专利名称：对靶变量喷雾实验机的制作方法目前，应用于农药喷施作业的普通型喷雾机，主要适用于全面积均匀作业,其病虫害防治效果较好。但是在其作业过程中，由于没有进行对施药目标有无、目标面积大小的分析，造成了农药有效利用率低、农产品中农药残留超标、环境污染、作物药害、操作者中毒等问题。为了减少农药施用量、提高农药有效利用率，对靶变量施药技术成为近年来的研究重点。 Slaughter D. C 等(Precision offset spray system for roadway shoulderweed control. Journal of Transportation Engineering, Vol. 125, No. 4, 1999)提出了一个适用于公路两侧地带的间隙喷施除杂草的喷雾系统。该系统主要由机器视觉部分和间隙喷雾执行机构组成，该系统能实时采集图像，并根据杂草的有无进行有选择地喷洒除草剂。Lei Tian等(Development of a sensor-based precision herbicide applicationsystem. Computers and Electronics in Agriculture, 2002, Vol. 36: 133-149)开发了基于机器视觉的变量施药系统。该系统通过准确测量杂草密度、杂草枝冠大小，实现对靶施药，该系统能够快速识别杂草、作物和土壤区域，从而有效进行对靶施药。李丽君(基于ARM微处理器的变量喷药控制器设计，吉林大学学位论文，2007)提出了控制电磁阀的开关状态控制普通喷头的打开时间的长短来控制每个喷头的喷药量的方法，该系统的核心控制芯片为ARM7TDMI型处理器S3C44B0X。沈成杰(变量喷雾系统设计及喷雾流量控制特性试验研究，江苏大学学位论文，2009)提出了采用PLC控制电动比例调节阀对系统喷雾流量进行控制的方法。袁玮锋(多功能变量喷雾机喷雾控制系统研究，上海交通大学学位论文，2010)提出了测速传感器、流量传感器、系统压力传感器、电动/电磁阀相结合的农药变量喷雾系统方案。史岩等(专利号ZL03266753. 1，2003·07·07)提出了压力式变量施药喷雾机。通过调节各个喷雾部分的喷雾压力实现独立变量喷雾。傅泽田等(专利号ZL03266754.X，2003. 07. 07)提出了自动对靶变量施药机动喷雾机。通过图像监测装置，把信号传输给计算机，计算机控制喷雾，能根据施药目标的有无自动对靶施药。郑家强等(专利号200710133009. X，2007. 10. 10)提出了农药自动对靶喷雾系统构件化与模块化设计方法。该方法简化了设计的复杂度，将农药自动对靶喷雾系统划分为三个主要模块，即信息采集模块、信息处理模块、智能喷雾模块。冀荣华等(专利号=201010225374. 5,2010. 07. 05)提出了精准智能对靶喷雾机。通过识别算法的参数和采集的现场数据，确定变量喷施方案。综上所述，现有的喷雾机有三种形式，一是变量喷雾结合GIS和GPS技术，二是单一的对靶喷雾，三是目标识别方法与变量喷雾结合，但没有结合单片机和电动比例调节阀。因此，提出基于单片机控制电动比例调节阀控制流量、电磁阀控制开闭以及开启时间的长短与机器视觉对靶相结合的方法已经迫在眉睫。
本发明的目的在于提供一种对靶变量喷雾实验机，即基于单片机控制电动比例调节阀控制流量、电磁阀控制开闭以及开启时间的长短与机器视觉对靶相结合，根据喷雾施药目标的有无、目标作物面积的大小、喷雾车行驶速度的变化，实施对靶变量喷雾，从而解决对农作物更精确的喷施。本发明采用的技术方案是 本发明包括给药装置、变量喷雾控制装置、变量喷雾检测装置、施药装置和机器视觉对靶装置；其中 O给药装置包括通过主管路顺序连接的药箱、第一过滤器、喷药泵、蓄能器、排气阀、 第一手动控制阀和第二过滤器，以及喷药泵和药箱之间回路设有的安全阀； 2)变量喷雾控制装置包括通过主管路顺序连接的电动比例调节阀，以及与电动比例调节阀并联的第二手动控制阀； 3)变量喷雾检测装置包括通过主管路顺序连接的压阻式压力传感器、涡轮流量计和第一压力表，以及液位传感器和霍尔传感器；
