[发明专利]一种基于层流层的果园对靶喷施控制系统和方法

权利要求书

1.一种基于层流层的果园对靶喷施控制系统，其特征在于，由微控制器(1)、放大电路(2)、驱动电路(3)、模数转换器(4)、变量施药模块(A)、层流信息获取模块(B)和冠层体积获取模块(C)组成，其中微控制器(1)经放大电路(2)与驱动电路(3)连接，驱动电路(3)分别驱动变量施药模块(A)的压力调节器(9)、电磁阀(11)和防滴阀(12)；微控制器(1)还与层流信息获取模块(B)中滤波器组(17)的滤波器连接；冠层体积获取模块(C)的压力传感器(16)的输出端经模数转换器(4)与微控制器(1)连接；变量施药模块(A)中防滴阀(12)的输出端与层流信息获取模块(B)的整流器(14)的输入端连接；层流信息获取模块(B)的压力传感器(16)固接于变量施药模块(A)中弯管Ⅰ(24)和弯管Ⅱ(25)上端之间；且压力传感器(16)经模数转换器(4)与微控制器(1)连接；层流信息获取模块(B)的整流器(14)和毛细管(15)内外向排列，固接于变量施药模块(A)的层流喷管(26)近外端中，其中毛细管(15)设于压力传感器(16)的正下方、变量施药模块(A)中弯管Ⅱ(25)和弯管Ⅰ(24)的下端之间；冠层体积获取模块(C)中超声波传感器组(18)的8-16个超声波传感器均布并固接于变量施药模块(A)中主管(19)的中部，且位于变量施药模块(A)中三通(21)与主管(19)的连通处，以及上下两个三通之间；

所述的层流信息获取模块(B)由整流器(14)、毛细管(15)和压力传感器(16)组成，其中整流器(14)置于毛细管(15)内侧，压力传感器(16)内外两端分别设于毛细管(15)内外两端；

基于层流层的果园对靶喷施系统的喷施方法，包括如下步骤：

载具携带对靶喷施控制系统沿果树栽植行向行驶，行驶过程中，超声波传感器组(18)到果树主干的距离D是不变的；载具每移动距离Δl作为采样间隔，对果树扫描一次，通过分布在不同高度的传感器测量到树冠轮廓的距离di；

对采集的传感器到树冠轮廓的距离di，计算出冠层与树干之间的距离Di，再根据采样间隔Δl以及相邻传感器之间的距离h就可以求得当前采样间隔内各个传感器扫描到的果树树冠体积Vi；

Di＝D-di

Si＝Di×Δl

Vi＝Si×h

微控制器(1)通过超声波传感器组(18)获得冠层体积，微控制器(1)控制电磁阀(11)的开度，药物流经层流信息获取模块(B)时，压力传感器(16)获取毛细管(15)两端产生的压力损失ΔP，整个过程中压力损失ΔP分别为取压管口到毛细管入口的沿程摩擦损失ΔP1、毛细管进口流动局部损失ΔP2、毛细管层流进口段流动损失ΔP3、毛细管内层流充分发展段沿程摩擦损失ΔP4、毛细管出口流动局部损失ΔP5以及毛细管出口到中间取压管口的沿程摩擦损失ΔP6；

Δp＝ΔP1+ΔP2+ΔP3+ΔP4+ΔP5+ΔP6

对采集到的压力损失ΔP，根据毛细管(15)的半径r、长度L和药物的粘滞系数η，计算得到体积流量Q；

微控制器(1)通过计算得到实际体积流量Q，反馈控制电磁阀(11)开度；

所述的变量施药模块(A)由药箱(5)、过滤器Ⅰ(6)、泵(7)、过滤器Ⅱ(8)、压力调节器(9)、管道分流器组(10)、主管(19)、喷头管道组件Ⅰ(a1)和喷头管道组件Ⅱ(a2)组成，其中压力调节器(9)位于主管(19)与三通(21)的连接处，压力调节器(9)的输入端与主管(19)输出端相连，输出端与三通(21)内端相连；管道分流器组(10)由管道分流器Ⅰ(10a)和管道分流器Ⅱ(10b)组成；泵(7)的输入端经过滤器Ⅰ(6)与药箱(5)底部连通，泵(7)的输出端经过滤器Ⅱ(8)与主管(19)的底端连接；喷头管道组件Ⅰ(a1)和喷头管道组件Ⅱ(a2)结构相同，各为2-4组，分别位于主管(19)左右两侧；每个喷头管道组件均由压力调节器(9)、上管(20)、三通(21)、下管(22)、喷头组件Ⅰ(b1)和喷头组件Ⅱ(b2)组成；喷头组件Ⅰ(b1)和喷头组件Ⅱ(b2)结构相同，均由喷头罩(23)、层流喷管组件Ⅰ(c1)、层流喷管组件Ⅱ(c2)、层流喷管组件Ⅲ(c3)和层流喷管组件Ⅳ(c4)组成，层流喷管组件Ⅰ(c1)、层流喷管组件Ⅱ(c2)、层流喷管组件Ⅲ(c3)和层流喷管组件Ⅳ(c4)均设于喷头罩(23)中，层流喷管组件Ⅰ(c1)、层流喷管组件Ⅱ(c2)、层流喷管组件Ⅲ(c3)和层流喷管组件Ⅳ(c4)结构相同，均由电磁阀(11)、防滴阀(12)、弯管Ⅱ(25)、弯管Ⅰ(24)、层流喷管(26)和喷嘴(13a)组成，其中电磁阀(11)和防滴阀(12)内外向排列，并固接于层流喷管(26)近内端中，弯管Ⅰ(24)和弯管Ⅱ(25)下端内外向排列，并连通于层流喷管(26)近外端上面；喷嘴(13a)固接于层流喷管(26)外端；层流喷管组件Ⅰ(c1)、层流喷管组件Ⅱ(c2)、层流喷管组件Ⅲ(c3)和层流喷管组件Ⅳ(c4)上下平行排列，层流喷管组件Ⅰ(c1)、层流喷管组件Ⅱ(c2)、层流喷管组件Ⅲ(c3)和层流喷管组件Ⅳ(c4)内端与管道分流器Ⅰ(10a)外端连通；喷头组件Ⅰ(b1)的管道分流器Ⅰ(10a)经上管(20)与三通(21)上端连通；喷头组件Ⅱ(b2)的管道分流器Ⅱ(10b)经下管(22)与三通(21)下端连通；4-8个喷头管道组件(Ⅰa1)分左右两排设置，即每排2-4个，且均布于主管(19)中部，并经各自的压力调节器内端与主管(19)连通。

2.按权利要求1所述的基于层流层的果园对靶喷施控制系统，其特征在于，所述的冠层体积获取模块(C)由超声波传感器组(18)和滤波器组(17)组成，其中超声波传感器组(18)由8-16个超声波传感器组成，滤波器组(17)由8-16个滤波器组成，与超声波传感器匹配的滤波器，置于超声波传感器的前部。