專利名稱：對靶變量噴霧實驗機控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種噴霧機的控制系統，尤其是涉及一種對靶變量噴霧實驗機控制系統
背景技術：
目前，應用于農藥噴施作業的普通型噴霧機，主要適用于全面積均勻作業,其病蟲害防治效果較好。但是在其作業過程中，由于沒有進行對施藥目標有無、目標面積大小的分析，造成了農藥有效利用率低、農產品中農藥殘留超標、環境污染、作物藥害、操作者中毒等問題。為了減少農藥施用量、提高農藥有效利用率，對靶變量施藥技術成為近年來的研究重點。Slaughter D. C 等(Precision offset spray system for roadway shoulderweed control. Journal of Transportation Engineering, Vol. 125, No. 4, 1999)提出了一個適用于公路兩側地帶的間隙噴施除雜草的噴霧系統。該系統主要由機器視覺部分和間隙噴霧執行機構組成，該系統能實時采集圖像，并根據雜草的有無進行有選擇地噴灑除草劑。Lei Tian等(Development of a sensor-based precision herbicide applicationsystem. Computers and Electronics in Agriculture, 2002, Vol. 36: 133-149)開發了基于機器視覺的變量施藥系統。該系統通過準確測量雜草密度、雜草枝冠大小，實現對靶施藥，該系統能夠快速識別雜草、作物和土壤區域，從而有效進行對靶施藥。李麗君(基于ARM微處理器的變量噴藥控制器設計，吉林大學學位論文，2007)提出了控制電磁閥的開關狀態控制普通噴頭的打開時間的長短來控制每個噴頭的噴藥量的方法，該系統的核心控制芯片為ARM7TDMI型處理器S3C44B0X。沈成杰(變量噴霧系統設計及噴霧流量控制特性試驗研究，江蘇大學學位論文，2009)提出了采用PLC控制電動比例調節閥對系統噴霧流量進行控制的方法。袁瑋鋒(多功能變量噴霧機噴霧控制系統研究，上海交通大學學位論文，2010)提出了測速傳感器、流量傳感器、系統壓力傳感器、電動/電磁閥相結合的農藥變量噴霧系統方案。傅澤田等(專利號ZL03266754. X，2003. 07. 07)提出了自動對靶變量施藥機動噴霧機，利用計算機直接控制電磁閥實現變量噴霧。王俊紅等(基于AT89C52單片機的變量噴霧控制器設計，微計算機信息，2006，22 (3) 8-10)提出了單片機經放大電路控制電磁閥實現變量噴霧。王錦江等(基于AT89C51單片機的變量施藥控制系統研究，農機化研究，2007，
(11):147-149)提出了單片機經D/A轉換和隔離放大電路控制電動調節閥實現變量噴霧。玄子玉等(基于單片機的噴霧控制系統硬件電路設計，農機化研究，2010，(2) =183-184,190)提出了單片機通過控制調壓電機和閥門電機，控制分配閥，根據預先設定值進行噴霧。宋淑然等(精準噴霧控制裝置的設計與制作，農機化研究，2010，(5) :55-57)提出了單片機通過電磁閥驅動電路控制電磁閥組，實現精準噴霧。艾劍鋒等(基于AT89C52單片機的變量噴霧控制系統的設計，中國農機化，2011，(2) :90-93)提出了單片機經D/A轉換器控制電動調節執行機構實現變量噴霧。
綜上所述，現 有基于單片機的對靶變量噴霧機控制系統有兩種形式，一是單片機控制電磁閥開閉時間的長短來實現變量噴霧，二是單片機控制電動調節閥變流量實現變量噴霧。因此，提出基于單片機控制電動比例調節閥控制流量、電磁閥控制開閉以及開啟時間的長短與機器視覺對靶相結合的方法已經迫在眉睫。
發明內容
