(19) 中华人民共和国国家知识产权局 (12) 发明专利申请 (21) 申请号 (10) 申请公布号 CN A (43) 申请公布日 (22) 申请日 (71) 申请人华南农业大学地址广东

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勤罄逄
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1 (19) 中华人民共和国国家知识产权局 (12) 发明专利申请 (21) 申请号 (10) 申请公布号 (43) 申请公布日 (22) 申请日 (71) 申请人华南农业大学地址广东省广州市天河区五山路 483 号 (72) 发明人李继宇高泽锋兰玉彬蔡坤张亚莉邢航卢玉华刘琪姚伟祥 (74) 专利代理机构广州市华学知识产权代理有限公司代理人刘巧霞 (51)Int.Cl. G01N 15/06( ) G01N 15/04( ) 权利要求书 2 页说明书 5 页附图 3 页 (54) 发明名称一种田间颗粒物作业参数实时检测装置及其方法 (57) 摘要本发明公开了一种田间颗粒物作业参数实时检测装置及其方法, 装置包括上位机和若干个检测节点, 检测节点包括浓度检测模块主控电路, 主控电路根据浓度检测模块检测的数据计算颗粒物作业参数, 将计算结果发送到上位机 ; 浓度检测模块包括光发射元件通孔光接收元件, 通孔垂直放置, 光发射元件发射一条能覆盖通孔的光轴, 光接收元件在有颗粒物通过通孔时接收颗粒物的散射光, 将光信号转变为电信号经处理后发送到主控电路由于进入通孔的颗粒物浓度不同, 对光的散射程度不同, 所以得到的电信号也就不同, 主控电路通过对信号分析, 即可得到当前颗粒物作业参数本发明能重复使用能精确实时检测田间颗粒物作业参数

2 权利要求书 1/2 页 1. 一种田间颗粒物作业参数实时检测装置, 其特征在于, 包括上位机和若干个检测节点, 所述检测节点设置于农田中 ; 所述检测节点包括浓度检测模块外壳以及主控电路, 所述主控电路设置在外壳内, 用于根据浓度检测模块检测的数据计算颗粒物作业参数, 并将计算结果发送到上位机 ; 所述浓度检测模块包括微控制芯片光发射元件通孔光接收元件, 检测时, 通孔垂直放置, 颗粒物通过通孔, 所述微控制芯片通过所述光发射驱动电路驱动所述光发射元件发射一条能覆盖通孔的光轴, 所述光接收元件用于在有颗粒物通过通孔时接收颗粒物的散射光, 同时将光信号转变为电信号, 并将电信号处理后发送到主控电路 2. 根据权利要求 1 所述的田间颗粒物作业参数实时检测装置, 其特征在于, 所述实时检测装置包括上位机和若干对检测节点组, 检测节点组设置于农田中 ; 每一对检测节点组包括两个检测节点, 其中一个检测节点设置在农田中大部分农作物顶部所在平面上面一定高度处, 另一个检测节点设置在上述检测节点的正下方且保持与农田中大部分农作物顶部处于同一平面 3. 根据权利要求 1 所述的田间颗粒物作业参数实时检测装置, 其特征在于, 在所述光发射元件到通孔之间的光路上设有第一凸面镜, 所述通孔到光接收元件的光路上设有第二凸面镜 4. 根据权利要求 1 所述的田间颗粒物作业参数实时检测装置, 其特征在于, 所述主控电路包括无线通讯模块, 无线通讯模块通过无线路由器实现与上位机的无线连接 5. 根据权利要求 1 所述的田间颗粒物作业参数实时检测装置, 其特征在于, 所述检测节点采用电池进行供电 6. 根据权利要求 1 所述的田间颗粒物作业参数实时检测装置, 其特征在于, 所述检测节点设置在一支架上, 支架上下位置可调, 且支架一侧设有用于夹住浓度检测模块的夹具 ; 浓度检测模块中的处理电路包括光电信号转换电路信号放大电路以及模数转换器, 接收的电信号先经信号放大电路放大后, 再经模数转换器转成数字信号 7. 一种基于权利要求 1-6 任一项所述的田间颗粒物作业参数实时检测装置的检测方法, 其特征在于, 包括步骤 : 检测时, 光发射元件发射一条能覆盖通孔的光轴, 颗粒物通过通孔时, 光接收元件采集光信号, 通过对光信号进行处理得到一作业时间段内通过浓度检测模块的浓度值 ; 然后根据浓度值计算得到常规作业参数 8. 根据权利要求 7 所述的检测方法, 其特征在于, 所述浓度检测模块检测浓度值的方法是 : (1-1) 在作业前通过常规方法测得药剂密度 ρ 作业喷头喷出雾滴的体积中值直径 d; 测得浓度检测模块中心通孔的半径 r 和高度 h; (1-2) 通过预喷实验测定喷雾作业雾滴下降平均速度 : 将两个检测节点组成一对检测节点组, 两个检测节点的高度差为 H, 进行预喷实验, 当上面检测节点检测到雾滴时启动一定时器, 当下面检测节点检测到雾滴时关闭该定时器, 将雾滴下降速度 v 作为喷雾作业雾滴下降平均速度, 公式如下 : (3) 雾滴通过通孔所需要的时间 Δt 为 : 2

