基于农作物表型监测反馈的大田精确喷雾装置及控制方法

1.本发明涉及精准农业技术领域，特别涉及一种基于农作物表型监测反馈的大田精确喷雾装置及控制方法。


背景技术：

2.在农作物的生长环节中，需要对农作物施用肥、药等，通常通过喷雾的方式进行施用。目前喷雾机械仍在使用大量的手动喷雾机具，而这些机具存在着较为严重的“跑、冒、滴、漏”等问题，且喷雾作业过程中喷雾试剂（药、肥等）往往分布不均、效率低，无法针对农作物的生长情况进行精准施用，已无法满足现代化农林业发展的需求。


技术实现要素：

3.基于上述问题，本发明提供了一种基于农作物表型监测反馈的大田精确喷雾装置及控制方法，其优点是可以针对农作物的表面性状调整施药量，实现更加精准的药物施用，即可减少药物浪费，又可以避免药物过量损害农作物。
4.本发明的技术方案如下：一种基于农作物表型监测反馈的大田精确喷雾装置，包括：一个小车，所述小车可受控在大田中按指定路线行走，所述小车上具有一个平台；一个数据库，存储农作物的表型性状信息和施药决策结果信息；一个上位机，用于农作物生长图像识别、分析农作物受胁迫类型与受胁迫程度、与数据库中数据对比确定施药方案并下发控制信号；所述平台的四角处分别设有一组移动装置，所述平台上还设有药箱、增压泵以及电源；所述小车行进方向前端的两个所述移动装置上安装有光谱相机，所述小车行进方向后端的两个所述移动装置上安装有喷头，所述移动装置驱动光谱相机或喷头在一竖直平面内受控移动，该平面与所述小车行进方向垂直；所述光谱相机连接有无线通信模块用于将采集到的图像信息传输至上位机；所述增压泵的出水口通过软管连接至所述喷头，所述增压泵用于将药箱内的液体输送至喷头；所述平台上设有下位机，所述下位机和所述上位机通信连接，所述下位机用于接收所述上位机下发的控制信号并对增压泵进行控制，调节增压泵的流量和压力。
5.本发明进一步设置为，所述小车底部配置履带式行走机构。
6.本发明进一步设置为，所述移动装置包括竖向导轨、横向导轨、转台以及云台；所述竖向导轨竖直安装在平台上，所述竖向导轨上滑动连接有竖向滑座，所述竖向滑座可沿着竖向滑轨受控移动；所述横向导轨水平方向布置并且固定在竖向滑座上，所述横向导轨上设有横向滑座，所述横向滑座可沿着横向滑轨受控移动；
所述转台安装在所述横向滑座上，所述转台上具有一个可绕一水平轴360
°
旋转的旋转台；所述云台安装在旋转台上，所述云台上具有一个可绕一轴往复转动至少180
°
的安装台，所述光谱相机和喷头安装在所述安装台上。
7.本发明进一步设置为，所述竖向滑座和横向滑座均由丝杆螺母机构驱动。
8.本发明进一步设置为，所述药箱顶端设有一加料口，所述加料口上连接有盖子。
9.本发明进一步设置为，所述增压泵的入水口通过一硬质水管与药箱连接，所述硬质水管从药箱顶部伸至药箱箱底处。
10.本发明进一步设置为，上位机和下位机分别连接有人机交互装置，所述人机交互装置至少包括一个显示屏和输入按键，所述输入按键至少包括一个开始按键、一个停止按键、一个急停按键以及若干参数调节按键。
11.一种基于农作物表型监测反馈的大田精确喷雾装置的控制方法，应用于上述的基于农作物表型监测反馈的大田精确喷雾装置，包括：小车在大田中按指定路线行走，该路线由程序确定或通过循迹实现；根据农作物的生长时期给下位机输入一个参数，该参数用于控制竖向滑座在竖向导轨上的位置；通过下位机中设定的程序控制：横向滑座周期性横向移动，转台上的旋转台周期性的往复转动、云台上的安装台周期性的往复摆动，实现光谱相机或喷头按照设定轨迹移动；四组所述移动装置的移动路线相同，并且位于小车行进方向后端的两组移动装置比位于小车行进方向前端的两组移动装置慢一个节拍时长δt，δt=l/v其中，l为小车前后端移动装置的间距，v为小车移动速度；光谱相机采集到的图像信息传输至上位机，上位机识别农作物的表型性状并与数据库中信息对比，并给出施药方案，向下位机发送控制信号对增压泵的输出压力进行调节。
12.本发明进一步设置为，所述显示屏上显示农作物受胁迫信息和施药方案。
13.综上所述，本发明的有益效果有：1．本发明通过光谱相机实时采集农作物的图像信息，并对农作物的表面形状进行识别和对比，从而指定契合农作物生产情况的喷药方案，实现精准施药，即可减少药物浪费，又可以避免药物过量损害农作物；2．本发明中光谱相机和喷头既可以上下移动和横向移动，又可以周向转动和摆动，图像采集范围大，能够采集到较大角度范围内的农作物信息，有利于对大田里农作物进行全面的施药，减少死区（施药不到的地方）面积，且喷头跟随光谱相机的轨迹移动，保证精准施药；3．本发明中通过设置上位机，使得数据处理不在小车上进行，有效减少小车的尺寸和功率，有利于将小车精简化小型化并且提高续航。
附图说明
14.图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明中移动装置的示意图。