本發明的目的在于提供一種對靶變量噴霧實驗機控制系統，即基于單片機控制電動比例調節閥控制流量、電磁閥控制開閉以及開啟時間的長短與機器視覺對靶相結合，根據噴霧施藥目標的有無、目標作物面積的大小、噴霧車行駛速度的變化，實施對靶變量噴霧，從而解決對農作物更精確的噴施，尤其是農藥的自動精準噴施。本發明采用的技術方案是
本發明包括該系統包括單片機處理模塊、變量控制模塊、檢測模塊、通訊模塊、鍵盤輸入模塊和報警指示模塊；變量控制模塊、檢測模塊、通訊模塊、鍵盤輸入模塊和報警指示模塊分別與單片機處理模塊連接。所述單片機處理模塊包括AT89S52單片機；所述變量控制模塊包括電動比例調節閥和電磁閥，AT89S52單片機通過D/A轉換芯片與電動比例調節閥連接，AT89S52單片機通過放大隔離芯片與電磁閥連接；所述檢測模塊包括渦輪流量計、壓阻式壓力傳感器、液位傳感器和霍爾傳感器，AT89S52單片機通過A/D轉換芯片與渦輪流量計、壓阻式壓力傳感器和液位傳感器連接，AT89S52單片機通過光耦芯片與霍爾傳感器連接；所述通訊模塊包括工控機，AT89S52單片機通過RS232與工控機的一端連接，工控機的另一端與含圖像采集卡的CXD照相機連接；所述鍵盤輸入模塊為四個輸入鍵盤；所述報警指示模塊包括蜂鳴器和發光二極管。所述AT89S52單片機的PI. 0-P1. I 口與D/A轉換芯片PCF8591連接；AT89S52單片機的PO. 0-P0. 3 口、P2. 0-P2. 3 口與四個放大隔離芯片TLP250連接；AT89S52單片機的PL 2-P1. 3 口與A/D轉換芯片PCF8591連接，A/D轉換芯片PCF8591的AINO 口與運算放大器LM324芯片連接；AT89S52單片機的P3. 6 口與光耦芯片連接；AT89S52單片機的P3. 0-P3. I口與串口連接芯片MAX232連接，串口連接芯片MAX232與串口 RS232連接；AT89S52單片機的P1.4-P1.7 口與四個輸入鍵盤連接；AT89S52單片機的P3. 7 口與蜂鳴器連接，AT89S52單片機的P2. 4-P2. 7 口與四個發光二極管連接。本發明具有的有益效果是
本發明通過單片機處理模塊、變量控制模塊、檢測模塊、通訊模塊、鍵盤輸入模塊和報警指示模塊，實現了對噴霧實驗機噴霧的自動精準控制，減少了人力的浪費，進而實現了對農作物的精準噴施，提高了藥液的有效性，減少了藥液的浪費和環境污染。當對靶變量噴霧實驗機在田間進行作業時，可以完全自動進行噴霧，還可以根據實時數據進行相應的控制調整，完成農作物更精確的噴施，電路原理簡單，操作簡便，并根據施藥目標的有無、目標面積的大小以及噴霧車行駛速度的變化進行變量噴霧，同時還能夠對噴霧實驗機常見問題進行報警指示，系統簡單，功能強大。
圖I是本發明的整體結構框圖。圖2是本發明的硬件電路結構圖。圖3是本發明的單片機最小系統圖。圖4是本發明的單片機擴展芯片PCF8591圖。圖5是本發明的單片機擴展芯片TLP250圖。
圖6是本發明的單片機擴展芯片LM324、PCF8591圖。圖7是本發明的單片機與霍爾傳感器連接圖。圖8是本發明的單片機擴展芯片MAX232圖。圖9是本發明的單片機與四個輸入鍵盤連接電路圖。圖10是本發明的單片機與蜂鳴器、發光二極管連接電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做出進一步的說明。如圖I所示，本發明包括該系統包括單片機處理模塊、變量控制模塊、檢測模塊、通訊模塊、鍵盤輸入模塊和報警指示模塊；變量控制模塊、檢測模塊、通訊模塊、鍵盤輸入模塊和報警指示模塊分別與單片機處理模塊連接。