一种温室用精量雾化均匀施药控制系统及方法与流程

本发明属于设施农业技术装备，涉及一种温室用精量雾化均匀施药控制系统及方法，用于控制温室内设施作物农药均匀喷施。

背景技术：

我国设施农业近年来发展迅速，而病虫害的防治一直是一个棘手问题。目前对病虫害的防治手段主要是喷洒农药，但传统的喷洒方式存在雾滴粒径过大、冠层穿透性差、药量沉积不均匀等问题。超声波雾化具有结构紧凑、响应迅速，且具有雾化颗粒直径较小、粒径均匀、便于管道运输等优点，已广泛应用于农药超低量喷雾。为此，针对超声波喷雾过程中喷雾控制及设施环境改善控制方面的应用，研制一种温室用精量雾化均匀施药控制系统，可有效控制温室内农药喷施的作业，具有施药均匀、自动控制的特点。

经过对现有技术的文献检索发现，专利申请号201510630986.5“温室自走式自动喷雾机”通过控制移动导轨上的减速电机和喷雾系统中的步进电机以及电磁阀，来实现小车的前进与后退，上升与下降以及喷雾作业的开始与停止；专利申请号201510698349.1“一种基于网络的温室施药机器人远程控制系统”可通过远程终端接入控制单元对施药机器人进行控制，使操作人员无需在温室现场对施药机器人进行操作。

上述专利都是通过控制系统操纵工作部件实现温室施药，但控制方法或执行工作过程中雾滴极易受靶标冠层的遮挡阻蔽，导致控制方式或施药效果不佳，农药利用率较差。

技术实现要素：

为了克服以上技术的不足，本发明的目的在于提供一种温室用精量雾化均匀施药控制系统及方法，专用于控制温室内施药部件稳定运行，实现基于施药效果的自动混药、精量雾化、气雾输送、实时检测功能，可实现农药喷施过程中的均匀施药。

本发明一种温室用精量雾化均匀施药控制系统，其特征在于：包括混药模块、气雾输送模块、检测感应模块、控制模块。所述的混药模块执行母液与水的均匀混合，控制产生指定浓度的药液；所述的气雾输送模块执行气雾的输送，控制产生一定的风量胁迫雾滴释放至靶标区；所述的检测感应模块检测控制系统是否准确运行并反馈信息至控制系统；所述的控制模块是用于控制混药模块、气雾输送模块、检测感应模块的精准运行。

所述的混药模块包括蠕动泵、药箱、水箱、混药器和电磁阀；所述的蠕动泵与驱动器连接，用于精确配制所需的药液浓度；所述的药箱用于存放足够的药液；所述的水箱用于向混药器提供清水；所述的臭氧箱为存放一定浓度的臭氧水；所述的混药器执行混药指令，将药液进行充分混合；所述的电磁阀与驱动器连接，用于控制混药模块中管路的通断。

所述的气雾输送模块，包括超声波雾化箱、风机、输风管、收卷电机、同步电机和滑轮电机；所述的超声波雾化箱用于将药液雾化为雾滴均匀、便于运输的气雾；所述的超声波雾化箱集成超声波雾化头、防水电源、驱动板等组件；所述的风机一端连接驱动器，用于为气雾输送模块提供持续的气流；所述的输风管用于运输气雾到靶标区；所述的收卷电机一端连接驱动器，用于带动执行部件收卷输风管；所述的同步电机一端连接驱动器，用于带动执行部件使输风管在温室南北方向运动；所述的滑轮电机一端连接驱动器，用于带动滑轮正反转使输风管伸展或收卷。

所述的检测感应模块，包括速度传感器、风速风量传感器、温湿度传感器、液位传感器和流量传感器；所述的速度传感器用于测量输风管的移动速度并发送到主控器；所述的风速风量传感器用于测量风机产生的风量和风速大小并发送到主控器；所述的温湿度传感器用于测量温室环境中的温度和湿度并发送到主控器；所述的液位传感器用于测量雾化箱液位并发送到主控器；所述的流量传感器用于测量药液的流量并发送到主控器。

