基于PLC的自動對靶變量噴霧系統技術方案

本實用新型專利技術提供了一種基于PLC的自動對靶變量噴霧系統，包括上位機、監控模塊、病蟲害診斷模塊、PLC控制模塊、數據采集模塊、行走機構、升降機構以及噴霧機構，將對靶噴霧技術和變量噴霧技術相結合，將PLC控制與模糊PID控制算法相結合，實現了通過PLC控制步進電機帶動球閥控制噴霧流量的目的，本系統可按照獲取經處理后的噴霧對象的有無、噴霧對象面積的大小及噴霧對象病蟲害程度的深淺來進行精確自動對靶變量噴霧控制，大大提高了精確噴霧的精確度。

Automatic target variable spraying system based on PLC

The utility model provides a PLC based automatic target variable spray system, including host computer, monitoring module, pest diagnosis module, PLC control module, data acquisition module, running mechanism, lifting mechanism and a spraying mechanism, combining the target spray technology and variable spray technique, combined with fuzzy PID control the PLC control algorithm, through the implementation of the PLC control stepper motor driven ball valve control spray flow, the system can be obtained according to the object by spray after treatment with no, object size and spray spray object pest extent to accurately automatic target variable spray control, greatly improves the accuracy of spray the accuracy of.

【技術實現步驟摘要】
基于PLC的自動對靶變量噴霧系統
本技術涉及植保機械和農藥施用
，具體涉及一種基于PLC的自動對靶變量噴霧系統。
技術介紹
長期以來，我國一直是世界上的農藥生產大國，具有先進的農藥生產技術,這對于減少因病蟲害所造成的農作物損失發揮了巨大作用，但我國的植保機械和農藥施用技術與我國先進的農藥生產技術水平相比嚴重落后，目前我國廣泛使用的是普通型噴霧機，盡管其病蟲害防治效果良好，但在其作業過程中，由于沒有對施藥目標有無、目標作物面積大小及病蟲害信息程度等信息的分析，導致了農藥的利用率低、農藥殘留量超標、環境污染嚴重、作物藥害程度加深、操作者皮膚過敏、中毒等問題，因此，如何在獲得較高施藥效率的同時，通過減少單位面積農藥的使用量來降低農藥對環境及人們身體健康的危害，是我們迫切需要解決的問題。目前主要有兩種先進的噴霧技術：變量噴霧與對靶噴霧。變量噴霧通過調節壓力大小并在一定壓力下控制流量的多少加上輸出的脈寬調制等理論原理去實現對象噴霧；對靶噴霧是根據機器視覺或者各種傳感器來獲得噴霧目標的信息，然后傳輸給相關處理系統進行處理分析后，得出噴霧目標的數據，最后給出噴霧方案，通過系統實施噴霧。對靶變量噴霧控制系統達到了精確噴霧的要求,按照我國國情的發展情況，對我們農業的可持續發展具有重要的意義。從生態環境方向考慮，精確噴霧技術可以減少噴霧物質的使用量，使得環境得到保護、資源得到節約，從我國國情的發展戰略方面考慮，促進了農業等各方面的可持續發展。精確噴霧技術的核心是獲取噴霧對象的基本信息，包括農作物的位置、病蟲害程度、農作物的種類等，然后利用對靶變量噴霧技術，根據不同的噴藥量進行高效有利的精準噴霧，爭取將農藥的價值最大化。
技術實現思路
本申請通過提供一種基于PLC的自動對靶變量噴霧系統及其控制方法，將對靶噴霧技術和變量噴霧技術相結合，將PLC控制與模糊PID控制算法相結合，實現了通過PLC控制步進電機帶動球閥控制噴霧流量的目的，本系統可按照獲取經處理后的噴霧對象的有無、噴霧對象面積的大小及噴霧對象病蟲害程度的深淺來進行精確自動對靶變量噴霧控制。本申請采用以下技術方案予以實現：一種基于PLC的自動對靶變量噴霧系統，包括上位機、監控模塊、病蟲害診斷模塊、PLC控制模塊、數據采集模塊、行走機構、升降機構以及噴霧機構，其中，所述病蟲害診斷模塊將獲取的病蟲害信息傳送至所述上位機，所述上位機根據當前視覺場內作物的有無來確定是否噴霧，所述上位機根據當前視覺場內作物的高度、面積以及作物受病害感染的程度，確定噴霧量的多少，并控制所述PLC控制模塊完成噴霧，所述PLC控制模塊根據所述上位機的指令控制所述行走機構行走至病蟲害位置，控制所述升降機構調節噴頭的高度，并結合模糊PID控制算法控制噴霧機構進行噴霧，所述病蟲害診斷模塊為含圖像采集卡的CCD照相機，所述行走機構為履帶式噴霧小車，所述升降機構為伺服電缸，所述噴霧機構包括在藥箱與噴頭之間依次相連的第一過濾器、噴霧水泵、蓄能器、排氣閥、第二過濾器、電磁閥、壓力傳感器、第三過濾器、渦輪流量計，以及并聯的N個噴霧支路，每個噴霧支路均包括第四過濾器、步進電機以及球閥依次連接，在所述電磁閥上還并聯有手動控制閥，用以手動操作模式和自動操作模式之間的切換，在蓄能器與藥箱的回路上設有安全閥，在噴霧過程中所述PLC控制模塊通過控制伺服電缸的伸縮來調節噴頭的高度，通過控制步進電機帶動球閥來控制噴霧的流量。