如圖2所示，所述單片機處理模塊包括AT89S52單片機；所述變量控制模塊包括電動比例調節閥和電磁閥，AT89S52單片機通過D/A轉換芯片與電動比例調節閥連接，AT89S52單片機通過放大隔離芯片與電磁閥連接；所述檢測模塊包括渦輪流量計、壓阻式壓力傳感器、液位傳感器和霍爾傳感器，AT89S52單片機通過A/D轉換芯片與渦輪流量計、壓阻式壓力傳感器和液位傳感器連接，AT89S52單片機通過光耦芯片與霍爾傳感器連接；所述通訊模塊包括工控機，AT89S52單片機通過RS232與工控機的一端連接，工控機的另一端與含圖像采集卡的CCD照相機連接；所述鍵盤輸入模塊為四個輸入鍵盤；所述報警指示模塊包括蜂鳴器和發光二極管。如圖3、圖4所示4了89552單片機的？1.0- 1.1 口與D/A轉換芯片PCF8591連接，PCF8591的AOUT 口與變量控制模塊中的電動比例控制閥連接，通過數字信號控制電動比例控制閥的開口大小。電動比例調節閥安裝在噴霧實驗機的主管路上，用來控制噴霧實驗機的總流量。如圖3、圖5所示，AT89S52單片機的P0.0-P0.3 口、P2.0-P2.3 口與四個放大隔離芯片TLP250連接，四個TLP250的VO 口分別與變量控制模塊中的四個電磁閥連接。四個電磁閥分別安裝在噴霧實驗機四個支路的管路上，用來控制每個支路的開閉以及開啟時間的長短。如圖3、圖6所示，AT89S52單片機的PL 2-P1. 3 口與A/D轉換芯片PCF8591連接，A/D轉換芯片PCF8591的AINO 口與運算放大器LM324芯片連接，LM324與檢測模塊中的渦輪流量計連接，LM324的作用是將4-20mA的電流轉換為1_5V的電壓，PCF8591直接與檢測模塊中的壓阻式壓力傳感器和液位傳感器連接。渦輪流量計、壓阻式壓力傳感器安裝在噴霧實驗機的主管路上，檢測主管路壓力和流量的大小。液位傳感器安裝在藥箱里，檢測藥箱中藥液的實時高度。如圖3、圖7所示，AT89S52單片機的P3. 6 口與光耦芯片連接，光耦芯片與檢測模塊中的霍爾傳感器連接，光耦芯片的作用是隔離。霍爾傳感器安裝在噴霧車的輪胎上，檢測噴霧車的實時行駛速度，并根據不同的行駛速度，進行不同的流量變化控制。如圖3、圖8所示，AT89S52單片機的P3. 0-P3. I 口與串口連接芯片MAX232連接，串口連接芯片MAX232與串口 RS232連接。串口通過數據線連接到通訊模塊中的工控機，完成上下位機的通訊。工控機的另一端與含圖像采集卡的CXD照相機連接，C⑶照相機采集現場的圖像信息。
如圖3、圖9所示，AT89S52單片機的PL 4_P1. 7 口與四個輸入鍵盤連接，四個輸入鍵盤的作用分別為開始噴霧、停止噴霧、加快流量和減少流量。如圖3、圖10所示，AT89S52單片機的P3. 7 口與蜂鳴器連接，AT89S52單片機的P2.4-P2. 7 口與四個發光二極管連接。當噴霧實驗機的流量、壓力、速度超過預先設定的范圍時，蜂鳴器響起并且對應的發光二極管閃亮，當液位傳感器檢測到藥箱中藥液幾乎沒有時，蜂鳴器響起并且對應的發光二極管閃亮。圖3中的單片機最小系統保證單片機正常運行。上述單片機處理模塊、變量控制模塊、檢測模塊、通訊模塊可以利用外接電源供電。圖中 VCC 為 5V，VCCl 為 24V, VCC2 為 12V。本發明的工作原理
當對靶變量噴霧實驗機控制系統工作時，含圖像采集卡的CCD照相機采集實時圖像，并傳輸給工控機，工控機根據預先設定好的算法，對圖像進行處理，并給出合理的噴霧方案，把相應的指令通過RS232傳輸給AT89S52單片機，AT89S52單片機通過PCF8591控制電動比例調節閥調節適合的流量、通過四個TLP250分別控制四個電磁閥的開閉以及開啟時間的長短，完成對靶變量噴霧。在噴霧過程中，渦輪流量計和壓阻式壓力傳感器分別檢測噴霧實驗機主管路的流量和壓力，液位傳感器檢測藥箱中藥液的高度，并通過PCF8591把實時檢測的數據傳輸給AT89S52單片機；霍爾傳感器檢測噴霧車的速度，并通過光耦芯片把實時檢測的數據傳輸給AT89S52單片機。AT89S52單片機根據實時檢測到的數據，對噴霧方案進行調整，完成閉環反饋控制。