所述的控制模块，包括主控器、驱动器、变压器、输入输出接口和电源；所述的主控器用于接收喷雾指令和检测感应模块的反馈信息，输出信号驱动混药模块、气雾输送模块的正常运行；所述的驱动器用于接收主控器发出的信号并驱动混药模块、气雾输送模块的执行动作；所述的变压器用于将电源输出的交流电转化为主控器、驱动器和传感器所需要的电压；所述的输入输出接口用于串接主控器和各驱动器；所述的电源用于为整个施药控制系统的工作提供电能。

本发明一种温室用精量雾化均匀施药控制系统的方法，其特征在于：步骤如下：

1)施药控制系统调试：对安装的施药系统各个模块进行初次使用调试，包括混药模块的蠕动泵流量校准和电磁阀开闭的动作响应；气雾输送模块的风机风速风量校准、收卷电机收卷速度校准和输风管运动速度校准；检测感应模块的各传感器工作与数据反馈；控制模块的数据采集和控制执行动作准确性；

2)农药喷施初始化：需要农药喷施作业时，输入主控器农药喷洒范围、配置药液的浓度(n)、单位面积农药喷施量(q)、施药速度(v)信息；主控器初始化，给出混药模块、气雾输送模块、检测感应模块的控制方案，准备接收喷雾指令后发出控制信号；

3)喷雾作业：发出喷雾指令后，由主控器通过各驱动器控制执行部件工作，并接收检测感应模块的信息反馈；混药模块按照给定药液浓度(n)由蠕动泵将药液箱母液与水箱清水泵入混药器充分混合；气雾输送模块将药液由超声波雾化器产生的气雾通过风机风量(q)由输风管输送至指定位置并由出风孔释放到靶标区；风速风量传感器实时检测风机风量(q)与蠕动泵流量(q1)给主控器确保喷雾作业的稳定；

4)均匀喷雾：主控器按照初始化方案，由驱动器驱动收卷电机、同步电机和滑轮电机的工作转速与正反转，输风管以速度(v)完成在靶标区移动覆盖；

5)结束复位：农药喷施完成后，速度传感器传递位置信息给主控器判断喷雾是否结束，主控器输出信号发送至混药模块和气雾输送模块结束混药雾化工作并控制输风管移动恢复原位；杀菌消毒完成后，臭氧传感器发送臭氧浓度信号给主控器，由主控器判断是否完成工作并结束混药雾化，控制输风管恢复原位；增湿降温结束后，温湿度传感器发送信息给主控器，由主控器判断是否结束工作并结束雾化作业，控制输风管恢复原位。

与现在技术相比，本发明所具有的有益效果：

1、通过超声波雾化产生直径较小、粒径均匀的雾滴，同时通过雾化不同的介质可实现农药喷施、杀菌消毒的效果，具有省时、省力、节水等优点。

2、控制模块可控制混药模块实现药液浓度精准可调，气雾输送模块可将气雾精量均匀覆盖，检测模块可实时检测温室环境，整个控制系统结构简单、自动化程度较高。

3、精量雾化均匀施药控制方法可实现药液雾滴在靶标区的精量覆盖，温室作物沉积效果较好，可提高农药的利用率，减少农药的使用量。

附图说明

图1温室用精量雾化均匀施药控制系统结构示意图；

图2温室用精量雾化均匀施药控制系统喷雾结构示意图；

图3温室用精量雾化均匀施药控制系统工作流程图。

图中：1、水箱2、药箱3、风机4、混药器5、电磁阀6、超声波雾化器7、输风管8、主控器9、速度传感器10、风速风量传感器11、温湿度传感器12、流量传感器13、驱动器14、蠕动泵15、同步电机16、收卷电机17、滑轮电机18、液位传感器

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步描述。本发明提供一种温室用精量雾化均匀施药控制系统，如图1、2、3所示，所述的混药模块包括蠕动泵(14)、药箱(2)、水箱(1)、混药器(4)和电磁阀(5)；所述的蠕动泵(14)与驱动器(13)连接，用于精确配制所需的药液浓度；所述的药箱(2)用于存放足够的药液；所述的水箱(1)用于向混药器(4)提供清水；所述的臭氧箱为存放一定浓度的臭氧水；所述的混药器(4)执行混药指令，将药液进行充分混合；所述的电磁阀(5)与驱动器(13)连接，用于控制混药模块中管路的通断。

