本發(fā)明屬于植保機械技術領域，涉及一種自走式風幕型靜電噴霧車，特別涉及一種集靜電噴霧技術、蟲害自動識別、手機遠程視頻監(jiān)控技術與一體的溫室內(nèi)作物蟲害防治的自走式風幕型靜電噴霧車。

背景技術：

溫室是一個相對密閉的空間，溫室施藥的難度較大田作業(yè)要高得多，如果采用傳統(tǒng)的人工噴藥方式，存在以下缺點：(1)工作效率低，人員勞動量大；(2)霧滴沉積效果差，液滴難以有效吸附至植株葉片的背部，農(nóng)藥利用率低；(3)噴灑質(zhì)量不好，噴液量分布不均勻，液滴難以有效到達植株根部，造成農(nóng)藥的大量浪費；(4)溫室內(nèi)空氣流動性差，可能造成工作人員因施藥中毒，危害其身體健康。

技術實現(xiàn)要素：

要解決的技術問題：

本發(fā)明為了克服上述溫室噴霧施藥中所存在的問題，開發(fā)了一種集合高壓靜電技術，風幕式風送霧化、高清圖像監(jiān)控技術于一體的自走式風幕型靜電噴霧車。

本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：

該系統(tǒng)包括車輪上的車架、支撐架、導軌、可調(diào)供藥系統(tǒng)、可調(diào)供風系統(tǒng)、鋰電池、高壓靜電發(fā)生器、高壓靜電噴頭、上位機、電磁閥和高分辨率相機；導軌設置于支撐架上可自由調(diào)節(jié)高度、可調(diào)供藥系統(tǒng)和可調(diào)供風系統(tǒng)安裝在導軌上，位于導軌右側位置；鋰電池、DC-DC降壓電源模塊、高壓靜電發(fā)生器、上位機、電磁閥安裝在噴霧車殼體內(nèi)。

高分辨率相機置于支撐架的頂部并與上位機相連。上位機包括運動控制模塊、圖像處理模塊、數(shù)據(jù)庫、神經(jīng)網(wǎng)絡模塊、顯示和通信模塊。

提前24小時在溫室內(nèi)放置粘蟲板。

將粘蟲板放至高分辨率相機前方進行拍照，所拍圖片傳送至上位機。

上位機中的圖像處理模塊對接收到的圖片進行處理，識別粘蟲板上各只害蟲形態(tài)特征值并傳輸給上位機中的數(shù)據(jù)庫。

上位機中的數(shù)據(jù)庫，存儲圖像處理模塊發(fā)送來的各只害蟲形態(tài)特征值和神經(jīng)網(wǎng)絡模塊的蟲害分級結果。

上位機的神經(jīng)網(wǎng)絡模塊，依次調(diào)用數(shù)據(jù)庫中各只害蟲形態(tài)特征值，將形態(tài)特征值組成的特征向量作為神經(jīng)網(wǎng)絡模塊的輸入值，通過事先訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行訓練，得到分類結果，并將結果存儲在數(shù)據(jù)庫中；統(tǒng)計分類后的各類害蟲數(shù)量信息，根據(jù)數(shù)量值推理出各類害蟲密度，根據(jù)規(guī)定的防治方法指定控制策略，決策出是否使用藥劑及靜電噴霧裝置中的電磁閥開啟狀態(tài)，并將處理結果發(fā)送給通信模塊和顯示模塊。

上位機的通信模塊，通過3G網(wǎng)絡將分級信息無線傳輸至遠程手機終端，同時接收遠程手機終端的控制命令并負責和單片機之間的串口通信。

一鍵開啟、閉合功能。操控者點擊上位機中“啟動”按鈕，上位機按照設定好的程序控制單片機先打開直流隔膜泵噴霧，延時5秒待直流隔膜泵工作穩(wěn)定后打開高壓靜電發(fā)生器；點擊上位機中“停止”按鈕，上位機按照設定好的程序控制單片機先關閉高壓靜電發(fā)生器，延時5秒后關閉直流隔膜泵。

