一种温室自行走喷药机的设计.pdf

目前温室喷药主要依靠人力，劳动强度大，特别是人体近距离接触农药，危害健康，造成人身中毒1。温室喷药要全覆盖不留死角，实现防治彻底，容易引起人身安全问题2。设施温室环境对病虫害的防治以预防为主，对喷药作业的需求和依赖较大，存在预防性施药作业频繁等诸多问题3。本文设计了一种温室自行走喷药机。操作人员通过遥控喷药机，不用进入温室作业，避免了呼吸带有农药的空气。该喷药机能够减轻劳动强度、提高作业环境的舒适度，充分利用温室现有的空间和条件，实现资源的高效利用4。1 总体方案设计本文设计的温室自行走喷药机，用于解决现有喷药装置劳动强度大，影响操作人员健康，喷药效果不佳等问题。该喷药机主要包括：喷药装置、行走装置和控制装置。喷药装置安装在行走装置上，行走装置为喷药装置提供电源，两者相对独立。控制装置分为遥控器和控制箱，遥控器可与控制箱实时通信，控制箱安装在行走装置中，用于控制行走装置和喷药装置工作。其中喷药装置包括风扇，电机，吸水盘，雾化盘，接水盘，风机，储水箱，风扇支架等。行走装置包括车体和传动装置。车体内放置控制箱，用控制按钮控制喷药机的工作。行车速度调节旋钮用于控制行走装置的速度。通过充电插座为控制箱的电瓶充电，安装了保险管保护电路安全运行。车体上放置喷药装置，通过电源插座为喷药机提供电源。传动装置包括电机、减速器、离合器、离合器手柄、链条、行走车轮和墙体车轮。控制装置包括遥控器和控制箱。遥控器包括功能按键、编码模块、无线发射模块和天线。控制箱包括CPU、无线接收模块、编码器、开关量、手动功能按键、电源模块和调试模块等。CPU的输出端通过驱动电路模块连接有控制继电器组模块，行走电机，调速模块，逆变器和喷药装置。2 机械结构设计自行走喷药机的行走装置结构如图1所示，由图1可知，行走装置包括车体和传动装置。车体内放置控制箱，通过控制按钮控制喷药机的工作，其中控制按钮包括前进8，后退7，喷药6和停止5等4个按钮。喷药机上电后，按下前进按钮时喷药机向箱体方向行走；按下后退按钮时喷药机向相反方向行走；按下喷药按钮时喷药机开始喷药，药液雾化后有效射程可达7 m；按下停止按钮时喷药机行走和喷药都停止。该喷药机安装有行车速度调节旋钮4，通过旋动行车速度调节旋钮，用来控制行走装置的速度，从而控制喷药的密度。该喷药机通过充电插座2为控制箱的电瓶充电，使用保险管3保护电路安全运行。车体上放置喷药装置，通过电源插座1为喷药机提供电源。前进8后退7保险管3喷药机电源插座1充电插座26喷药5停止4行车速度调节图1 行走装置结构图Fig.1 Structure of traveling device收稿日期 2019- 11- 08作者简介 赵慧芳（1984-），女，山西人，助理研究员，研究方向：农业信息化技术。一种温室自行走喷药机的设计赵慧芳，崔玉祥，赵 亮，潘大丰，杨 方，杨 蕊（山西省农业科学院农业科技信息研究所，山西 太原 030031）摘 要 针对目前温室喷药存在的一些问题，文章设计了一种温室自行走喷药机，具体介绍了该喷药机的机械结构、硬件和软件设计，分析其使用过程中的特点，为温室喷药设备的进一步自动化智能化提供了借鉴。关键词 温室；喷药；遥控中图分类号 S491 文献标志码 A doi:10.3969/j.issn.1673- 887X.2019.12.060Design of a Self-walking Spraying Machine for GreenhouseZhao Huifang, Cui Yuxiang, Zhao Liang, Pan Dafeng, Yang Fang, YangRui(Institute of Agricultural Science and Technology Information, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taiyuan 030031, Shanxi, China)Abstract: This paper designs a self- walking spraying machine for some problems of spraying in greenhouse. Themechanical structure, hardware and software design of the spray machine are introduced in detail. The characteristics