所述的气雾输送模块，包括超声波雾化箱、风机(3)、输风管(7)、收卷电机(16)、同步电机(15)和滑轮电机(17)；所述的超声波雾化箱用于将药液雾化为雾滴均匀、便于运输的气雾；所述的超声波雾化箱集成超声波雾化头、防水电源、驱动板等组件；所述的风机(3)一端连接驱动器(13)，用于为气雾输送模块提供持续的气流；所述的输风管(7)用于运输气雾到靶标区；所述的收卷电机(16)一端连接驱动器(13)，用于带动执行部件收卷输风管(7)；所述的同步电机(15)一端连接驱动器(13)，用于带动执行部件使输风管(7)在温室南北方向运动；所述的滑轮电机(17)一端连接驱动器(13)，用于带动滑轮正反转使输风管(7)伸展或收卷。

所述的检测感应模块，包括速度传感器(9)、风速风量传感器(10)、温湿度传感器(11)、液位传感器(18)和流量传感器(12)；所述的速度传感器(9)用于测量输风管(7)的移动速度并发送到主控器(8)；所述的风速风量传感器(10)用于测量风机(3)产生的风量和风速大小并发送到主控器(8)；所述的温湿度传感器(11)用于测量温室环境中的温度和湿度并发送到主控器(8)；所述的液位传感器(18)用于测量雾化箱液位并发送到主控器(8)；所述的流量传感器(12)用于测量药液的流量并发送到主控器(8)。

所述的控制模块，包括主控器(8)、驱动器(13)、变压器、输入输出接口和电源；所述的主控器(8)用于接收喷雾指令和检测感应模块的反馈信息，输出信号驱动混药模块、气雾输送模块的正常运行；所述的驱动器(13)用于接收主控器(8)发出的信号并驱动混药模块、气雾输送模块的执行动作；所述的变压器用于将电源输出的交流电转化为主控器(8)、驱动器(13)和传感器所需要的电压；所述的输入输出接口用于串接主控器(8)和各驱动器(13)；所述的电源用于为整个施药控制系统的工作提供电能。

本发明的工作过程：

1)施药控制系统调试：对安装的施药系统各个模块进行初次使用调试，包括混药模块的蠕动泵(14)流量校准和电磁阀(5)开闭的动作响应；气雾输送模块的风机(3)风速风量校准、收卷电机(16)收卷速度校准和输风管(7)运动速度校准；检测感应模块的各传感器工作与数据反馈；控制模块的数据采集和控制执行动作准确性；

2)农药喷施初始化：需要农药喷施作业时，输入主控器(8)农药喷洒范围、配置药液的浓度(n)、单位面积农药喷施量(q)、施药速度(v)信息；主控器(8)初始化，给出混药模块、气雾输送模块、检测感应模块的控制方案，准备接收喷雾指令后发出控制信号；

3)喷雾作业：发出喷雾指令后，由主控器(8)通过各驱动器(13)控制执行部件工作，并接收检测感应模块的信息反馈；混药模块按照给定药液浓度(n)由蠕动泵(14)将药液箱母液与水箱(1)清水泵入混药器(4)充分混合；气雾输送模块将药液由超声波雾化器(6)产生的气雾通过风机(3)风量(q)由输风管(7)输送至指定位置并由出风孔释放到靶标区；风速风量传感器(10)实时检测风机(3)风量(q)与蠕动泵(14)流量(q1)给主控器(8)确保喷雾作业的稳定；

4)均匀喷雾：主控器(8)按照初始化方案，由驱动器(13)驱动收卷电机(16)、同步电机(15)和滑轮电机(17)的工作转速与正反转，输风管(7)以速度(v)完成在靶标区移动覆盖；

5)结束复位：农药喷施完成后，速度传感器(9)传递位置信息给主控器(8)判断喷雾是否结束，主控器(8)输出信号发送至混药模块和气雾输送模块结束混药雾化工作并控制输风管(7)移动恢复原位；杀菌消毒完成后，臭氧传感器发送臭氧浓度信号给主控器(8)，由主控器(8)判断是否完成工作并结束混药雾化，控制输风管(7)恢复原位；增湿降温结束后，温湿度传感器(11)发送信息给主控器(8)，由主控器(8)判断是否结束工作并结束雾化作业，控制输风管(7)恢复原位。