本發(fā)明的可調(diào)供藥系統(tǒng)包括進藥箱、藥箱蓋、過濾網(wǎng)、直流隔膜泵、電磁閥、液管和高壓靜電噴頭。藥箱設置于車架上，藥箱蓋均位于藥箱的頂部，過濾網(wǎng)位于藥箱的進液口的 上端。出液口均為位于藥箱最底端，通過管路連接至直流隔膜泵的進液口，直流隔膜泵的出液口通過軟橡膠管連接至液管的進液口，液管的另一端封死，通過兩個帶座軸承固定于U型支架上，每隔60cm安裝高壓靜電噴頭。直流隔膜泵設有回液口，通過管路連接至電磁閥，由電磁閥控制流量將多余藥液送回藥箱側面的回液口。直流隔膜泵置于藥箱的后方，固定于車架上。

本發(fā)明的可調(diào)供風系統(tǒng)包括直流無刷風機、風管、出風槽、兩個軸承、推桿。直流無刷風機安裝于噴霧車后方支架上，出風口通過軟連接橡皮連接至風管的進風口。風管的另一端封死，沿徑向開固定寬度的出風槽。風管導軌上液管的上方安裝兩個軸承，風管由兩軸承固定。風管上套有塑料推板，電動推桿與風管上的塑料推板垂直安裝，前端與推板通過固定鉸鏈固定。

液管的轉動支撐裝置包括步進電機、連軸器、渦輪、蝸桿、兩個無座軸承。蝸桿固定于兩個無座軸承，和步進電機間通過聯(lián)軸器連接，步進電機固定在滑塊上。渦輪在蝸桿正上方與其緊密嚙合，液管穿過渦輪中心圓孔并通過花鍵固定。

高壓靜電發(fā)生器置于噴霧車側面，輸入端與置于車架底部的DC-DC降壓電源模塊24V輸出端連接，其中高壓靜輸出負極通過高壓靜電線與高壓靜電噴頭電源接頭相連接，正極懸空或接地。

所述受控電器裝置包括，行走電機、轉向電機、剎車電動推桿、直流隔膜泵、直流無刷風機、高壓靜電發(fā)生器、風管電動推桿、液管轉動電機、電磁閥。

所述行走機構包括：電池、差速驅(qū)動器、行走電機、方向盤、轉向電機、運動控制模塊、三個超聲波傳感器、單片機和剎車電動推桿。噴霧車沿地壟前進，三個超聲波傳感器分別位于噴霧車的兩側和前方；兩側的超聲波傳感器自動定位植株位置，自動糾偏。若連續(xù)三株植株檢測不到信號，則判斷為植株到頭，按程序設置左轉或右轉進入下一壟；前方超聲波傳感器檢測前方障礙，實現(xiàn)遇障控制剎車電動推桿停車。

所述遠程手機終端包括無線通信模塊、檢測顯示模塊和控制模塊。

無線通信模塊通過3G網(wǎng)絡建立Android手機應用程序與上位機通信模塊間的通信，通過Socket編程訪問上位機的IP及端口，接收上位機智能分級系統(tǒng)發(fā)送的蟲害分級信息及數(shù)據(jù)流信號，人為決策后發(fā)送相應控制指令給上位機端的智能分級系統(tǒng)，完成對小車的控制。

檢測顯示模塊負責接收上位機傳輸?shù)囊曨l、圖像信號數(shù)據(jù)流，顯示智能噴霧車行駛的運動狀態(tài)及行駛速度、粘蟲板上的蟲害情況，并能夠?qū)⑿畔⑼ㄟ^圖像或視頻形式在Android手機界面上進行顯示。

