基于PLC的自动对靶变量喷雾系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种基于PLC的自动对靶变量喷雾系统，包括上位机、监控模块、病虫害诊断模块、PLC控制模块、数据采集模块、行走机构、升降机构以及喷雾机构，将对靶喷雾技术和变量喷雾技术相结合，将PLC控制与模糊PID控制算法相结合，实现了通过PLC控制步进电机带动球阀控制喷雾流量的目的，本系统可按照获取经处理后的喷雾对象的有无、喷雾对象面积的大小及喷雾对象病虫害程度的深浅来进行精确自动对靶变量喷雾控制，大大提高了精确喷雾的精确度。

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.

【技术实现步骤摘要】
基于PLC的自动对靶变量喷雾系统
本技术涉及植保机械和农药施用
，具体涉及一种基于PLC的自动对靶变量喷雾系统。
技术介绍
长期以来，我国一直是世界上的农药生产大国，具有先进的农药生产技术,这对于减少因病虫害所造成的农作物损失发挥了巨大作用，但我国的植保机械和农药施用技术与我国先进的农药生产技术水平相比严重落后，目前我国广泛使用的是普通型喷雾机，尽管其病虫害防治效果良好，但在其作业过程中，由于没有对施药目标有无、目标作物面积大小及病虫害信息程度等信息的分析，导致了农药的利用率低、农药残留量超标、环境污染严重、作物药害程度加深、操作者皮肤过敏、中毒等问题，因此，如何在获得较高施药效率的同时，通过减少单位面积农药的使用量来降低农药对环境及人们身体健康的危害，是我们迫切需要解决的问题。目前主要有两种先进的喷雾技术：变量喷雾与对靶喷雾。变量喷雾通过调节压力大小并在一定压力下控制流量的多少加上输出的脉宽调制等理论原理去实现对象喷雾；对靶喷雾是根据机器视觉或者各种传感器来获得喷雾目标的信息，然后传输给相关处理系统进行处理分析后，得出喷雾目标的数据，最后给出喷雾方案，通过系统实施喷雾。对靶变量喷雾控制系统达到了精确喷雾的要求,按照我国国情的发展情况，对我们农业的可持续发展具有重要的意义。从生态环境方向考虑，精确喷雾技术可以减少喷雾物质的使用量，使得环境得到保护、资源得到节约，从我国国情的发展战略方面考虑，促进了农业等各方面的可持续发展。精确喷雾技术的核心是获取喷雾对象的基本信息，包括农作物的位置、病虫害程度、农作物的种类等，然后利用对靶变量喷雾技术，根据不同的喷药量进行高效有利的精准喷雾，争取将农药的价值最大化。
技术实现思路
本申请通过提供一种基于PLC的自动对靶变量喷雾系统及其控制方法，将对靶喷雾技术和变量喷雾技术相结合，将PLC控制与模糊PID控制算法相结合，实现了通过PLC控制步进电机带动球阀控制喷雾流量的目的，本系统可按照获取经处理后的喷雾对象的有无、喷雾对象面积的大小及喷雾对象病虫害程度的深浅来进行精确自动对靶变量喷雾控制。本申请采用以下技术方案予以实现：一种基于PLC的自动对靶变量喷雾系统，包括上位机、监控模块、病虫害诊断模块、PLC控制模块、数据采集模块、行走机构、升降机构以及喷雾机构，其中，所述病虫害诊断模块将获取的病虫害信息传送至所述上位机，所述上位机根据当前视觉场内作物的有无来确定是否喷雾，所述上位机根据当前视觉场内作物的高度、面积以及作物受病害感染的程度，确定喷雾量的多少，并控制所述PLC控制模块完成喷雾，所述PLC控制模块根据所述上位机的指令控制所述行走机构行走至病虫害位置，控制所述升降机构调节喷头的高度，并结合模糊PID控制算法控制喷雾机构进行喷雾，所述病虫害诊断模块为含图像采集卡的CCD照相机，所述行走机构为履带式喷雾小车，所述升降机构为伺服电缸，所述喷雾机构包括在药箱与喷头之间依次相连的第一过滤器、喷雾水泵、蓄能器、排气阀、第二过滤器、电磁阀、压力传感器、第三过滤器、涡轮流量计，以及并联的N个喷雾支路，每个喷雾支路均包括第四过滤器、步进电机以及球阀依次连接，在所述电磁阀上还并联有手动控制阀，用以手动操作模式和自动操作模式之间的切换，在蓄能器与药箱的回路上设有安全阀，在喷雾过程中所述PLC控制模块通过控制伺服电缸的伸缩来调节喷头的高度，通过控制步进电机带动球阀来控制喷雾的流量。