4)施药装置包括通过主管路顺序连接的第三过滤器，以及所述第三过滤器后四个并联的四个施药支路，第一施药支路串连的第一电磁阀、第二压力表和第一喷嘴，第二施药支路串连的第二电磁阀、第三压力表和第二喷嘴，第三施药支路串连的第三电磁阀、第四压力表和第三喷嘴，第四施药支路串连的第四电磁阀、第五压力表和第四喷嘴，所述四个施药支路均安装在喷杆上；
5)机器视觉对靶装置包括含图像采集卡的CXD照相机和工控机，所述含图像采集卡的CCD照相机位于施药装置的前方；
单片机分别与变量喷雾控制装置中的电动比例调节阀，变量喷雾检测装置中的压阻式压力传感器、涡轮流量计、液位传感器、霍尔传感器，施药装置中的四个电磁阀，机器视觉对靶装置中的工控机连接。所述的单片机为AT89S52单片机。本发明具有的有益效果是
本发明通过给药装置、变量喷雾控制装置、变量喷雾检测装置、施药装置、机器视觉对靶装置，根据喷雾施药目标的有无、目标作物面积的大小、喷雾车行驶速度的变化实施对靶变量喷雾，实现了对农作物的精准喷施，提高了药液的有效性，减少了药液的浪费和环境污染。使用本喷雾实验机，可以完全自动进行喷雾，还可以根据实时数据进行相应的控制调整，喷雾实验机通过现场采集的图像和预先制定的图像处理算法，对变量喷雾控制装置和施药装置进行控制决策，并把喷雾方案传输给单片机，单片机控制电动比例调节阀控制流量、电磁阀控制开闭以及开启时间的长短，进行对靶变量喷雾，功能强大，操作简便。同时，变量喷雾可以手动、自动变换，便于在喷雾现场的选择使用。


图I是对靶变量喷雾实验机的整体结构图。
图2是对靶变量喷雾实验机的液压回路图。图3是对靶变量喷雾实验机的控制结构框图。图中1、药箱，2、三个过滤器，3、喷药泵，4、安全阀，5、蓄能器，6、排气阀，7、两个手动控制阀，8、电动比例调节阀，9、压阻式压力传感器，10、涡轮流量计，11、五个压力表，12、四个电磁阀，13、四个喷嘴。

I)给药装置包括通过主管路顺序连接的药箱I、第一过滤器2、喷药泵3、蓄能器5、排气阀6、第一手动控制阀7和第二过滤器2，以及喷药泵3和药箱I之间回路设有的安全阀·
4。药箱I用于盛放药液，在喷雾实验机工作之前，需要对药液进行搅拌、混匀。第一过滤器2用于过滤药液中的杂质，保护喷药泵3和主管路。喷药泵3通过汽油机带动，使药液通过管路。安全阀4的作用是，当主管路压力超过规定值时，回流把药液排回到药箱I中，减小主管路的压力。蓄能器5的作用是，稳定主管路的压力，保护主管路。排气阀6的作用是，当主管路开始施药时，排除管路内的空气。第一手动控制阀7是喷雾实验机的总开关，喷雾实验机工作时，第一手动控制阀7必须开启，喷雾实验机停止工作时，第一手动控制阀7必须关闭。第二过滤器2用于过滤药液中的杂质，保护变量喷雾控制装置中的电动比例调节阀8和主管路。2)变量喷雾控制装置包括通过主管路顺序连接的电动比例调节阀8，以及与电动比例调节阀8并联的第二手动控制阀7。单片机与电动比例调节阀8连接，控制电动比例调节阀8的开口大小，进而控制流量。电动比例调节阀8和第二手动控制阀7必须分别使用，不能同时开启或关闭，喷雾实验机可以手动或自动控制流量。3)变量喷雾检测装置包括通过主管路顺序连接的压阻式压力传感器9、涡轮流量计10和第一压力表11，以及液位传感器和霍尔传感器。单片机分别与压阻式压力传感器9、涡轮流量计10、液位传感器和霍尔传感器连接，压阻式压力传感器9和涡轮流量计10检测主管路的压力和流量，液位传感器检测药箱中药液的高度，霍尔传感器检测喷雾车行驶的速度，并把检测到的实时数据反馈给单片机，单片机根据实时数据进行相应的控制调整。第一压力表11可以现场观测主管路的压力情况，便于实验。4)施药装置包括通过主管路顺序连接的第三过滤器2，以及所述第三过滤器2后四个并联的四个施药支路，第一施药支路串连的第一电磁阀12、第二压力表11和第一喷嘴13，第二施药支路串连的第二电磁阀12、第三压力表11和第二喷嘴13，第三施药支路串连的第三电磁阀12、第四压力表11和第三喷嘴13，第四施药支路串连的第四电磁阀12、第五压力表11和第四喷嘴13，所述四个施药支路均安装在喷杆上。