[发明专利]一种应用于温室的自主导航智能变量喷雾系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种室内导航喷雾技术领域，尤其是涉及一种基于植株目标的变流量喷雾系统。

背景技术

我国是一个农业大国，塑料大棚和温室的建设面积已经从20世纪90年代初的4万多公顷发展到现在近15.67万公顷，位居世界第一位。然而，在我国喷药施药技术比较落后、自动化水平比较低的情况下，农药的使用率较低，易造成农药的浪费以及环境的污染，引发环境安全、农产品和果品安全、操作者安全等问题。因此研究温室内自主导航喷雾系统不仅能够大大解放劳动力，提高自动化程度，而且还能大大提高生产效率，降低劳动成本。

目前基于红外线、超声波对靶技术设计的喷雾机应用较为广泛，但是由于这类传感器精度较低、测量速度较慢、容易受温度、湿度以及喷雾机喷雾气流等因素的影响，降低了喷雾对靶的精确性以及农药的使用效率。本发明中使用的激光传感器较红外传感器以及超声波传感器具有更高的检测精度、更快的扫描速度以及不受采光影响的特点，因此将它应用于精密变量喷雾研究中。本发明中的智能变量喷雾系统，作为一种先进的农药喷施技术，能适应不同植株的生长差异以及存在的外形差异，能快速准确识别植株目标的有无、大小、形状以及密度等特征信息，通过分析喷嘴对应区域的植株目标特征进行变流量喷雾，从而达到提高农药利用率、降低喷施脱靶率和减少环境污染的目的。

发明内容

针对实现温室内智能小车轨迹规划的目标要求，本发明通过一种自主导航的方法，有效消除了视觉成像的畸变失真、倾斜失真、比例失真以及减少了人力劳动。无线设备实现了计算机、车平台的通讯，实时地将计算机规划的轨迹信息以及室内路面信息传输给车平台，用于自动引导智能小车基于平面矢量图的行驶。能够高精度地实现对各智能小车实时位置的监控，从而确保各智能小车行驶在规划的轨迹上，具有操作性好、柔性高、实时性好的特点。

针对目前实时传感器识别植株过程中存在的不足，无法实现针对独立喷嘴对应区域目标特征的变量喷雾。为了克服向无目标区域、恒量喷洒的缺点，本发明基于植株目标独立喷嘴控制的变流量喷雾方法，设计了一种采用激光传感器对植株目标进行扫描的智能变量喷雾系统，通过激光传感器对车平台两边植株的扫描，能够根据扫描区域内植株目标的有无、大小、形状和密度等特征信息，结合流量控制算法计算出各个喷嘴对应电磁阀的占空比，单片机接收嵌入式计算机的指令并产生各电磁阀对应的PWM波，再结合延时补偿算法补偿车平台行走速度以及喷雾系统所产生的延时时间，进而保证喷嘴到达目标植株时，对各喷嘴对应电磁阀实时控制实现变流量喷雾施药。

本发明的技术方案为：

一种应用于温室的自主导航智能变量喷雾系统，包括车平台、变量喷雾系统、自主导航控制系统、电池组(4)；

所述车平台包括车架、自转向行走机构、固定Sick激光传感器的可控升降杆(2)；

所述变量喷雾系统包括Sick激光传感器(1)、车载速度传感器(13)、车载嵌入式计算机(3)、水箱(6)、水泵(7)、喷杆(5)、喷嘴(8)、无线通信模块(20)；放置Sick激光传感器(1)的可控升降杆固定于车平台铝板上的升降杆安置槽中，和车载嵌入式计算机(3)相连，车载嵌入式计算机(3)与无线通信模块(20)、车载速度传感器(13)相连，无线通信模块(20)与各喷嘴(8)的电磁阀相连；水箱(6)、水泵(7)分别固定于车平台上，通过水管相连；两根喷杆(5)分别固定于车平台后部的左右两边，通过水管与水泵(7)相连接，并在两根喷杆(5)上分别固定5个等间距的带独立电磁阀的喷嘴(8)；根据喷杆上各喷嘴(8)之间的距离关系，对左右两侧喷嘴喷施空间进行平均分割，每个喷嘴对应于一个喷施区域；

所述自主导航控制系统包括摄像头(15)、控制室内计算机(14)、无线通信模块(20)、运动控制模块(21)、超声波避障系统(19)、报警装置(18)；摄像头(15)采集温室内地面图像，并将采集到的图像通过无线网传输给控制室内计算机(14)，控制室内计算机(14)通过无线网将规划的路径传输给车平台上的无线通信模块(20)，运动控制模块(21)根据无线通信模块接收的路径信息调控车平台的行驶路径；波避障系统(19)固定于车平台正前方，与运动控制模块相连，用于车平台的实时避障以及触发报警装置(18)实时报警；

所述电池组用于给车平台、变量喷雾系统、自主导航控制系统提供理想的电能环境。