控制模塊根據(jù)檢測顯示模塊信息人工介入控制噴霧車的受控電器裝置。

有益效果：

本發(fā)明提供的自走式溫室風幕型靜電噴霧車，噴灑質(zhì)量好，噴液量分布均勻，液滴在風幕作用下有效到達植株根部，避免了農(nóng)藥的大量浪費；霧滴沉積好，可有效吸附至植株葉片的背部，保證農(nóng)藥的有效利用率；遠程手機終端通過3G無線通信可遙控噴霧車起停、轉向、出風量、風幕角度、噴霧量和噴霧角度，有效避免工作人員因施藥中毒的狀況，保證其身體健康。

附圖說明

圖1噴霧車結構示意圖：

其中，1-高分辨率相機、2-液管、3-支撐架、4-車架、5-藥箱、6-直流無刷風機、7-方向盤、8-上位機、9-直流隔膜泵、10-角度傳感器、11-轉向電機、12-大齒輪、13-鋰電池、14-小齒輪、15-DC-DC降壓電源模塊、16-車輪、17-剎車踏板、18-剎車電動推桿、19-高壓靜電發(fā)生器、20-單片機、21-差速驅(qū)動器、22-噴霧車底板、23-行走電機、24-導軌、25-液管轉動電機、26-導軌滑塊、27-電源接頭、28-高壓靜電噴頭、29-風管、30-風管電動推桿、31-固定鉸鏈、32-塑料推板；

圖2可調(diào)可調(diào)供風系統(tǒng)、可調(diào)可調(diào)供藥系統(tǒng)結構示意圖：

其中，32-塑料推板、30-風管電動推桿、3-支撐架、25-液管轉動電機、38-渦輪、39-帶座軸承、2-液管、40-蝸桿、41-連軸器、29-風管、42-風管軸承、43-出風槽；

圖3液路連接圖：

其中，44-泵軸、45-輸水管、5-藥箱、46-回液管、47-電磁閥、48-泵體步進電機、49-壓力表、50-泵體、51-手動電控兩用控制開關、52-橡膠軟管；

圖4自行走結構示意圖：

其中，4-車架、16-車輪、7-方向盤、37-地壟、10-角度傳感器、23-行走電機、35-左側超聲波傳感器、34-前方超聲波傳感器、36-植株、22-噴霧車底板、33-右側超聲波傳感器；

圖5自行走靜電噴霧控制系統(tǒng)結構示意圖：

其中，53-粘蟲板、1-高分辨率相機、8-上位機、57-顯示模塊、58-運動控制模塊、59-通信模塊、60-遠程手機終端、20-單片機、61-受控電器裝置；

圖6供電系統(tǒng)結構示意圖：

其中，6-直流無刷風機、13-鋰電池、21-差速驅(qū)動器、23-行走電機、30-風管電動推桿、18-剎車電動推桿、15-DC-DC降壓電源模塊、20-單片機、19-高壓靜電發(fā)電器、9-直流隔膜泵、11-轉向電機、25-液管轉動電機；

圖7遠程手機終端示意圖：

其中，60-遠程手機終端、62-無線通信模塊、63-檢測顯示模塊、64-控制模塊。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。

一種自走式溫室風幕型靜電噴霧車，其特征在于：包括車輪(16)上的車架(4)、支撐架(3)、導軌(24)、可調(diào)供藥系統(tǒng)、可調(diào)供風系統(tǒng)、鋰電池(13)、DC-DC降壓電源模塊(15)、高壓靜電發(fā)生器(19)、高壓靜電噴頭(28)、上位機(8)、電磁閥(47)、高分辨率相機(1)、遠程手機終端(60)；車架(4)與支撐架(3)固定，導軌(24)、鋰電池(13)、DC-DC降壓電源模塊(15)、高壓靜電發(fā)生器(19)固定在支撐架(3)上；可調(diào)供藥系統(tǒng)、可調(diào)供風系統(tǒng)安裝在導軌(24)上，高分辨率相機(1)位于噴霧車頂部與上位機(8)、電磁閥(47)依次相連控制施藥量。