第三过滤器2的作用是过滤药液中的杂质，防止农药残留杂质阻塞各施药支路，保护四个电磁阀12。单片机与四个电磁阀12连接，分别控制四个电磁阀12的开闭以及开启时间的长短。四个压力表11可以现场观测四个支路的压力情况，便于实验。5)机器视觉对靶装置包括含图像采集卡的CXD照相机和工控机，所述含图像采集卡的CCD照相机位于施药装置的前方。单片机与工控机的一端连接，工控机的另一端与含图像采集卡的CXD照相机连接。含图像采集卡的CXD照相机把现场采集的图像通过数据线传输到工控机上，工控机根据现场采集的图像信息和预先制定的图像处理算法，选择适合的喷雾方案，把实时具体的执行方案传输给单片机。所述的单片机为AT89S52单片机。如图3所示，对靶变量喷雾实验机的控制结构包括含图像采集卡的CCD照相机、工控机、AT89S52单片机、涡轮流量计、压阻式压力传感器、霍尔传感器、液位传感器、电动比例调节阀、电磁阀和喷嘴。对靶变量喷雾实验机通过含图像采集卡的CCD照相机采集现场图像，并传输给工控机，工控机根据预先制定好的算法，对图像进行处理，选择适合的喷雾方案，把具体的执行方案传输给AT89S52单片机，AT89S52单片机控制电动比例调节阀控制流量、四个电磁阀分别控制开闭以及开启时间的长短，进行对靶变量喷雾。涡轮流量计、压阻式压力传感器、霍尔传感器分别检测主管路的流量、压力和喷雾车行驶的速度，并把数据反 馈给AT89S52单片机，AT89S52单片机根据实时数据进行相应的控制调整。液位传感器检测药箱中药液的高度，当药箱中药液几乎没有时，进行报警指示，并强制关闭电动比例调节阀和四个电磁阀。上述给药装置、变量喷雾控制装置、变量喷雾检测装置、施药装置和机器视觉对靶装置可以利用外接电源供电。本发明的工作原理
当喷雾实验机在田间进行作业时，喷雾实验机各部分通电开始工作，开启第一手动控制阀，关闭第二手动控制阀，实验机处于自动喷雾状态，含图像采集卡的CCD照相机采集现场的图像信息，并传输给工控机，工控机根据预先制定的算法，对图像进行处理，并确定适合的喷雾方案，把具体的执行方案传输给AT89S52单片机，AT89S52单片机控制电动比例调节阀调节适合的流量、四个电磁阀分别的开闭以及开启时间的长短，进行对靶变量喷雾。在喷雾过程中，压阻式压力传感器和涡轮流量计检测主管路的压力和流量，霍尔传感器检测喷雾车行驶的速度，液位传感器检测药箱中药液的高度，并把检测到的实时数据传输给AT89S52单片机，进行闭环反馈控制，AT89S52单片机根据实时数据进行相应的控制调整。当主管路的流量超过了喷雾方案预先设定的范围时，则进行报警指示，并通过反馈使AT89S52单片机控制电动比例调节阀调节流量。当主管路的压力、喷雾车行驶的速度超过了喷雾方案预先设定的范围时，则进行报警指示，手动调节主管路的压力、改变喷雾车的速度。当液位传感器检测到药箱中药液几乎没有时，则进行报警指示，并强制关闭电动比例调节阀和四个电磁阀。本发明的对靶变量喷雾实验机，即基于单片机控制电动比例调节阀控制流量、电磁阀控制开闭以及开启时间的长短与机器视觉对靶相结合，根据喷雾施药目标的有无、目标作物面积的大小、喷雾车行驶速度的变化，实施对靶变量喷雾，从而解决对农作物更精确的喷施，提高了药液的有效性，减少了药液的浪费和环境污染。


本发明公开了一种对靶变量喷雾实验机。包括给药装置、变量喷雾控制装置、变量喷雾检测装置、施药装置和机器视觉对靶装置。本发明根据喷雾施药目标的有无、目标作物面积的大小、喷雾车行驶速度的变化实施对靶变量喷雾，实现了对农作物的精准喷施，提高了药液的有效性，减少了药液的浪费和环境污染。本发明可以完全自动进行喷雾，还可以根据实时数据进行相应的控制调整，喷雾实验机通过现场采集的图像和预先制定的图像处理算法，确定喷雾方案，并传输给单片机，单片机控制电动比例调节阀控制流量、电磁阀控制开闭以及开启时间的长短，进行对靶变量喷雾，功能强大，操作简便。同时，变量喷雾可以手动、自动变换，便于在喷雾现场的选择使用。