進一步地，所述數據采集模塊包括移動啟停標志傳感器、噴桿限/復位傳感器、直線移動限/復位傳感器以及液位傳感器。為了保持行走裝置運行平穩，提高噴霧噴灑精度，本技術采用履帶式噴霧小車的行走裝置，所述履帶式噴霧小車的行走裝置包括導向輪、支重輪、驅動輪及履帶，其中，所述導向輪安裝在所述履帶的前部用以指導所述履帶行駛方向，若干個所述支重輪安裝在所述履帶的中部用以支撐所述噴霧小車重量和規正所述履帶，所述驅動輪安裝在所述履帶的后部用以驅動整個履帶行走，所述履帶套在所述導向輪、支重輪及驅動輪的外側，所述履帶包括履帶板和履帶銷，所述履帶銷將各履帶板連接起來構成履帶鏈環。所述升降機構為伺服電缸，所述伺服電缸的調節分為伸長和收縮，最大伸長高度為3m，伸長速度為0.2m/s，所述PLC控制模塊通過控制伺服電機的啟動時間來調整所述伺服電缸的伸長或收縮，所述伺服電缸的伸長分為粗調8s、微調4s和微調3s，所述伺服電缸的收縮為15s。一種基于PLC的自動對靶變量噴霧系統的控制方法，包括如下步驟：S1：系統初始化；S2：判斷當前選擇的模式是否是自動操作模式，如果是，則進入步驟S3，否則，執行手動操作模式；S3：判斷是否接收到了病蟲害的定位信息，如果是，則進入步驟S4，否則繼續執行步驟S3；S4：所述行走機構行走至病蟲害位置，并停車；S5：所述升降機構將噴頭升降至噴霧位置；S6：接收噴頭的開閉控制信息；S7：由所述PLC控制模塊結合模糊PID控制算法控制所述噴霧機構按照上位機確定的噴霧量多少進行對靶變量噴霧；S8：噴桿復位且所述伺服電缸收縮；S9：判斷是否完成所有病蟲害作物的噴霧工作，如果是，則進入步驟S10，否則，繼續執行步驟S4；S10：所述行走機構返回至起點；S11：判斷所述PLC控制模塊是否停止工作，如果是，則結束，否則，繼續執行步驟S2。進一步地，步驟S7的具體操作為：A1：測量噴霧粒徑的大小，找到最佳噴霧效果，將此時壓力變送器測得的壓力值和渦輪流量計測得的流量值作為模糊控制的目標值；A2：模糊推理：A21：步驟A1得到的最佳噴霧效果時渦輪流量計測得的流量值作為設定值R(t)，所述渦輪流量計實際測得的流量值作為測量值Y(t)，將設定值R(t)與測量值Y(t)進行比較，得到誤差e以及誤差e經微分運算得到的誤差變化率ec；A22：誤差e乘以量化因子Ke得到E的模糊語言變量值{NB,NM,NS,0,PS,PM,PB}，誤差變化率ec乘以量化因子Kec得到EC的模糊語言變量值{NB,NM,NS,0,PS,PM,PB}；A23：根據E、EC結合PID控制規則，經模糊推理輸出U，其中，輸出U包含了UKp、UKi和UKd三個PID參數，每個參數均設有7個模糊語言變量值{NB,NM,NS,0,PS,PM,PB}；A24：輸出U乘以比例因子Ku，進行逆模糊化處理，得到參數Kp、Ki及Kd；A3：PID控制：將設定值R(t)與測量值Y(t)之間的誤差傳送給PID控制器，根據誤差情況，在模糊規則表中選取相適應的Kp、Ki、Kd參數，進行PID運算得到輸出U，即控制量U，將控制量U經D/A轉換后的信號輸送給所述流量電動調節閥，所述流量電動調節閥根據控制量信號的大小，調節其開度，從而達到控制流量的目的。與現有技術相比，本申請提供的技術方案，具有的技術效果或優點是：將對靶噴霧技術和變量噴霧技術相結合，將PLC控制與模糊PID控制算法相結合，實現了通過PLC控制步進電機帶動球閥控制噴霧流量的目的，在噴霧過程中，自動對靶變量噴霧系統對噴霧對象進行不間斷的檢測，根據獲取經處理后的信息來決定噴霧量的多少，從而提高了噴霧的有效性和準確率。附圖說明圖1為本技術的自動對靶變量噴霧系統結構框圖；圖2為本技術的履帶式噴霧小車的行走裝置結構示意圖；圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于PLC的自動對靶變量噴霧系統，其特征在于，包括上位機(1)、監控模塊(2)、病蟲害診斷模塊(3)、PLC控制模塊(4)、數據采集模塊(5)、行走機構(6)、升降機構(7)以及噴霧機構(8)，其中，所述病蟲害診斷模塊(3)將獲取的病蟲害信息傳送至所述上位機(1)，所述上位機(1)根據當前視覺場內作物的有無來確定是否噴霧，所述上位機(1)根據當前視覺場內作物的高度、面積以及作物受病害感染的程度，確定噴霧量的多少，并控制所述PLC控制模塊(4)完成噴霧，所述PLC控制模塊(4)根據所述上位機(1)的指令控制所述行走機構(6)行走至病蟲害位置，控制所述升降機構(7)調節噴頭的高度，并結合模糊PID控制算法控制噴霧機構(8)進行噴霧，所述病蟲害診斷模塊(3)為含圖像采集卡的CCD照相機，所述行走機構(6)為履帶式噴霧小車，所述升降機構(7)為伺服電缸，所述噴霧機構(8)包括在藥箱(801)與噴頭(814)之間依次相連的第一過濾器(802)、噴霧水泵(803)、蓄能器(804)、排氣閥(805)、第二過濾器(806)、電磁閥(807)、壓力傳感器(808)、第三過濾器(809)、渦輪流量計(810)，以及并聯的N個噴霧支路，每個噴霧支路均包括第四過濾器(811)、步進電機(812)以及球閥(813)依次連接，在所述電磁閥?(807)?上還并聯有手動控制閥(815)，用以手動操作模式和自動操作模式之間的切換，在蓄能器(804)與藥箱(801)的回路上設有安全閥(816)，在噴霧過程中所述PLC控制模塊(4)通過控制伺服電缸的伸縮來調節噴頭(814)的高度，通過控制步進電機(812)帶動球閥(813)來控制噴霧的流量。...