所述行走機構包括：電池(13)、差速驅(qū)動器(21)、行走電機(23)、方向盤(7)、轉向電機(11)、運動控制模塊(58)、三個超聲波傳感器(33)、(34)、(35)、單片機(20)和剎車電動推桿(18)。噴霧車沿地壟(37)前進，三個超聲波傳感器(33)、(34)、(35)分別位于噴霧車的兩側和前方；兩側的超聲波傳感器(33)、(35)自動定位植株位置，自動糾偏。若連續(xù)三株植株檢測不到信號，則判斷為植株到頭，按程序設置左轉或右轉進入下一壟；前方超聲波傳感器(34)檢測前方障礙，實現(xiàn)遇障控制剎車電動推桿(18)停車。

所述靜電噴霧車的可調(diào)供藥系統(tǒng)包括藥箱(5)、直流隔膜泵(9)、輸水管(45)、液管(2)、高壓靜電噴頭(28)、兩個帶座軸承(39)。直流隔膜泵(9)安裝于噴霧車后方支架下，進液口通過管路接至藥箱(5)底部，出液口通過軟橡膠管(52)連接至液管(2)的進液口。液管(2)的一端封死，每隔60cm安裝高壓靜電噴頭，液管通過兩個帶座軸承(39)固定于支撐架(3)上?？烧{(diào)供藥系統(tǒng)可隨導軌(24)上下移動。

所述轉動支撐裝置如圖所示，包括液管轉動電機(25)、連軸器(41)、渦輪(38)、蝸桿(40)、兩個無座軸承(39)。蝸桿(40)固定于兩個無座軸承(39)，和液管轉動電機(25)間通過連軸器(41)連接，液管轉動電機(25)固定在導軌滑塊(26)上。渦輪(38)在蝸桿(40)正上方與其緊密嚙合，液管(2)穿過渦輪(38)中心圓孔并通過花鍵固定。若需調(diào)整噴霧角度，液管轉動電機(25)帶動蝸桿(40)、渦輪(38)轉動，則液管(2)改變相應的角度。

本發(fā)明的可調(diào)供風系統(tǒng)包括直流無刷風機(6)、風管(29)、出風槽(43)、兩個軸承(42)、推桿(30)。直流無刷風機(6)安裝于噴霧車后方支架上，出風口通過軟連接橡皮連接至風管的進風口。風管(29)的另一端封死，沿徑向開固定寬度的出風槽(43)。風管支架(3)上方安裝兩個軸承(42)，風管(29)由兩個軸承(42)固定。風管(29)上套有塑料推板(32)，風管電動推桿(30)與風管(29)上的塑料推板(32)垂直安裝，推桿前端與塑料推板(32)通過固定鉸鏈(31)連接。可調(diào)供風系統(tǒng)可隨導軌(24)上下移動。

本發(fā)明的供電系統(tǒng)：供電系統(tǒng)包括鋰電池(13)和DC-DC降壓電源模塊(15)。鋰電池優(yōu)選天能48V、10Ah鋰離子電池，供給系統(tǒng)能量，其續(xù)航時間為2小時。鋰電池通過矩形固定框?qū)⒐潭ㄓ趪婌F車底板(22)上。

本發(fā)明的電路連接為：鋰電池(13)和DC-DC降壓電源模塊(15)之間通過導線連接。所述鋰電池提供48V電壓，通過差速驅(qū)動器(21)、行走電機(23)驅(qū)動小車行走并為直流無刷風機(6)供電。DC-DC降壓電源模塊(15)降壓輸出24V和5V電壓作為直流隔膜泵(9)及高壓靜電發(fā)生器(19)、單片機(20)的電源。

高壓靜電發(fā)生的高壓輸出端通過高壓引線連接至高壓靜電噴頭(28)的電源接頭(29)上。

本發(fā)明的液路連接為：藥箱(5)的出液口通過管路接入直流隔膜泵(9)進液口，直流隔膜泵(9)的出液口通過橡膠軟管(52)接入液管(2)的進液口，直流隔膜泵(9)的回液口連接至電磁閥(47)進液口，電磁閥(47)進液口連接至藥箱(5)側面的回液口。通過電磁閥(47)將多余藥液返回藥箱(5)。靜電噴霧裝置中，藥液通過液管(2)接入到高壓靜電噴頭(28)內(nèi)。