15.图中，1、小车；2、平台；3、移动装置；4、竖向导轨；5、横向导轨；6、转台；7、云台；8、竖向滑座；9、横向滑座；10、药箱；11、增压泵；12、光谱相机；13、喷头。
具体实施方式
16.下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
17.实施例：参考图1-2，一种基于农作物表型监测反馈的大田精确喷雾装置，包括：一个小车1，所述小车1可受控在大田中按指定路线行走，所述小车1上具有一个平台2，该平台2为矩形，所述小车1底部配置履带式行走机构，方便其在大田中行走；一个数据库，存储农作物的表型性状信息和施药决策结果信息；一个上位机，用于农作物生长图像识别、分析农作物受胁迫类型与受胁迫程度、与数据库中数据对比确定施药方案并下发控制信号。
18.所述平台2的四角处分别设有一组移动装置3，所述平台2上还设有药箱10、增压泵11以及电源；所述小车1行进方向前端的两个所述移动装置3上安装有光谱相机12，所述小车1行进方向后端的两个所述移动装置3上安装有喷头13，所述移动装置3驱动光谱相机12或喷头13在一竖直平面内受控移动，该平面与所述小车1行进方向垂直。
19.所述移动装置3包括竖向导轨4、横向导轨5、转台6以及云台7；所述竖向导轨4竖直安装在平台2上，所述竖向导轨4上滑动连接有竖向滑座8，所述竖向滑座8可沿着竖向滑轨受控移动；所述横向导轨5水平方向布置并且固定在竖向滑座8上，所述横向导轨5上设有横向滑座9，所述横向滑座9可沿着横向滑轨受控移动；所述竖向滑座8和横向滑座9均由丝杆螺母机构驱动。
20.为了保证横向导轨5的刚性，竖向导轨4上的丝杆设置并列的两组。
21.所述转台6安装在所述横向滑座9上，所述转台6上具有一个可绕一水平轴360
°
旋转的旋转台6，本实施例中，转台6选用nt03ra200m型精密电动旋转台6；所述云台7安装在旋转台6上，所述云台7上具有一个可绕一轴往复转动至少180
°
的安装台，本实施例中，云台7选用普天视pts-303z室外防水云台7，云台7和转台6上均有安装位置，直接采用螺钉进行安装，所述光谱相机12和喷头13安装在所述安装台上。
22.所述光谱相机12连接有无线通信模块用于将采集到的图像信息传输至上位机，上位机对农作物纹理等表型特征进行识别、并进行定性和定量分析，与数据库中的数据对比分析诊断病害程度，最终给出施药方案。
23.所述平台2上设有下位机，所述下位机和所述上位机通信连接，所述下位机用于接收所述上位机下发的控制信号并对增压泵11进行控制，调节增压泵11的流量和压力，上位机给出的施药方案包含对增压泵11的控制信息一堆增压泵11进行控制。
24.所述增压泵11的出水口通过软管连接至所述喷头13，所述增压泵11用于将药箱10内的液体输送至喷头13；本实施例中，喷头13设有两个分别布置在两个移动装置3上，因此，增压泵11也设有两个分别为两个喷头13供水。所述药箱10顶端设有一加料口，所述加料口上连接有盖子。所述增压泵11的入水口通过一硬质水管与药箱10连接，所述硬质水管从药箱10顶部伸至药箱10箱底处。
25.上位机和下位机分别连接有人机交互装置，所述人机交互装置至少包括一个显示
屏和输入按键，所述输入按键至少包括一个开始按键、一个停止按键、一个急停按键以及若干参数调节按键。
26.一种基于农作物表型监测反馈的大田精确喷雾装置的控制方法，应用于上述的基于农作物表型监测反馈的大田精确喷雾装置，包括：小车1在大田中按指定路线行走，该路线由程序确定或通过循迹实现；具体的，小车上安装有北斗定位模块，用于对小车进行定位和辅助导航，确保小车能够安装预定的路线行驶。
27.根据农作物的生长时期给下位机输入一个参数，该参数用于控制竖向滑座在竖向导轨上的位置；农作物在不同的生长时期（早期、中期、晚期）的株高差别较大，根据农作物在不同生长时期的株高调整横向导轨的高度，以适应农作物的高度。
28.通过下位机中设定的程序控制：横向滑座周期性横向移动，转台6上的旋转台6周期性的往复转动、云台7上的安装台周期性的往复摆动，实现光谱相机12或喷头13按照设定轨迹移动；四组所述移动装置3的移动路线相同，并且位于小车1行进方向后端的两组移动装置3比位于小车1行进方向前端的两组移动装置3慢一个节拍时长δt，δt=l/v其中，l为小车1前后端移动装置3之间的间距，v为小车1移动速度；光谱相机12采集到的图像信息传输至上位机，上位机识别农作物的表型性状并与数据库中信息对比，并给出施药方案，向下位机发送控制信号对增压泵11的输出压力进行调节。
29.所述显示屏上显示农作物受胁迫信息和施药方案。
30.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。