inthe process of using are analyzed. It provides a reference for further automation and intelligence of spraying equipment ingreenhouse.Key words: greenhouse, spray, remote control文章编号：1673- 887X(2019)12- 0122- 03·农业装备·122Vol.360 No.12DEC.2019农业技术与装备AGRICULTURAL TECHNOLOGY & EQUIPMENT（下转第125页）自行走喷药机的传动装置结构如图2所示。传动装置包括电机1、减速器2、离合器3、离合器手柄4、链条5、行走车轮6和墙体车轮7。自行走喷药机在自动行走模式下电机1带动减速器2通过联轴器与离合器3结合用双向链条5驱动行走车轮行走，同时墙体车轮7在温室墙上行走。自行走喷药机需要人力移动时，拉开离合器手柄4，挡板垂直落下并卡住，此时离合器与减速器分离，该喷药机处于手动行走模式，可在人力推动下行走。车轮6 离合器手柄43离合器2减速器1电机5链条图2传动装置结构图Fig.2 Structure of transmission device自行走喷药机的喷药装置结构框图如图3所示。通过电机带动吸水盘和雾化盘高速旋转，因高速旋转而产生的负压将水不断地从储水箱中吸出，同时在高速旋转的离心力的作用下，利用分子对撞技术，得到二次破碎而形成直径约为10 m左右水雾离子，在风机风力的带动下，从出风口涌出，进入空气中，从而达到喷药的效果。未被雾化盘雾化的水通过接水盘回流到储水箱中。风扇 风机电机接水盘雾化盘吸水盘储水盘图3 喷药装置结构框图Fig.3 Structure diagram of spraying device3 硬件设计自行走喷药机的控制箱主要包括CPU、无线接收模块、编码器、开关量、手动功能按键、双向行程开关、电源模块和调试模块等5-6。其硬件结构示意图如图4所示。CPU的输出端通过驱动电路模块连接控制继电器组模块、行走电机、调速模块、逆变器和喷药装置。在遥控模式下，无线接收模块将接收到的功能信号处理后经过编码模块转换为开关量发送给CPU，CPU控制相应的驱动电路模块，切换相应的控制继电器模块驱动后续电路实现相应功能。当功能信号为前进或后退时，功能继电器模块切换到行走电机工作状态，实现喷药机前进或后退。当功能信号为停止时，功能继电器模块切换到行走电机停止工作状态，使喷药机停止一切工作。当功能信号为调节速度的命令时，功能继电器模块切换到调速状态，通过调速模块输出相应的行走速度。当功能信号为喷药时，功能继电器模块切换到喷药模式，通过逆变器输出220 V电源使喷药装置开始喷药。在手动模式下，操作者按下相应功能按键后，CPU收到相应信号，后续处理同上面所述。当自行走喷药机行走到温室另一端时，双向行程开关发出反向行走的命令，CPU收到后控制喷药机反向行走，实现喷药机在温室中自动往返喷药。电源模块主要由电瓶提供电源。调试模块通过串口和上位机通信，实现相关功能的调试。天线无线发射模块解码模块 天关量电源模块 CPU驱动电路模块控制继电器组模块行走电机 调速模块 逆变器 喷药装置手动功能按键双向行程开关调试模块图4控制箱的硬件结构Fig.4 Hardware structure of controlbox自行走喷药机的控制装置中遥控器的硬件结构如图5所示。遥控器包括功能按键，编码模块，无线发射模块和天线。功能按键包括前进、后退、喷药和停止4个按键。在遥控模式下，操作人员按下功能按键后，编码模块将检测到的功能信号编码，经无线发射模块处理后通过天线发射。自行走喷药机通过控制装置接收功能信号从而控制喷药机工作。天线无线发射模块编码模块功能按键图5遥控器模块Fig.5 Remote controlmodule4 软件设计控制装置中控制箱的主程序流程图如图6所示。CPU上电后，首先初始化，然后检测是否收到信号，如果没有，一直检测信号，如果收到信号，判断信号来自哪个端口确定需要执行的命令，从而发出相应指令，执行相应命令。开始初始化判断信号来自哪个执行相应的任务是否收到信号YN图6控制箱的程序流程图Fig.6 Program flow chart of controlbox控制装置中控制箱的调试程序流程如图7所示。控制箱通过调试模块与上位机通信，调试模块为串口调试，当CPU收到串口中断时进入串口调试模式，接收到上位机命令后将相应数据上传，实现与上位机的通信。