一种基于光线强度探测的雾滴沉积量测定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光线强度探测的雾滴沉积量测定装置及方法，所述装置包括光线发生器、光线传导装置、光线接收器、雾滴接收面板、控制模块以及电源模块；光线发生器和光线接收器设于雾滴接收面板的下方，所述光线传导装置安装于雾滴接收面板上，光线传导装置的光线入射端与出射端的中间位置设有遮光片；所述控制模块包括中央处理器、滤波器模块、A/D转换模块以及光电隔离模块。本发明专利技术的方法基于光线折射原理，并结合知识库基于模糊算法快速准确计算出“沉积量‑光线强度”间的线性关系，从而得到雾滴沉积量结果，实现了快速准确进行雾滴沉积量的测定，大幅提高工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光线强度探测的雾滴沉积量测定装置及方法
本专利技术属于农业植保应用
，具体涉及一种基于光线强度探测的雾滴沉积量测定装置及方法。
技术介绍
在农业生产中，植保是必不可少的环节，其中喷施化学农药是目前植保环节的主要形式，而药液雾滴单位面积的有效沉积量是一个直接影响病虫害防治效果的因素。目前喷洒雾滴有效沉积量测试方法主要分为定性和定量测定两种，其中定性测量通常是使用水敏纸等纸卡类承接喷洒的雾滴，通过统计单位面积沉积的雾滴个数来计算沉积量；定量测试通常是使用聚酯卡承接喷洒雾滴或采集植株叶片，通过洗脱方式来测定沉积量。以上两种雾滴沉积量的测定方法，通常都需要将水敏纸、聚酯卡、作物叶片等样品至试验室，进行雾滴图像分析、示踪剂洗脱等进行二次分析，其下田布样取样工作繁重，试验室扫描分析过程中需要专业人员进行操作。由全反射定律可知，光线光密介质进入光疏介质时入射角增大到某临界角时，会产生全反射。光在空气中的折射率约为1.0，在水中的折射率约为1.33，在玻璃中的折射率约为1.5，相对应玻璃空气、水(雾滴)都是光疏介质。根据这一基本原理，可以通过接收反射光线的强度来测定光密和光疏界面处雾滴的沉积量。
技术实现思路
本专利技术目的是针对传统的雾滴沉积量测定方法中需要人工重复下田采样布样、再至实验室二次分析等繁重的操作过程，提供一种基于光线强度探测的雾滴沉积量测定装置及方法，可以精确快速测定药液喷洒后雾滴沉积量的大小。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于光线强度探测的雾滴沉积量测定装置，所述装置包括光线发生器、光线传导装置、光线接收器、雾滴接收面板、控制模块以及电源模块；所述雾滴接收面板用于接收药液喷洒形成的雾滴；光线发生器和光线接收器设于雾滴接收面板的下方，所述光线传导装置安装于雾滴接收面板上，光线传导装置的光线入射端与光线发生器的发射端相对，光线传导装置的光线出射端与光线接收器的接收端相对，光线传导装置的光线入射端与出射端的中间位置设有遮光片；所述控制模块包括中央处理器、滤波器模块、A/D转换模块以及光电隔离模块；中央处理器用于对采集到的电信号的分析、判断、记录与存储；滤波器模块用于干扰信号的过滤；A/D转换模块用于将接收到的光线的强度模拟量转化为数字量；光电隔离模块用于处理后数据的存储、显示与传输；光线接收器的光线接收电路与滤波器模块的控制接收端连接，滤波器模块的另一端与A/D转换模块的信号接收端连接，A/D转换模块的信号输出端与中央处理器的信号输入端连接，中央处理器的电平输入端与电源模块的数字电源端连接，中央处理器的数据输出端与光电隔离模块连接。本专利技术进一步解决的技术方案是，所述光线发生器采用发光红外二极管；所述光线接收器采用光敏三极管。本专利技术进一步解决的技术方案是，所述光线传导装置的光线入射端与出射端采用弧面透镜结构，发光红外二极管与光敏三极管设置在透镜焦距处。所述光线发生器以发光元器件和相应的驱动电路组成，配有过流、过压保护电路和亮度调节电路，实现根据实测环境提供所需亮度的光线，光线发生器以发光元件为核心，本专利技术选用市场易购得的红外发光二极管作为发光元件，相应的驱动电路实现通过发光二级管的电流恒定，同时以可调电阻实现电流的变化从而改变发光亮度。所述光线传导装置，在于实现光线发生器发出的光线在光密介质中发生全反射，在光密和光疏介质界面处即发生折射也发生反射，且保证光线接收器能够捕捉到反射光线。