一种基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统，涉及到农业智能化检测领域，包括电容传感器、数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块、无线网关模块、电源模块、手机显示模块和空间三角支架；本发明专利技术提供的一种具有测量空间多层喷雾沉积量与覆盖面积的检测系统能够实时输出分层的喷雾沉积量与覆盖面积，实现喷雾沉积量与覆盖面积的分布快速检测评价。本发明专利技术可以减小传统测量喷雾沉积量与覆盖面积的工作量，为喷雾沉积量与覆盖面积的基础性研究提供快速检测手段。快速检测手段。快速检测手段。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统


[0001]本专利技术涉及到农业智能化检测领域，具体涉及到一种基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统，结合无线网络与先进传感手段，实现喷雾沉积量与覆盖面积的在线检测与评价。

技术介绍

[0002]化学农药的喷施，仍是植保作业中主要的手段。部分化学农药主要通过内吸式与触杀式两种形式作用在杂草表面。增加喷雾沉积雾滴在植物表面的覆盖面积，可以增加雾滴与叶面的接触面积，由此加大叶片对药液的吸收，还可以减少液滴滚落，因此测量喷雾沉积的覆盖面积十分重要。同时喷雾沉积量的大小对植保作业也至关重要，喷施量过多将会导致药液浪费，造成环境污染；喷施量过少将会造成药量不足，达不到杀虫效果。雾滴沉积覆盖率和沉积量是植保喷雾质量评价中的重要指标。通过对喷雾质量的评价可以用于植保机器的改进，最优工况的调试。因此，喷雾沉积覆盖面积与沉积量的测量对植保作业有重大意义。
[0003]现阶段测量喷雾沉积的覆盖面积，主要的手段有利用图像处理法，其主要的不足在于试验装置要求较高，且只适合于在实验室使用，无法实现通过植保喷嘴在田间工作时进行测量，且其测量点过于单一；也有利用水敏纸进行雾滴覆盖面积的检测，但是水敏纸的布置，收集工作量较大，测量喷雾穿透性时，其布置受植物冠层形状的影响，且其需要繁琐的后处理工作，无法实现多点多层喷雾沉积覆盖面积的实时测量。测量雾滴沉积量的方法有收集称重法、洗脱法、基于水敏纸的图像处理法等。以上方法均不可以实现雾滴沉积量的实时测量，且测量操作工作量大。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术提出了一种基于电容传感器的喷雾沉积量与覆盖面积在线检测系统及方法，结合电容传感器技术与无线网络技术完成数据的采集与传输，使用手机对测量结果进行显示，实现测量系统的运行。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统，包括电容传感器、数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块、无线网关模块和手机显示模块；
[0007]在喷雾作业任务中，电容传感器用于检测其表面喷雾沉积量与覆盖面积；
[0008]所述数据采集模块，用于获取电容传感器的输出电容信号，同时为电容传感器提供激励电压；
[0009]所述数据处理模块用于处理电容传感器输出电容信号，进行相应数据算法的设置；
[0010]所述数据传输模块用于组建采集无线局域网络以及实现数据的传输；
[0011]所述无线网关模块用于将采集到的数据上传至手机显示端；
[0012]所述手机显示模块用于数据的处理、查看和保存，并发送“开始”与“结束”指令至数据采集模块。
[0013]进一步的，还包括电源模块，所述电源模块为数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和无线网关模块提供电源。
[0014]进一步的，还包括空间三角支架，所述空间三角支架用来支撑并调节电容传感器的空间位置从而实现喷雾沉积量与覆盖面积的分层测量。
[0015]进一步的，所述空间三角支架包括可伸缩支架杆和装夹杆；所述可伸缩支架杆上设置有数个装夹杆，且装夹杆从上至下依次布置，装夹杆用来装夹电容传感器。
[0016]进一步的，所述电容传感器通过喷雾液滴沉积在其表面时，喷雾沉积液滴产生铺展导致电容电导率变化，从而输出与电容传感器表面喷雾沉积覆盖面积成正比的电容信号；喷雾沉积覆盖面积(S)由下式得到：
[0017][0018]其中，ΔC为电极板的电容变化量，ε1为空气的介电常数，ε2为液滴的介电常数，d为电极间距离，t为电极厚度；
[0019]液滴沉积量(m)通过下式计算：
[0020][0021]其中，ρ为液体密度，k＝f(θ)，θ为液滴与传感器表面的接触角，S1为恒液滴铺展面积下，平均液滴体积对应的液滴铺展面积，k1＝f1(θ)，V为喷雾场液滴体积，V
min
为最小体积，V
max
为最大体积，N为液滴体积为V的液滴个数；S2为均匀喷雾场中，均匀液滴对应的铺展面积，k2＝f2(θ)，D为喷雾场液滴直径，D
min
为最小直径，D
max
为最大直径，N1为液滴直径为D的液滴个数,k2＝f2(θ)。
[0022]进一步的，所述电容传感器有三个，电容传感器分三层布置，与植株的上、中、下三层对应，且电容传感器在竖直方向上呈现一定的角度，角度范围在15
°‑
25
°
；所述数据采集模块用于采集三个电容传感器输出电容的模拟量；所述数据处理模块对数据采集模块采集到的数字量进行算法处理，去除异常突变的数据，消除由蒸发产生的影响；所述数据传输模块对处理完的数据进行传输；数据处理模块算法如下：
[0023]对于单个数据采集模块：定义数组(x取上、中、下,r取1，2，3
……