123Vol.360 No.12DEC.2019农业技术与装备AGRICULTURAL TECHNOLOGY & EQUIPMENT（上接第123页）中断串口调试接收上位机命令向上位机发送数图7 控制箱的调试程序流程图Fig.7 Debugging program flow chart of controlbox5 总结本文设计的自行走喷药机在实际应用中具有7项特点：操作者通过遥控器能够远程控制喷药机；喷药机安装有双向的行程开关，保证喷药机在温室中自动换向，不断往复运动，不用人管，节省了人的体力劳动；喷药机安装有调速模块，可连续调节行走速度，控制喷药密度；喷药装置的风扇前后都安装有安全网，杜绝了生产事故的发生；喷药装置的风扇外壳可上下左右旋转，可根据实际情况调节喷药的方向；喷药装置不需要安装高压泵，不需要安装过滤器。对水质无特殊要求，不需要配套水处理设备，采用双风道过滤技术，大管径排水，可满足喷药的需求；喷药装置可随意调节喷雾密度，雾化均匀，解决了普通喷药只作用于植物叶子表面，而不能喷到叶子背面的问题，达到了无死角喷药的效果。该喷药机解决了现有喷药装置劳动强度大、影响操作者健康、喷药效果不佳等问题，操作简单方便，自动化程度高，具有良好的生产应用前景。参考文献1 靳文停,葛宜元,张闯闯,岳晓娜,杜爽,彭正玲,赵宝月,张拂晓,车芷君.履带式温室智能喷药机器人的设计J.农机使用与维修,2019(01).2 田壮,刘富成.基于机器视觉的果园喷药机器人设计J.湖北农机化,2019(16).3 李增坤,王向东,李树江.植保机喷药控制器设计与开发J.电子设计工程,2019(19).4 王亚洲,王靖岳,齐家宝,王克强,朱财鑫.遥控小车喷洒农药装置的研究J.农村实用技术,2019(02).5 张奇,徐艳蕾,王新东,孟笑天,何润,杜家奇. 基于DSP和单片机的实时变量喷药系统设计J.农机化研究,2020(07).6 孙雪蕾,崔守娟,党丽峰.基于单片机的智能喷药控制系统设计J.农业装备技术,2018(06).退皮机构是把小笋皮从去皮针上取下，确保下一根竹笋剥皮顺利进行。采用气缸带动挡板移动，去掉去皮针上的皮。有效防止笋皮滞留，保证后续的剥皮工作顺利进行。2 自动小笋剥皮机工作原理及流程工作原理：将批量的小笋放入储料盒中，开启电源，储料装置下部的推片会将小笋一根根依次推送至导轨上，再由气缸将导轨上的笋送到小笋固定套处，小笋固定套通过另外一个气缸挤压，使笋插入到针尖中，然后电机带动两根圆柱杆及针尖进行相反方向的转动，通过笋皮旋转带动笋肉移动，从而达到剥去笋皮的效果。工作流程：笋放入储料盒中将笋推至导轨气缸推笋至小笋固定套气缸使笋插入针尖中旋转针尖进行剥皮。3 自动小笋剥皮机主要特色通过机器自动工作实现人笋分离，提高小笋的清洁度，保障人体健康；通过机器机构的自动化剥皮作业，提高作业效率，节省人力，从而降低成本；通过折叠式设计减小机器储存和工作时所占用的空间，以满足小作坊式生产和菜市场现场加工等多种加工环境，可以使消费者了解加工流程，以放心食用购买的商品；另外，由于全程人为参与较少，大大降低了由于操作失误而造成的人员伤害的可能性。4 自动小笋剥皮机主要技术参数试验主要测试考评样机技术及工作性能参数，评定样机各项性能是否达到设计指标，和小竹笋剥皮技术的要求，考核作业效果。在试验过程中，调试小竹笋剥皮机样机，发现机具存在的问题，为进一步优化改进和示范应用奠定基础。技术参数测试结果：项目 1，外形尺寸（mm）- 测定值（760×330×600）；项目2，结构质量（kg）- 测定值（8）；项目3，工作效率（kg/h）- 测定值（3050）；项目 4，剥净率（%）- 测定值（>95）。综合性能判定：项目 1，工作效率（kg/h）- 测试结果（4560）；项目2，剥净率（%）- 测试结果（97.56）。通过小笋的剥皮测试，各项指标已经达到设计要求，技术指标均达到标准值。5 结论自动小笋剥皮机结构新颖，是一个全新的专门针对小竹笋的剥皮机器，与传统的手工剥皮相比较有很明显的优势。一是提高了剥笋的效率，环保节能无污染。二是使用机械代替手工，提高了小笋表面的清洁度，同时也避免手工剥皮时手指受伤的情况发生。自动小笋剥皮机剥净率高，小笋肉成品好，机器产生的经济效益明显。通过自动小笋剥皮机替代传统手工，大大地减少了人们的劳动力和工作时间。对促进各个地区竹笋产业规模化的快速发展和提高竹笋种植户的经济收入具有重要意义，社会效益良好。125