【技術特征摘要】
1.一種基于PLC的自動對靶變量噴霧系統，其特征在于，包括上位機(1)、監控模塊(2)、病蟲害診斷模塊(3)、PLC控制模塊(4)、數據采集模塊(5)、行走機構(6)、升降機構(7)以及噴霧機構(8)，其中，所述病蟲害診斷模塊(3)將獲取的病蟲害信息傳送至所述上位機(1)，所述上位機(1)根據當前視覺場內作物的有無來確定是否噴霧，所述上位機(1)根據當前視覺場內作物的高度、面積以及作物受病害感染的程度，確定噴霧量的多少，并控制所述PLC控制模塊(4)完成噴霧，所述PLC控制模塊(4)根據所述上位機(1)的指令控制所述行走機構(6)行走至病蟲害位置，控制所述升降機構(7)調節噴頭的高度，并結合模糊PID控制算法控制噴霧機構(8)進行噴霧，所述病蟲害診斷模塊(3)為含圖像采集卡的CCD照相機，所述行走機構(6)為履帶式噴霧小車，所述升降機構(7)為伺服電缸，所述噴霧機構(8)包括在藥箱(801)與噴頭(814)之間依次相連的第一過濾器(802)、噴霧水泵(803)、蓄能器(804)、排氣閥(805)、第二過濾器(806)、電磁閥(807)、壓力傳感器(808)、第三過濾器(809)、渦輪流量計(810)，以及并聯的N個噴霧支路，每個噴霧支路均包括第四過濾器(811)、步進電機(812)以及球閥(813)依次連接，在所述電磁閥(807)上還并聯有手動控制閥(815)，用以手動操作模式和自動操作模式之間的切換，在蓄能器(804)與藥箱(801)的回路上設有安全閥(816)，在噴霧過程中所述PLC控制...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋樂鵬，彭軍，劉鳳瓊，汪德彪，張躍輝，黃超，
申請(專利權)人：重慶科技學院，宋樂鵬，
類型：新型
國別省市：重慶,50