霧單元自動(dòng)對靶施藥，而且能根據(jù)施藥目標(biāo)的特征變化和機(jī)組行走速度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)噴施劑量，結(jié)構(gòu)簡單。
本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種壓力式變量施藥噴霧機(jī)，由給藥裝置、對靶裝置和控制裝置相互連接組成；電源分別和給藥裝置、對靶裝置以及控制裝置連接，為各個(gè)裝置提供電源；其中，給藥裝置包括用于盛放藥劑的藥箱、給藥泵和通過管路相互并聯(lián)的多個(gè)噴霧單元；給藥泵通過管路串接在藥箱和噴霧單元之間，它的作用是將藥箱中的藥液輸送到各噴霧單元。為了使各噴霧單元到給藥泵之間的壓力穩(wěn)定，在藥箱和給藥泵的出口之間還設(shè)有溢流管路，該溢流管路中串設(shè)有溢流控制單元；通過溢流控制單元的開或關(guān)，使溢流管路通或斷，從而達(dá)到控制各噴霧單元到給藥泵之間壓力穩(wěn)定的目的。
對靶裝置為圖像采集裝置，該裝置與噴霧單元相對應(yīng)設(shè)置，最優(yōu)的設(shè)置為一個(gè)圖像采集裝置對應(yīng)一噴霧單元；該圖像采集裝置裝設(shè)在噴霧單元的前方，通過信號(hào)線和控制裝置連接；所述的控制裝置至少由計(jì)算機(jī)、輸入輸出單元和圖像采集卡連接構(gòu)成，該圖像采集卡和輸入輸出單元分別通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)(例如以總線的形式)與計(jì)算機(jī)連接；給藥泵、溢流控制單元與該控制裝置的輸入輸出單元電氣連接；對靶裝置的輸出信號(hào)也連接到圖像采集卡的輸入端口。
本實(shí)用新型的一個(gè)重要的特點(diǎn)是所述的噴霧單元由通過管路依次連接的比例減壓閥、開關(guān)電磁閥、噴藥桿和壓力傳感器構(gòu)成；其中，噴藥桿上設(shè)有一個(gè)以上的壓力式變量噴頭；比例減壓閥、開關(guān)電磁閥和壓力傳感器分別和控制裝置的輸入輸出單元進(jìn)行電連接。當(dāng)圖像采集單元采集到被噴施藥劑對象及其密度時(shí)，采集信號(hào)被傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)，該計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的噴藥控制量，控制輸入輸出單元的輸出端口的信號(hào)改變，進(jìn)而通過控制比例減壓閥、開關(guān)電磁閥的動(dòng)作，改變各個(gè)噴藥單元管路中的藥液壓力，進(jìn)而影響到壓力式變量噴頭所噴出的藥量改變，達(dá)到變量噴施藥液的目的。
為了使藥液均勻，在藥箱和給藥泵的出口之間還進(jìn)一步設(shè)有攪拌回路，該攪拌回路中設(shè)有在噴霧單元停止工作時(shí)開啟并用于通過藥液循環(huán)達(dá)到攪拌藥箱中藥液的攪拌閥，所述攪拌閥和控制裝置的輸入輸出單元電連接。當(dāng)不進(jìn)行噴施藥液工作時(shí)，可以開啟攪拌閥，通過給藥泵的作用，產(chǎn)生一個(gè)藥液循環(huán)，致使藥液不會(huì)發(fā)生沉淀等現(xiàn)象，保持藥液均勻。當(dāng)開啟噴霧單元時(shí)，則將該攪拌閥關(guān)閉，藥液依然進(jìn)入各個(gè)噴霧單元。
為了使噴藥量不受噴霧機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度的影響，所述的對靶裝置還進(jìn)一步設(shè)有用于測量噴霧機(jī)運(yùn)動(dòng)速度的速度傳感器，該速度傳感器探測噴霧機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度，并將該速度輸出信號(hào)連接到控制裝置的輸入輸出單元，進(jìn)一步輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)根據(jù)采集到的速度信號(hào)和預(yù)設(shè)的匹配數(shù)據(jù)，控制比例減壓閥的動(dòng)作，改變供藥液的壓力，達(dá)到更好的變量供藥效果。