提前24小時在溫室內(nèi)放置粘蟲板(53)。

將粘蟲板(53)放至高分辨率相機(1)前方進行拍照，所拍圖片發(fā)送至上位機(8)。

上位機(8)中的圖像處理模塊(54)對接收到的圖片進行處理，識別粘蟲板(53)上各只害蟲形態(tài)特征值并傳輸給上位機(8)中的數(shù)據(jù)庫(55)；

上位機(8)中的數(shù)據(jù)庫(55)，存儲圖像處理模塊(54)發(fā)送來的各只害蟲形態(tài)特征值和神經(jīng)網(wǎng)絡模塊(56)的蟲害分級結果。

上位機(8)的神經(jīng)網(wǎng)絡模塊(56)，依次調(diào)用數(shù)據(jù)庫(55)中各只害蟲形態(tài)特征值，將形態(tài)特征值組成的特征向量作為神經(jīng)網(wǎng)絡模塊(56)的輸入值，通過事先訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行訓練，得到分類結果，并將結果存儲在數(shù)據(jù)庫(55)中；統(tǒng)計分類后的各類害蟲數(shù)量信息，根據(jù)數(shù)量值推理出各類害蟲密度，根據(jù)規(guī)定的防治方法指定控制策略，決策出是否使用藥劑及靜電噴霧裝置中的電磁閥(47)開啟狀態(tài)，并將處理結果發(fā)送給通信模塊(59)和顯示模塊(57)；

上位機(8)的通信模塊(59)，通過3G網(wǎng)絡將分級信息無線傳輸至遠程手機終端(60)，同時接收遠程手機終端(60)的控制命令并負責和單片機(20)之間的串口通信。

所述遠程手機終端(60)包括無線通信模塊(62)、檢測顯示模塊(63)和控制模塊(64)。

無線通信模塊(62)通過3G網(wǎng)絡建立Android手機應用程序與上位機(8)的通信模塊(59)間的通信，通過Socket編程訪問上位機的IP及端口，接收上位機智能分級系統(tǒng)發(fā)送的蟲害分級信息及數(shù)據(jù)流信號，人為決策后發(fā)送相應控制指令給上位機端的智能分級系統(tǒng)，完成對小車的控制。

檢測顯示模塊負責接收上位機(8)傳輸?shù)囊曨l、圖像信號數(shù)據(jù)流，顯示智能噴霧車行駛的運動狀態(tài)及行駛速度、粘蟲板(53)上的蟲害情況，并能夠?qū)⑿畔⑼ㄟ^圖像或視頻形式在Android手機界面上進行顯示。

控制模塊根據(jù)檢測顯示模塊信息人工介入控制噴霧車的受控電器裝置。

準備工作完成后，將噴霧車移動至需要施藥植株的行距中間。

工作時，噴霧車處于行走狀態(tài)，操控者點擊上位機(8)中“啟動”按鈕，啟動直流隔膜泵(9)，藥箱(5)的藥液通過電磁閥(47)進入液管(2)，多余藥液經(jīng)直流隔膜泵(9)的回流口流回藥箱(5)側面的回液口。

延時5秒啟動高壓靜電發(fā)生器(19)，使高壓靜電發(fā)生器(19)產(chǎn)生的高壓靜電通過高壓引線連接至高壓靜電噴頭(28)的電源接頭(27)上，產(chǎn)生負高壓，使得流過噴頭的霧滴經(jīng)過高壓電場后被感應上電荷成為荷電霧滴。同時直流無刷風機(6)產(chǎn)生的氣流通過風管(29)上的出風口吹出，氣流方向角度平行于高壓靜電噴頭(28)且可調(diào)，通過風送作用將荷電霧滴送至植株的根部。作業(yè)完成后，點擊上位機(8)中“停止”按鈕，關閉高壓靜電發(fā)生器(19)，延時5秒后關閉直流隔膜泵(9)。