光线传导装置光线入射端和出射端采用弧面透镜结构，且发光二极管和接收光线的光敏元件设置在透镜的焦距处，以保证在没有雾滴的情况下实现全反射，且接收到的光强度最大。同时在光线入射端和出射端中间位置设置遮光片，避免发射光线未经传导装置而对接收端的干扰。所述光线接收器以光敏元件和驱动电路组成，具有配有过流、过压保护电路和亮度调节电路等，接收来自光线传导装置的光线。光线接收器以光敏元件为核心，本专利技术选用灵敏度较高和放大功能更好的光敏三极管，实现光照-电流转化功能，同时设置温度补偿电路，保证光照强度与所产生的光电流大小呈线性关系。本专利技术进一步解决的技术方案是，所述中央处理器采用AT89S52芯片；所述A/D转换模块的采用ADC0804芯片；所述滤波器模块采用RC滤波器；所述光电隔离模块采用HCPL0601芯片。本专利技术进一步解决的技术方案是，所述电源模块中，线性稳压器的电平输出端通过电容C3与AT89S52芯片的RST引脚连接，电容C3的另一端通过电阻R9接地；电阻R10与电容C3并联连接，电阻R10的另一端通过开关S1与和电阻R9接地；电容C5的一端与线性稳压器的电平输出端连接，另一端接地；电容C4的一端与线性稳压器的电平输入端连接，另一端接地；所述线性稳压器为LM7805芯片。本专利技术进一步解决的技术方案是，所述中央处理器的AT89S52芯片中包括晶振电路；所述AT89S52芯片的P3.8/XTAL2引脚与晶振Y1一端连接，晶振Y1一端与电容C1连接，晶振Y1另一端分别与P3.9/XTAL1引脚和电容C2的一端连接，电容C1与电容C2的另一端均接地。本专利技术还保护基于光线强度探测的雾滴沉积量测定装置的使用方法，包括如下步骤：步骤一、构建知识库数据集，所述知识库是基于试验测量得出数据建立的光线强度-雾滴沉积量的关系集，通过测量到的光线强度作为输入值，经过模糊判断处理，找出光线强度所对应的隶属度最大的雾滴沉积量，将这个雾滴沉积量值作为输出，其具体包括：(a)调节光线发生器的发光强度，使光线接收器接收到的光线所产生的集电极电流达到饱和，定义此时的光线强度为有效光线阈值的上限，上限值为100；使光线接收器完全接收不到光线产生的电流，定义此时的光线强度为有效光线阈值的下限，下限值为0；(b)光线接收器将接收的电流通过电阻转化为电压值，作为A/D转换模块的输入量；A/D转换模块将上述输入量通过对应的转化级数的区间进行输出；(c)以0.01mL为步长逐步定量向雾滴接收面板喷洒雾滴，记录A/D转换模块的输出值；(d)根据步骤(c)中滴加的雾滴量与A/D转换模块的输出值，利用模糊算法构建函数，最后转化为光线强度与雾滴沉积量的对应关系；步骤二、初始化控制模块，根据步骤一设定接收光线强度的阈值为0-100；步骤三、确定雾滴接收面板的位置，在雾滴接收面板上安装光线传导装置，并根据光线传导装置弧面透镜的焦距设定光线发生器和光线接收器的位置，控制无雾滴沉积时候，光线发生器射出的光线发生全反射，反射的光线聚焦于光线接收器上；步骤四、接通光线发生器进行测试，控制模块的中央处理器根据预先设定的阈值对光线强度进行判断，若输出值落在阈值区间内则进行下一步；若没有落在阈值区间中则清空数据重新设定光线发生器的光线强度进行测试；步骤五、上述步骤四满足阈值要求时，将输出的值与步骤一得到的数据库进行匹配，A/D转换模块的输出值与雾滴沉积量的对应关系即可得到雾滴定量沉积结果；步骤六、步骤五得到的数据结果通过中央处理器传输给光电隔离模块进行显示与存储。本专利技术所述方法进一步解决的技术方案是，所述步骤一中A/D转换模块的转化级数为256，转化区间为0-255；接收光线强度为阈值上限100时，对应的A/D转换模块的输出值为255；接收光线强度为阈值下限0时，对应的A/D转换模块的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光线强度探测的雾滴沉积量测定装置，其特征在于：所述装置包括光线发生器(1)、光线传导装置(2)、光线接收器(3)、雾滴接收面板(4)、控制模块以及电源模块(6)；所述雾滴接收面板(4)用于接收药液喷洒形成的雾滴；光线发生器(1)和光线接收器(3)设于雾滴接收面板(4)的下方，所述光线传导装置(2)安装于雾滴接收面板(4)上，光线传导装置(2)的光线入射端与光线发生器(1)的发射端相对，光线传导装置(2)的光线出射端与光线接收器(3)的