n)，用于存储第x层的第r个点的电容采集数据，当时(x取上、中、下)，(i取1，2，3
……
n)表示第x层t
i
秒对应的电容值，当时，把值转化成字符串，在字符串前拼接字符形成字符串用于标记识别数据来自于第x层的第r个测量点，把字符串写入对应数组当不满足在(0
‑
2v)时，把字符
‘
error
’
与字符拼接成字符串写入对应数组
[0024]对于分层测量单元：把上述的数组拼接到一个数组B
z
(z取1，2，3
……
n),B
z
表示第z个分层测量单元对应的测量数据。
[0025]进一步的，所述数据传输模块用于传输数据处理模块输出的数据，数据传输模块通过无线局域网络通信协议，建立数据采集无线网络，对数据的传输还进行相应数据传输链路的设计，传输链路使用组播的方式，可避免大量数据传输带来的丢包，最终的数据收集到数据传输模块的协调器模块中，协调器模块可实现采集数据的汇总，链路采用分组的方式。
[0026]进一步的，链路采用分组的方式具体为：3个分层测量单元C1、C2、C3，对应测得的数据B1、B2、B3，在网络协议中定义C1为组头，C2、C3向组头发送数据，组头C1通过识别B2、B3中的字符来识别数据的来源，如果识别出两个数据包是B2、B3，则组成数组[B1、B2、B3]，并且继续上传数据，如果识别出的数据包不满足是B2、B3，则数据传输模块将会等待循环，不停的判别收到的数据，直至两个数据包都收到后，进行拼接并上传数据。
[0027]进一步的，所述无线网关模块、手机显示模块对所述数据传输模块中协调器模块采集到的数据，无线传输到手机显示端的数据进行数据处理，并对数据进行显示、记录，无线网关模块实现建立协调器模块与手机显示模块之间的无线网络，实现数据采集“开始”与“停止”指令的下达，对采集到的数据进行上传；所述手机显示模块对收到的数据进行保存、显示。
[0028]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统，其特征在于，包括电容传感器、数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块、无线网关模块和手机显示模块；在喷雾作业任务中，电容传感器用于检测其表面喷雾沉积量与覆盖面积；所述数据采集模块，用于获取电容传感器的输出电容信号，同时为电容传感器提供激励电压；所述数据处理模块用于处理电容传感器输出电容信号，进行相应数据算法的设置；所述数据传输模块用于组建采集无线局域网络以及实现数据的传输；所述无线网关模块用于将采集到的数据上传至手机显示端；所述手机显示模块用于数据的处理、查看和保存，并发送“开始”与“结束”指令至数据采集模块。2.根据权利要求1所述的基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块为数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和无线网关模块提供电源。3.根据权利要求1所述的基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统，其特征在于，还包括空间三角支架，所述空间三角支架用来支撑并调节电容传感器的空间位置从而实现喷雾沉积量与覆盖面积的分层测量。4.根据权利要求3所述的基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统，其特征在于，所述空间三角支架包括可伸缩支架杆和装夹杆；所述可伸缩支架杆上设置有数个装夹杆，且装夹杆从上至下依次布置，装夹杆用来装夹电容传感器。5.根据权利要求1所述的基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统，其特征在于，所述电容传感器通过喷雾液滴沉积在其表面时，喷雾沉积液滴产生铺展导致电容电导率变化，从而输出与电容传感器表面喷雾沉积覆盖面积成正比的电容信号；喷雾沉积覆盖面积(S)由下式得到：其中，ΔC为电极板的电容变化量，ε1为空气的介电常数，ε2为液滴的介电常数，d为电极间距离，t为电极厚度；液滴沉积量(m)通过下式计算：其中，ρ为液体密度，k＝f(θ)，θ为液滴与传感器表面的接触角，S1为恒液滴铺展面积下，平均液滴体积对应的液滴铺展面积，k1＝f1(θ)，V为喷雾场液滴体积，V
min
为最小体积，V
max
为最大体积，N为液滴体积为V的液滴个数；S2为均匀喷雾场中，均匀液滴对应的铺展面积，k2＝f2(θ)，D为喷雾场液滴直径，D
min
为最小直径，D
max
为最大直径，N1为液滴直径为D的液滴个数，k2＝f2(θ)。
6.根据权利要求1或者4任一项所述的基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统，其特征在于，所述电容传感器有三个，电容传感器分三层布置，与植株的上、中、下三层对应，且电容传感器在竖直方向上呈现一定的角度，角度范围在15
°‑
25
°
；所述数据采集模块用于采集三个电容传感器输出电容的模拟量；所述数据处理模块对数据采集模块采集到的数字量进行算法处理，去除异常突变的数据，消除由蒸发产生的影响；所述数据传输模块对处理完的数据进行传输；数据处理模块算法如下：对于单个数据采集模块：定义数组(x取上、中、下，r取1，2，3......n)，用于存储第x层的第r个点的电容采集数据，当时(x取上、中、下)，(i取1，2，3......n)表示第x层t...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧鸣雄，汪明，贾卫东，杨学军，董祥，张铁，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：