一种果园施药雾化效果实时检测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种果园施药雾化效果实时检测系统，包括：底架、粒径仪支撑座、粒径仪、3D激光雷达、激光雷达支架、步进电机、航空喷头、无人机电机、无人机旋翼、转速仪、位姿传感器、支撑臂、铰链合页Ⅰ、电动推杆及编码器、滑块、流量传感器、药管Ⅰ、铰链合页Ⅱ、滚珠丝杆、滚珠丝杆支撑架、驱动器、隔膜泵、药管Ⅱ、轴流风机；本实用新型专利技术可以调节无人机旋翼和航空喷头的作业高度、作业角度、侧风大小、旋翼转速和喷施压力，能够模拟植保无人机和无人车作业，获得不同参数下雾滴雾化前后的雾场分布和雾滴粒径数据，并可以在时域上研究雾场的形成过程，为果园植保实际施药作业的参数选择提供依据。据。据。

A real-time detection system for atomization effect of orchard pesticide application

【技术实现步骤摘要】
一种果园施药雾化效果实时检测系统


[0001]本技术涉及一种果园施药雾化效果实时检测系统，属于果园植保施药作业质量测试与评价领域。

技术介绍

[0002]近年来，植保无人机、无人车作为一种新的农机工具逐渐得到了广泛应用，大幅降低了操作者的劳动强度并提升植保作业效率，避免了农药中毒等恶性事件的发生。但是，植保无人机、无人车在喷药作业时，喷头作业高度、作业角度、侧风、旋翼下旋风场和喷施压力等因素会对喷雾雾滴进行雾化，进而对空间分布、液滴漂移、沉积均匀性有显著的影响。喷洒作业区域不均匀，影响除病虫害和对靶施药的作业效果，进而影响农作物的产量。因此，将作业高度、作业角度、侧风大小、旋翼下旋风场和喷施压力等因素与雾滴雾化粒径、分布数据相结合，进行综合性探究，实现多影响因素与雾滴雾化参数的探究对实现果园植保精准施药技术的应用具有重要意义。
[0003]北京农业智能装备技术研究中心张瑞瑞等人在《农业工程学报》上发表论文《脉宽调制变量控制喷头雾化性能及风洞环境雾滴沉积特性》，论文中采用风洞和脉宽调制变量喷雾系统进行雾滴分布和沉积特性研究，主要考虑自然侧风对雾滴的影响。但该设计没有考虑无人机旋翼产生的旋翼转速对雾滴的影响，试验影响因素和装置设计均与本技术不同。
[0004]西北工业大学航天学院张斌等人在《农业工程学报》上发表论文《高速气流条件下标准扇形喷头和空气诱导喷头雾化特性》，论文中采用风洞和喷雾控制系统进行高速气流条件下喷头的雾场分布和雾滴粒径研究，主要考虑高速的侧风下，雾滴的雾化程度，不属于实际作业范畴。该设计主要的测量目的和本技术类似，但是试验影响因素和装置设计均与本技术不同。
[0005]华南农业大学陈盛德等人技术“一种果园植保无人机旋翼风场与雾场一致性的调节装置及方法”。将数据收集模块、数据处理模块和位置调节机构均布置于无人机上，测试时通过放飞无人机进行数据采集和处理。但是该设计的主要测量目的是获取无人机的飞行参数，进而对雾滴的沉降进行辅助试验。试验影响因素和装置设计均与本技术不同。
[0006]目前，相关的检测设备大多没有考虑到无人机旋翼产生的风场会影响雾滴雾化效果，也尚未涉及对雾化前后雾滴粒径和雾场分布的检测，没有对雾滴雾化特性进行测量研究，进而不能得到喷头作业高度、作业角度、旋翼转速和喷施流量等因素与雾滴雾化的关系。因此，需要一种新的检测装置或系统，解决上述局限。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的缺陷，本技术的目的在于提供一种果园施药雾化效果实时检测系统，通过调整不同的无人机旋翼、喷头作业高度、作业角度、侧风大小、旋翼转速