一般而言，可以采用CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)攝像機(jī)采集被噴施對象的圖像信息，該攝像機(jī)與噴霧單元的距離至少為2M。另外，在藥箱和藥泵之間的管路中還可以進(jìn)一步串設(shè)用于過濾藥液中雜質(zhì)、保護(hù)噴頭的過濾器，達(dá)到保護(hù)管路和噴頭的目的。
另外，在每個(gè)噴霧單元上設(shè)置的壓力傳感器和流量傳感器用于將各個(gè)噴霧單元中藥液的壓力信號(hào)和流量信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)根據(jù)該壓力信號(hào)和流量信號(hào)，分別通過控制不同的比例減壓閥的動(dòng)作，使得各個(gè)噴霧單元中的藥液壓力控制在合適的范圍之中。
上述的給藥泵傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力源連接，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為變速箱或皮帶輪，在具體的應(yīng)用上，可以利用承載噴霧機(jī)的設(shè)備，例如拖拉機(jī)等，作為給藥泵提供動(dòng)力的動(dòng)力源，或者，直接利用電動(dòng)機(jī)作為該給藥泵的動(dòng)力源。
通過上述技術(shù)方案可知該噴霧機(jī)各噴霧單元不僅能根據(jù)施藥目標(biāo)的有、無自動(dòng)對靶施藥，減少藥液的浪費(fèi)和環(huán)境污染，而且能根據(jù)施藥目標(biāo)的特征變化和機(jī)組行走速度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)噴施劑量，提高所投放藥液的有效性。


圖1是本實(shí)用新型具有兩個(gè)噴霧單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型具有五個(gè)噴霧單元的職能符號(hào)圖；圖3是本實(shí)用新型電磁閥驅(qū)動(dòng)電路的原理圖。
具體實(shí)施方式
以下，結(jié)合具體實(shí)施例并參照附圖，對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
參照圖1、圖2及圖3，各個(gè)噴霧單元均對應(yīng)配置一個(gè)CCD攝像機(jī)8，安裝在噴霧機(jī)的前方，并通過纜線與放置在嵌入式計(jì)算機(jī)9中的圖像采集卡相連接。壓力傳感器13、流量傳感器12安裝在每個(gè)噴霧單元的管路上，和安裝在噴霧機(jī)組一側(cè)的速度傳感器7通過纜線與設(shè)置在嵌入式計(jì)算機(jī)9中的輸入輸出(I/O)模塊相連接，溢流閥6安裝在主管路上。比例減壓閥11與流量傳感器12及電磁閥14依次串接在每個(gè)噴霧單元的管路上，壓力傳感器13安裝在噴藥桿15上。攪拌閥5、溢流閥6與每個(gè)噴霧單元的比例減壓閥11、電磁閥14通過纜線與放置在嵌入式計(jì)算機(jī)9中的I/O模塊相連接。電源10通過纜線與嵌入式計(jì)算機(jī)9相連接。攪拌閥5安裝在一分支管路上，打開攪拌閥5，可對藥箱1內(nèi)藥液進(jìn)行攪拌；噴灑作業(yè)中，則將攪拌閥5關(guān)閉。
噴霧過程中，給藥泵4通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和承載本實(shí)用新型的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備(例如拖拉機(jī)、播種機(jī)等)的動(dòng)力部分連接，其工作壓力由嵌入式計(jì)算機(jī)9控制溢流閥6的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。各噴霧單元的工作壓力則由安裝在每個(gè)噴霧單元上的比例減壓閥11來調(diào)節(jié)，具體是通過嵌入式計(jì)算機(jī)9單獨(dú)進(jìn)行調(diào)節(jié)，各噴霧單元的工作壓力互不干擾。噴頭16安裝在噴桿15上，噴桿15配置在噴霧機(jī)后方，并與CCD攝像機(jī)保持2m以上的距離。
圖中計(jì)算機(jī)是基于PC/104總線的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，配置有四層模塊，依次為圖像采集模塊、CPU處理單元、電源模塊和I/O模塊。