进一步地，所述数据采集模块包括移动启停标志传感器、喷杆限/复位传感器、直线移动限/复位传感器以及液位传感器。为了保持行走装置运行平稳，提高喷雾喷洒精度，本技术采用履带式喷雾小车的行走装置，所述履带式喷雾小车的行走装置包括导向轮、支重轮、驱动轮及履带，其中，所述导向轮安装在所述履带的前部用以指导所述履带行驶方向，若干个所述支重轮安装在所述履带的中部用以支撑所述喷雾小车重量和规正所述履带，所述驱动轮安装在所述履带的后部用以驱动整个履带行走，所述履带套在所述导向轮、支重轮及驱动轮的外侧，所述履带包括履带板和履带销，所述履带销将各履带板连接起来构成履带链环。所述升降机构为伺服电缸，所述伺服电缸的调节分为伸长和收缩，最大伸长高度为3m，伸长速度为0.2m/s，所述PLC控制模块通过控制伺服电机的启动时间来调整所述伺服电缸的伸长或收缩，所述伺服电缸的伸长分为粗调8s、微调4s和微调3s，所述伺服电缸的收缩为15s。一种基于PLC的自动对靶变量喷雾系统的控制方法，包括如下步骤：S1：系统初始化；S2：判断当前选择的模式是否是自动操作模式，如果是，则进入步骤S3，否则，执行手动操作模式；S3：判断是否接收到了病虫害的定位信息，如果是，则进入步骤S4，否则继续执行步骤S3；S4：所述行走机构行走至病虫害位置，并停车；S5：所述升降机构将喷头升降至喷雾位置；S6：接收喷头的开闭控制信息；S7：由所述PLC控制模块结合模糊PID控制算法控制所述喷雾机构按照上位机确定的喷雾量多少进行对靶变量喷雾；S8：喷杆复位且所述伺服电缸收缩；S9：判断是否完成所有病虫害作物的喷雾工作，如果是，则进入步骤S10，否则，继续执行步骤S4；S10：所述行走机构返回至起点；S11：判断所述PLC控制模块是否停止工作，如果是，则结束，否则，继续执行步骤S2。进一步地，步骤S7的具体操作为：A1：测量喷雾粒径的大小，找到最佳喷雾效果，将此时压力变送器测得的压力值和涡轮流量计测得的流量值作为模糊控制的目标值；A2：模糊推理：A21：步骤A1得到的最佳喷雾效果时涡轮流量计测得的流量值作为设定值R(t)，所述涡轮流量计实际测得的流量值作为测量值Y(t)，将设定值R(t)与测量值Y(t)进行比较，得到误差e以及误差e经微分运算得到的误差变化率ec；A22：误差e乘以量化因子Ke得到E的模糊语言变量值{NB,NM,NS,0,PS,PM,PB}，误差变化率ec乘以量化因子Kec得到EC的模糊语言变量值{NB,NM,NS,0,PS,PM,PB}；A23：根据E、EC结合PID控制规则，经模糊推理输出U，其中，输出U包含了UKp、UKi和UKd三个PID参数，每个参数均设有7个模糊语言变量值{NB,NM,NS,0,PS,PM,PB}；A24：输出U乘以比例因子Ku，进行逆模糊化处理，得到参数Kp、Ki及Kd；A3：PID控制：将设定值R(t)与测量值Y(t)之间的误差传送给PID控制器，根据误差情况，在模糊规则表中选取相适应的Kp、Ki、Kd参数，进行PID运算得到输出U，即控制量U，将控制量U经D/A转换后的信号输送给所述流量电动调节阀，所述流量电动调节阀根据控制量信号的大小，调节其开度，从而达到控制流量的目的。与现有技术相比，本申请提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：将对靶喷雾技术和变量喷雾技术相结合，将PLC控制与模糊PID控制算法相结合，实现了通过PLC控制步进电机带动球阀控制喷雾流量的目的，在喷雾过程中，自动对靶变量喷雾系统对喷雾对象进行不间断的检测，根据获取经处理后的信息来决定喷雾量的多少，从而提高了喷雾的有效性和准确率。