和喷施流量，使雾滴产生不同强度的雾化，在时间领域获得整个雾场分布和雾滴粒径变化过程，得到雾化过程中的变化规律，通过分析得到多因素对果园植保施药质量的影响规律。
[0008]为达到以上目的，本技术采取的技术方案是：
[0009]一种果园施药雾化效果实时检测系统，包括：底架1、粒径仪支撑座2、粒径仪3、3D激光雷达4、激光雷达支架5、步进电机6、航空喷头7、无人机电机8、无人机旋翼9、转速仪10、位姿传感器11、支撑臂12、铰链合页Ⅰ13、电动推杆及编码器14、滑块15、流量传感器16、药管Ⅰ17、铰链合页Ⅱ18、滚珠丝杆19、滚珠丝杆支撑架20、驱动器24、隔膜泵25、药管Ⅱ26和轴流风机28；
[0010]所述3D激光雷达4固定在激光雷达支架5上，并可在水平面任意角度旋转，激光雷达支架5放置于地面，底部与底架1进行连接，可沿着底架1进行滑动，粒径仪3置于粒径仪支撑座2上，粒径仪支撑座2与底架1的长边垂直悬空放置，粒径仪支撑座2能够在底架1的长边上移动；步进电机6与滚珠丝杆19竖直于水平面放置，与滚珠丝杆支撑架20固定连接，滚珠丝杆支撑架20与底架1固定连接，滑块15与滚珠丝杆19滑动连接，支撑臂12通过铰链合页Ⅱ18与滑块15进行连接，电动推杆及编码器14的固定端通过螺栓与滑块15进行固定，电动推杆及编码器14的推动端通过铰链合页Ⅰ13与支撑臂12进行连接，转速仪10、位姿传感器11、流量传感器16、药管Ⅰ17通过扎带固定在支撑臂12上，其中转速仪10位于无人机旋翼9水平投影的1/2处，无人机电机8固定在支撑臂12的悬空端，无人机旋翼9固定在无人机电机8上，航空喷头7固定在无人机电机8底部，隔膜泵25通过药管Ⅱ26、药管Ⅰ17与航空喷头7进行连接；轴流风机28放置于地面，与驱动器24连接。
[0011]所述果园施药雾化效果实时检测系统还包括：上位机22和单片机23，单片机23通过串口与上位机22和驱动器24进行连接通信，驱动器24与步进电机6、轴流风机28、电动推杆及编码器14和隔膜泵25通过导线Ⅰ21(杜邦线)进行连接通信。
[0012]所述的激光雷达支架5底部通过凹型槽与底架1进行连接，可沿着底架1进行滑动，进而3D激光雷达4可实现对雾场多角度、多距离的扫描。
[0013]粒径仪支撑座2的两端固定粒径仪3，进而可以分段测量雾场粒径，再组合成为完整的雾谱，解决粒径仪3扫描范围小，但雾场分布跨度大的弊端。
[0014]所述的粒径仪3、3D激光雷达4通过以太网与上位机22进行通讯，通过上位机22上的3D激光雷达建图算法获得动态的雾场分布变化过程，可以在时域上对雾场分布进行更加深入的分析研究；通过上位机22上的粒径仪软件可以获得雾滴雾化过程中的雾滴粒径分布和动态形成过程。
[0015]所述的无人机旋翼9通过螺栓固定在无人机电机8上，航空喷头7通过螺栓固定在无人机电机8底部，通过上位机22给单片机23发布命令，使驱动器24控制无人机电机8的转速，通过转速仪10检测旋翼转速，可实现对无人机电机8转速的闭环控制，可以更加精准的控制旋翼转速，实现了植保无人机喷头作业时可受到不同大小的旋翼风场影响。
[0016]3D激光雷达4采用大疆的Mid
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40激光雷达，粒径仪3为Spraytec喷雾粒径仪，步进电机6为57两相步进电机，滚珠丝杆19为GX150加强型滚珠丝杆，转速仪10为SC12转速仪，位姿传感器11为MPU6050位姿传感器，流量传感器为YF
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S201C流量传感器，无人机旋翼9为JF01