電源模塊采用專為移動(dòng)交通工具和嵌入應(yīng)用設(shè)計(jì)的PC/104總線的(JUPITER-MM)電源模塊。
圖像采集模塊是市售的、基于周邊元件擴(kuò)展接口PCI總線的高速圖像采集卡(SysExpanModule/VCM)，輸入的視頻信號(hào)，經(jīng)數(shù)字解碼器，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，比例縮放，裁剪，色空變換等處理，通過PCI總線傳到VGA顯示卡實(shí)時(shí)顯示后，傳到計(jì)算機(jī)內(nèi)存實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。
在本實(shí)施例中，CPU處理單元采用的是盛博公司生產(chǎn)的SCM/SPT模塊，其CPU是一片X86兼容的64位第六代處理器，最高運(yùn)行速度可達(dá)300MHz，在板內(nèi)支持最大128M 3.3V SDRAM，其圖形處理器可支持各種LCD及TFT顯示屏，2M內(nèi)置顯存支持至1280×1024種顏色，同時(shí)在板上支持PS/2鍵盤、PS/2鼠標(biāo)、EIDE接口、Floppy接口、兩串一并接口、CF卡插座、USB、IrDa、Watchdog，SCM/SPT模塊遵從PC/104+標(biāo)準(zhǔn)，提供PC/104總線。
I/O模塊采用的是符合PC/104總線規(guī)格的ADT200/ADT600模塊。該模塊具有以下特點(diǎn)(1)8路雙端或16路單端模擬輸入通道；12位，20微秒模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器；±5V，±10V，或0到+10V模擬輸入量程；可用電阻配置增益；(2)24通道基于TTL/CMOS 71055芯片的可編程數(shù)字量I/O；(3)三個(gè)獨(dú)立的16位8MHz定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可采集頻率信號(hào)。
壓力傳感器接I/O模塊雙端模擬量輸入端，并在輸入端跨接5K精密電阻(將壓力傳感器4～20mA電流輸出轉(zhuǎn)換到I/O模塊模擬量輸入端需要的0～10V范圍內(nèi))，流量傳感器和速度傳感器接I/O模塊的頻率量輸入端。
參照圖3，I/O模塊的5個(gè)數(shù)字量輸出端接電磁閥驅(qū)動(dòng)電路的5個(gè)輸入端，電磁閥驅(qū)動(dòng)電路相應(yīng)的5個(gè)輸出端接電磁閥，COM端接電源。
作業(yè)過程中，溢流閥6通過嵌入式計(jì)算機(jī)9調(diào)節(jié)主管路的壓力并保持一定值，CCD攝像機(jī)8將實(shí)時(shí)采集的圖像信號(hào)通過圖像采集卡送入嵌入式計(jì)算機(jī)9進(jìn)行處理，壓力傳感器13、流量傳感器12、速度傳感器7同步將輔助信號(hào)通過I/O模塊送入嵌入式計(jì)算機(jī)9進(jìn)行處理，嵌入式計(jì)算機(jī)9將處理結(jié)果通過I/O模塊把開關(guān)信號(hào)發(fā)送到安裝在每個(gè)噴霧單元上的電磁閥14，電磁閥14動(dòng)作實(shí)現(xiàn)各噴霧單元噴霧和停噴，嵌入式計(jì)算機(jī)9將施藥劑量信號(hào)通過I/O模塊發(fā)送給各噴霧單元上的比例減壓閥11，比例減壓閥11調(diào)節(jié)各噴霧單元的工作壓力并通過壓力式變量噴頭16實(shí)現(xiàn)變量噴霧。
最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種壓力式變量施藥噴霧機(jī)，由給藥裝置、對靶裝置和控制裝置相互連接組成；電源分別和給藥裝置、對靶裝置以及控制裝置連接；其中，給藥裝置包括藥箱、給藥泵和通過管路相互并聯(lián)的多個(gè)噴霧單元；給藥泵通過管路串接在藥箱和噴霧單元之間；在藥箱和給藥泵的出口之間設(shè)有溢流管路，該溢流管路中串設(shè)有溢流控制單元；對靶裝置為圖像采集裝置，該裝置與噴霧單元相對應(yīng)，并裝設(shè)在噴霧單元的前方，通過信號(hào)線和控制裝置連接；控制裝置至少由計(jì)算機(jī)、輸入輸出單元和圖像采集卡連接構(gòu)成，該圖像采集卡和輸入輸出單元分別通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)與計(jì)算機(jī)連接；溢流控制單元與控制裝置的輸入輸出端單元電氣連接；對靶裝置的輸出信號(hào)連接到圖像采集卡的輸入端口。