[发明专利]一种变量喷药系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种变量喷药系统及其控制方法，属于变量喷药技术领域，本发明提出了一种基于截尾均值自适应遗传PID控制算法的变量喷药智能系统，利用图像处理技术采集农田杂草信息，根据快速处理算法得出决策喷药量，变量喷药控制系统采用截尾均值自适应遗传PID控制算法，自适应寻取最优控制参数，根据实际喷药量与决策喷药量的差值输出控制电压，控制电动阀的开度大小，实现对喷药量的精确快速控制，同时还能完成系统压力、液位、流量信息的监测。本发明从图像信息的采集到变量喷药作业的完成，无需人工判断，节省了人力物力，系统响应速度快，喷药控制误差小，精度高，减少了农药的浪费和对生态环境的污染，提高了农产品的安全性。

技术领域

本发明属于变量喷药技术领域，具体涉及一种变量喷药系统及其控制方法。

背景技术

在当前的农业生产环境下，农药普遍采用粗放地喷洒方式，按照杂草覆盖程度一致的原则，对整个农田进行统一施药，这样不仅造成农药的浪费和生产成本的增加，而且对生态环境和农产品安全造成负面影响，不利于农业的可持续发展。变量喷药技术根据农田内每个区域的具体病虫草害情况按需投入，精细准确地调整农药的施用量，最大限度地发挥了农药的利用率，避免农田环境破坏，提高了农产品的安全性，有力地推动了现代农业的可持续发展。

目前，最为常用的变量喷药方式主要是压力式和脉宽调制式(PWM)。压力式是通过调节喷药系统内部的压力实现变量喷药控制。但是该方法会严重改变喷嘴原有的雾化特性，且流量调节范围窄，进而影响农药喷洒的实际效果。脉宽调制法(PWM)是指通过改变驱动线圈的脉宽信号占空比实现变量喷药作业。而PWM式对系统的频率有着极为苛刻的要求，频率高会降低电磁阀的使用寿命，频率低则影响喷雾效果。

发明内容

针对现有变量喷药控制方式的不足，本发明的目的在于提出一种基于截尾均值自适应遗传PID控制算法的变量喷药智能系统，该系统能够实现按需喷药，提高农药的利用率，降低生产成本，减少对生态环境的污染。该系统还能实现喷头堵塞报警并实时显示药箱药量、系统压力、决策喷药量和实际喷药量等性能指标，对喷药状态进行全面监测。

本发明通过如下技术方案实现：

一种变量喷药系统，包括喷药装置、图像采集与处理系统、变量喷药控制系统、监测系统及供电系统27组成；

所述喷药装置包括药箱1、喷药管路、过滤器3、药泵4、压力表5、安全阀6、分配器10、电磁阀11及喷头12；所述药箱1通过过滤器3与药泵4相连，所述药泵4的出水口分为两路，一路依次经过压力表5及安全阀6回流至药箱1，另一路注入喷药管路一端，喷药管路的另一端与分配器10连接，所述喷药管路上依次设置有压力传感器7、电动阀8及流量传感器9，所述分配器10与电磁阀11及喷头12连接，所述分配器10与电磁阀11及喷头12位于喷药试验台上方；

所述图像采集与处理系统，包括安装在喷药装置上的摄像头14，用于采集农田图像，并根据判定公式求取决策喷药量Q；其中A为单垄所对应的杂草面积，V为农业机械的行驶速度，W为喷头间距，C＝R/A，R为每公顷所需喷药量；并将决策喷药量Q通过无线通信模块25传输至变量喷药控制系统；

所述的变量喷药控制系统，采用STM32微控制器26，根据图像采集与处理系统发送的决策喷药量和监测系统返回的实际喷药量求取两者的差值，再根据喷药量差值，采用截尾均值自适应遗传PID算法计算当前应该输出的控制电压值，控制电磁阀11的开度，实现变量喷药；

所述监测系统，用于实时检测变量喷药系统的工作状态并显示在变量喷药控制系统的显示屏上；所述监测系统包括传感器、信号采集电路23、显示模块28及报警电路30；所述传感器用于实时监测变量喷药系统的工作状态，信号采集电路23采集传感器信号，经变量喷药控制系统处理后，在显示模块28上显示系统的工作状态；

所述供电系统27用于为图像采集与处理系统和变量喷药控制系统提供电源。