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10植保无人机旋翼，无人机电机8为KV980无人机电机，航空喷头7为Teejet XR110012VS航空喷头，单片机23为Arduino Mega 2560单片机，驱动器24为DM542驱动器，隔
膜泵25为DP
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35DP隔膜泵。
[0017]通过上位机22给单片机23发布命令，使驱动器24控制电动推杆及编码器14转动，实现支撑臂12在竖直方向的俯仰角变化，通过位姿传感器11实时检测俯仰角，实现植保无人机的不同作业角度对雾场的影响。
[0018]上位机22对单片机23发布命令，使驱动器24再对隔膜泵25进行控制，隔膜泵25通过药管Ⅱ26、药管Ⅰ17与航空喷头7进行连接，进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种果园施药雾化效果实时检测系统，其特征在于，包括：底架(1)、粒径仪支撑座(2)、粒径仪(3)、3D激光雷达(4)、激光雷达支架(5)、步进电机(6)、航空喷头(7)、无人机电机(8)、无人机旋翼(9)、转速仪(10)、位姿传感器(11)、支撑臂(12)、铰链合页Ⅰ(13)、电动推杆及编码器(14)、滑块(15)、流量传感器(16)、药管Ⅰ(17)、铰链合页Ⅱ(18)、滚珠丝杆(19)、滚珠丝杆支撑架(20)、驱动器(24)、隔膜泵(25)、药管Ⅱ(26)和轴流风机(28)；所述3D激光雷达(4)固定在激光雷达支架(5)上，并能够在水平面任意角度旋转，激光雷达支架(5)放置于地面，底部与底架(1)进行连接，能够沿着底架(1)进行滑动，粒径仪(3)置于粒径仪支撑座(2)上，粒径仪支撑座(2)与底架(1)的长边垂直悬空放置，粒径仪支撑座(2)能够在底架(1)的长边上移动；步进电机(6)和滚珠丝杆(19)竖直于水平面放置，与滚珠丝杆支撑架(20)固定连接，滚珠丝杆支撑架(20)与底架(1)固定连接，滑块(15)与滚珠丝杆(19)滑动连接，支撑臂(12)通过铰链合页Ⅱ(18)与滑块(15)进行连接，电动推杆及编码器(14)的固定端通过螺栓与滑块(15)进行固定，电动推杆及编码器(14)的推动端通过铰链合页Ⅰ(13)与支撑臂(12)进行连接，转速仪(10)、位姿传感器(11)、流量传感器(16)、药管Ⅰ(17)通过扎带固定在支撑臂(12)上，其中转速仪(10)位于无人机旋翼(9)水平投影的1/2处，无人机电机(8)固定在支撑臂(12)的悬空端，无人机旋翼(9)固定在无人机电机(8)上，航空喷头(7)固定在无人机电机(8)底部，隔膜泵(25)通过药管Ⅱ(26)、药管Ⅰ(17)与航空喷头(7)进行连接；轴流风机(28)放置于地面，与驱动器(24)连接。2.如权利要求1所述的果园施药雾化效果实时检测系统，其特征在于，所述果园施药雾化效果实时检测系统还包括：上位机(22)和单片机(23)，单片机(23)通过串口与上位机(22)和驱动器(24)进行连接通信。3.如权利要求2所述的果园施药雾化效果实时检测系统，其特征在于：转速仪(10)、位姿传感器(11)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑永军，徐平凡，江世界，杨圣慧，刘伟洪，李文伟，谭彧，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：新型
国别省市：