其特征在于所述的噴霧單元由通過管路依次連接的比例減壓閥、開關(guān)電磁閥、噴藥桿和壓力傳感器構(gòu)成；其中，噴藥桿上設(shè)有一個(gè)以上的壓力式變量噴頭；比例減壓閥、開關(guān)電磁閥和壓力傳感器分別和控制裝置的輸入輸出單元進(jìn)行電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力式變量施藥噴霧機(jī)，其特征在于所述的噴霧單元中還串設(shè)有流量傳感器，該流量傳感器的輸入輸出信號(hào)連接到輸入輸出單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力式變量施藥噴霧機(jī)，其特征在于所述的藥箱和給藥泵的出口之間還進(jìn)一步設(shè)有攪拌回路，該攪拌回路中設(shè)有在噴霧單元停止工作時(shí)開啟并用于通過藥液循環(huán)達(dá)到攪拌藥箱中藥液的攪拌閥，該攪拌閥和控制裝置的輸入輸出單元電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力式變量施藥噴霧機(jī)，其特征在于所述的對靶裝置還進(jìn)一步設(shè)有用于測量噴霧機(jī)運(yùn)動(dòng)速度的速度傳感器，所述速度傳感器的輸出信號(hào)連接到控制裝置的輸入輸出單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力式變量施藥噴霧機(jī)，其特征在于所述的圖像采集裝置是CCD攝像機(jī)，該攝像機(jī)與噴霧單元的距離至少為2M。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力式變量施藥噴霧機(jī)，其特征在于在藥箱和藥泵之間的管路中還進(jìn)一步串設(shè)有用于過濾藥液中雜質(zhì)、保護(hù)噴頭的過濾器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力式變量施藥噴霧機(jī)，其特征在于所述的給藥泵傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力源連接，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為變速箱或皮帶輪，該動(dòng)力源為承載噴霧機(jī)的動(dòng)力設(shè)備或電動(dòng)機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種壓力式變量施藥噴霧機(jī)，由給藥裝置、對靶裝置和控制裝置相互連接組成；電源分別和給藥裝置、對靶裝置以及控制裝置連接；給藥裝置包括藥箱、給藥泵和通過管路相互并聯(lián)的多個(gè)噴霧單元；該噴霧單元由通過管路依次連接的比例減壓閥、開關(guān)電磁閥、噴藥桿和壓力傳感器構(gòu)成；其中，噴藥桿上設(shè)有一個(gè)以上的壓力式變量噴頭；比例減壓閥、開關(guān)電磁閥和壓力傳感器分別和控制裝置的輸入輸出單元進(jìn)行電連接。通過上述技術(shù)方案，該噴霧機(jī)不僅能根據(jù)施藥目標(biāo)的有、無自動(dòng)對靶施藥，減少藥液的浪費(fèi)和環(huán)境污染，而且能根據(jù)施藥目標(biāo)的特征變化和機(jī)組行走速度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)噴施劑量，提高所投放藥液的有效性。
文檔編號(hào)B05B9/04GK2640616SQ0326675
公開日2004年9月15日 申請日期2003年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月7日
發(fā)明者史巖, 傅澤田, 祁力鈞, 高振江, 李志剛, 鄭志安 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)