接收端相对，光线传导装置(2)的光线入射端与出射端的中间位置设有遮光片(5)；所述控制模块包括中央处理器(7)、滤波器模块(8)、A/D转换模块(9)以及光电隔离模块(10)；中央处理器(7)用于对采集到的电信号的分析、判断、记录与存储；滤波器模块(8)用于干扰信号的过滤；A/D转换模块(9)用于将接收到的光线的强度模拟量转化为数字量；光电隔离模块(10)用于处理后数据的存储、显示与传输；光线接收器(1)的光线接收电路与滤波器模块(8)的控制接收端连接，滤波器模块(8)的另一端与A/D转换模块(9)的信号接收端连接，A/D转换模块(9)的信号输出端与中央处理器(7)的信号输入端连接，中央处理器(7)的电平输入端与电源模块(6)的数字电源端连接，中央处理器(7)的数据输出端与光电隔离模块(10)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于光线强度探测的雾滴沉积量测定装置，其特征在于：所述装置包括光线发生器(1)、光线传导装置(2)、光线接收器(3)、雾滴接收面板(4)、控制模块以及电源模块(6)；所述雾滴接收面板(4)用于接收药液喷洒形成的雾滴；光线发生器(1)和光线接收器(3)设于雾滴接收面板(4)的下方，所述光线传导装置(2)安装于雾滴接收面板(4)上，光线传导装置(2)的光线入射端与光线发生器(1)的发射端相对，光线传导装置(2)的光线出射端与光线接收器(3)的接收端相对，光线传导装置(2)的光线入射端与出射端的中间位置设有遮光片(5)；所述控制模块包括中央处理器(7)、滤波器模块(8)、A/D转换模块(9)以及光电隔离模块(10)；中央处理器(7)用于对采集到的电信号的分析、判断、记录与存储；滤波器模块(8)用于干扰信号的过滤；A/D转换模块(9)用于将接收到的光线的强度模拟量转化为数字量；光电隔离模块(10)用于处理后数据的存储、显示与传输；光线接收器(1)的光线接收电路与滤波器模块(8)的控制接收端连接，滤波器模块(8)的另一端与A/D转换模块(9)的信号接收端连接，A/D转换模块(9)的信号输出端与中央处理器(7)的信号输入端连接，中央处理器(7)的电平输入端与电源模块(6)的数字电源端连接，中央处理器(7)的数据输出端与光电隔离模块(10)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于光线强度探测的雾滴沉积量测定装置，其特征在于：所述光线发生器(1)采用发光红外二极管；所述光线接收器(3)采用光敏三极管。3.根据权利要求2所述的一种基于光线强度探测的雾滴沉积量测定装置，其特征在于：所述光线传导装置(2)的光线入射端与出射端采用弧面透镜结构，发光红外二极管与光敏三极管设置在透镜焦距处。4.根据权利要求3所述的一种基于光线强度探测的雾滴沉积量测定装置，其特征在于：所述中央处理器(7)采用AT89S52芯片；所述A/D转换模块(9)的采用ADC0804芯片；所述滤波器模块(8)采用RC滤波器；所述光电隔离模块(10)采用HCPL0601芯片。5.根据权利要求4所述的一种基于光线强度探测的雾滴沉积量测定装置，其特征在于：所述电源模块(6)中，线性稳压器的电平输出端通过电容C3与AT89S52芯片的RST引脚连接，电容C3的另一端通过电阻R9接地；电阻R10与电容C3并联连接，电阻R10的另一端通过开关S1与和电阻R9接地；电容C5的一端与线性稳压器的电平输出端连接，另一端接地；电容C4的一端与线性稳压器的电平输入端连接，另一端接地；所述线性稳压器为LM7805芯片。6.根据权利要求5所述的一种基于光线强度探测的雾滴沉积量测定装置，其特征在于：所述中央处理器(7)的AT89S52芯片中包括晶振电路；所述AT89S52芯片的P3.8/XTAL2引脚与晶振Y1一端连接，晶振Y1一端与电容C1连接，晶振Y1另一端分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宋超，薛新宇，孙涛，孙竹，秦维彩，金永奎，周立新，丁素明，张玲，崔龙飞，顾伟，孔伟，周良富，陈晨，蔡晨，周晴晴，杨风波，张学进，乐飞翔，徐阳，王宝坤，
申请(专利权)人：农业部南京农业机械化研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32