附图说明图1为本技术的自动对靶变量喷雾系统结构框图；图2为本技术的履带式喷雾小车的行走装置结构示意图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PLC的自动对靶变量喷雾系统，其特征在于，包括上位机(1)、监控模块(2)、病虫害诊断模块(3)、PLC控制模块(4)、数据采集模块(5)、行走机构(6)、升降机构(7)以及喷雾机构(8)，其中，所述病虫害诊断模块(3)将获取的病虫害信息传送至所述上位机(1)，所述上位机(1)根据当前视觉场内作物的有无来确定是否喷雾，所述上位机(1)根据当前视觉场内作物的高度、面积以及作物受病害感染的程度，确定喷雾量的多少，并控制所述PLC控制模块(4)完成喷雾，所述PLC控制模块(4)根据所述上位机(1)的指令控制所述行走机构(6)行走至病虫害位置，控制所述升降机构(7)调节喷头的高度，并结合模糊PID控制算法控制喷雾机构(8)进行喷雾，所述病虫害诊断模块(3)为含图像采集卡的CCD照相机，所述行走机构(6)为履带式喷雾小车，所述升降机构(7)为伺服电缸，所述喷雾机构(8)包括在药箱(801)与喷头(814)之间依次相连的第一过滤器(802)、喷雾水泵(803)、蓄能器(804)、排气阀(805)、第二过滤器(806)、电磁阀(807)、压力传感器(808)、第三过滤器(809)、涡轮流量计(810)，以及并联的N个喷雾支路，每个喷雾支路均包括第四过滤器(811)、步进电机(812)以及球阀(813)依次连接，在所述电磁阀 (807) 上还并联有手动控制阀(815)，用以手动操作模式和自动操作模式之间的切换，在蓄能器(804)与药箱(801)的回路上设有安全阀(816)，在喷雾过程中所述PLC控制模块(4)通过控制伺服电缸的伸缩来调节喷头(814)的高度，通过控制步进电机(812)带动球阀(813)来控制喷雾的流量。...

【技术特征摘要】
1.一种基于PLC的自动对靶变量喷雾系统，其特征在于，包括上位机(1)、监控模块(2)、病虫害诊断模块(3)、PLC控制模块(4)、数据采集模块(5)、行走机构(6)、升降机构(7)以及喷雾机构(8)，其中，所述病虫害诊断模块(3)将获取的病虫害信息传送至所述上位机(1)，所述上位机(1)根据当前视觉场内作物的有无来确定是否喷雾，所述上位机(1)根据当前视觉场内作物的高度、面积以及作物受病害感染的程度，确定喷雾量的多少，并控制所述PLC控制模块(4)完成喷雾，所述PLC控制模块(4)根据所述上位机(1)的指令控制所述行走机构(6)行走至病虫害位置，控制所述升降机构(7)调节喷头的高度，并结合模糊PID控制算法控制喷雾机构(8)进行喷雾，所述病虫害诊断模块(3)为含图像采集卡的CCD照相机，所述行走机构(6)为履带式喷雾小车，所述升降机构(7)为伺服电缸，所述喷雾机构(8)包括在药箱(801)与喷头(814)之间依次相连的第一过滤器(802)、喷雾水泵(803)、蓄能器(804)、排气阀(805)、第二过滤器(806)、电磁阀(807)、压力传感器(808)、第三过滤器(809)、涡轮流量计(810)，以及并联的N个喷雾支路，每个喷雾支路均包括第四过滤器(811)、步进电机(812)以及球阀(813)依次连接，在所述电磁阀(807)上还并联有手动控制阀(815)，用以手动操作模式和自动操作模式之间的切换，在蓄能器(804)与药箱(801)的回路上设有安全阀(816)，在喷雾过程中所述PLC控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋乐鹏，彭军，刘凤琼，汪德彪，张跃辉，黄超，
申请(专利权)人：重庆科技学院，宋乐鹏，
类型：新型
国别省市：重庆,50