噴霧控制系統也可以通過四個輸入鍵盤直接進行控制，完成開始噴霧、停止噴霧、加快流量和減少流量。噴霧控制系統還能夠對噴霧實驗機常見問題進行報警指示，當噴霧實驗機的流量、壓力、速度超過預先設定的范圍時，蜂鳴器響起并且對應的發光二極管閃亮，當液位傳感器檢測到藥箱中藥液幾乎沒有時，蜂鳴器響起并且對應的發光二極管閃亮。本發明的對靶變量噴霧實驗機控制系統，即基于單片機控制電動比例調節閥控制流量、電磁閥控制開閉以及開啟時間的長短與機器視覺對靶相結合，根據噴霧施藥目標的有無、目標作物面積的大小、噴霧車行駛速度的變化，實施變量噴霧。該集成系統能對噴霧實驗機噴霧進行自動控制，根據預先設定的噴霧方案進行噴霧，解決對農作物更精確的噴施，提高了藥液的有效性，減少了藥液的浪費和環境污染。
權利要求
1.一種對靶變量噴霧實驗機控制系統，其特征在于，該系統包括單片機處理模塊、變量控制模塊、檢測模塊、通訊模塊、鍵盤輸入模塊和報警指示模塊；變量控制模塊、檢測模塊、通訊模塊、鍵盤輸入模塊和報警指示模塊分別與單片機處理模塊連接。
2.根據權利要求I中所述的一種對靶變量噴霧實驗機控制系統，其特征在于所述單片機處理模塊包括AT89S52單片機；所述變量控制模塊包括電動比例調節閥和電磁閥，AT89S52單片 機通過D/A轉換芯片與電動比例調節閥連接，AT89S52單片機通過放大隔離芯片與電磁閥連接；所述檢測模塊包括渦輪流量計、壓阻式壓力傳感器、液位傳感器和霍爾傳感器，AT89S52單片機通過A/D轉換芯片與渦輪流量計、壓阻式壓力傳感器和液位傳感器連接，AT89S52單片機通過光耦芯片與霍爾傳感器連接；所述通訊模塊包括工控機，AT89S52單片機通過RS232與工控機的一端連接，工控機的另一端與含圖像采集卡的CXD照相機連接；所述鍵盤輸入模塊為四個輸入鍵盤；所述報警指示模塊包括蜂鳴器和發光二極管。
3.根據權利要求I中所述的一種對靶變量噴霧實驗機控制系統，其特征在于所述AT89S52單片機的PI. 0-P1. I 口與D/A轉換芯片PCF8591連接；AT89S52單片機的PO. 0-P0. 3 口、P2. 0-P2. 3 口與四個放大隔離芯片TLP250連接；AT89S52單片機的Pl. 2-P1. 3 口與A/D轉換芯片PCF8591連接，A/D轉換芯片PCF8591的AINO 口與運算放大器LM324芯片連接；AT89S52單片機的P3. 6 口與光耦芯片連接；AT89S52單片機的P3. 0-P3. I口與串口連接芯片MAX232連接，串口連接芯片MAX232與串口 RS232連接；AT89S52單片機的P1.4-P1.7 口與四個輸入鍵盤連接；AT89S52單片機的P3. 7 口與蜂鳴器連接，AT89S52單片機的P2. 4-P2. 7 口與四個發光二極管連接。
全文摘要
本發明公開了一種對靶變量噴霧實驗機控制系統。包括單片機處理模塊、變量控制模塊、檢測模塊、通訊模塊、鍵盤輸入模塊和報警指示模塊；變量控制模塊、檢測模塊、通訊模塊、鍵盤輸入模塊和報警指示模塊分別與單片機處理模塊連接。本發明實現了對噴霧實驗機噴霧的自動精準控制，進而實現了對農作物的精準噴施，提高了藥液的有效性，減少了藥液的浪費和環境污染。當對靶變量噴霧實驗機在田間進行作業時，可完全自動進行噴霧，還可根據實時數據進行相應的控制調整，完成農作物更精確的噴施，電路原理簡單，操作簡便，并根據施藥目標的有無、目標面積的大小以及噴霧車行駛速度的變化進行變量噴霧，同時還能進行報警指示，系統簡單，功能強大。
文檔編號G05B19/042GK102645904SQ20121010234
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月9日 優先權日2012年4月9日
發明者盧勁竹, 周偉, 徐敏雅, 蔣煥煜 申請人:浙江大學