3 权利要求书 2/2 页 (4) 作业时, 以 Δt 为周期, 通过浓度检测模块测得 j 个经均值滤波后输出的浓度值 X1 X2 X3...Xj, 单位为 mg/m 3 9. 根据权利要求 8 所述的检测方法, 其特征在于, 利用浓度检测模块测得的浓度值计算作业参数沉积量的方法是 : (2-1) 计算一作业时间段内浓度检测模块测出的 j 个浓度值的总和 X; (2-2) 计算单个颗粒物的质量 m: 计算一作业时间段内通过浓度检测模块的颗粒总质量 M: M=πr 2 h X; 进而得到一作业时间段内通过通孔的颗粒物总的个数 N: (2-3) 得到一作业时间段内通过通孔沉积在其下方的颗粒物的常规作业参数沉积量 s, 单位为个 /m 2 : 10. 根据权利要求 9 所述的检测方法, 其特征在于, 设一对检测节点组中两个检测节点得到的一作业时间段内的沉积量分别为 S1 和 S2, 则喷雾作业的漂移量 ΔS 为 : ΔS=S1-S2 3

4 说明书 1/5 页一种田间颗粒物作业参数实时检测装置及其方法技术领域 [0001] 本发明涉及田间颗粒物作业参数检测技术领域, 特别涉及一种田间颗粒物作业参数实时检测装置及其方法背景技术 [0002] 在农业活动中, 田间颗粒物作业参数对作业效果有较大影响例如, 喷雾时的雾滴沉积量对药效有直接影响, 合适的雾滴沉积量能够保证药剂良好的效果目前应用最多的喷雾雾滴沉积量测量方法是水敏纸法, 但是水敏纸法并不具有实时性, 使用也不具备重复性此外, 较为新型的雾滴沉积量检测方法还有图像处理法, 但这种方法对设备要求较高, 成本较高 [0003] 而随着现代电子技术的迅速发展, 人类已进入信息化时代, 许多本来只靠人工来管理的工作, 现都已经使用具有更高效率更人性化的电子产品来管理农业领域中很多工作都是具有大面积重复性以及复杂性的, 而电子设备恰好具有在处理这些问题上人所没有的优势 [0004] 为此, 研究一种对处理设备要求较低且可实现检测的实时性和使用的重复性的田间颗粒物作业参数实时检测装置和方法具有重要应用价值发明内容 [0005] 本发明目的在于克服现有田间颗粒物作业参数检测技术的不足, 提供一种能重复使用能精确检测田间颗粒物作业参数, 并将数据实时传送到上位机的田间颗粒物作业参数实时检测装置及其方法 [0006] 本发明的目的通过以下的技术方案实现 : 一种田间颗粒物作业参数实时检测装置, 包括上位机和若干个检测节点, 所述检测节点设置于农田中 ; 所述检测节点包括浓度检测模块外壳以及主控电路, 所述主控电路设置在外壳内, 用于根据浓度检测模块检测的数据计算颗粒物作业参数, 并将计算结果发送到上位机 ; 所述浓度检测模块包括微控制芯片光发射元件通孔光接收元件, 检测时, 通孔垂直放置, 颗粒物通过通孔, 所述微控制芯片通过所述光发射驱动电路驱动所述光发射元件发射一条能覆盖通孔的光轴, 所述光接收元件用于在有颗粒物通过通孔时接收颗粒物的散射光, 同时将光信号转变为电信号, 并将电信号经处理后发送到主控电路由于进入通孔的颗粒物浓度不同, 对光的散射程度不同, 所以光接收元件接收到的光信号也就不同, 进而得到不同的电信号, 主控电路通过对电信号的分析, 即可得到当前颗粒物作业参数 [0007] 优选的, 所述实时检测装置包括上位机和若干对检测节点组, 检测节点组设置于农田中 ; 每一对检测节点组包括两个检测节点, 其中一个检测节点设置在农田中大部分农作物顶部所在平面上面一定高度处, 另一个检测节点设置在上述检测节点的正下方且保持与农田中大部分农作物顶部处于同一平面通过该结构可以测量喷雾作业的漂移量 [0008] 优选的, 在所述光发射元件到通孔之间的光路上设有第一凸面镜, 所述通孔到光 4

5 说明书 2/5 页接收元件的光路上设有第二凸面镜用于更好的控制光线的发散和接收 [0009] 优选的, 浓度检测模块中的处理电路包括信号放大电路以及模数转换器, 接收的电信号先经信号放大电路放大后, 再经模数转换器转成数字信号 [0010] 优选的, 所述主控电路包括无线通讯模块, 无线通讯模块通过无线路由器实现与上位机的无线连接从而可以避免在田间设置电缆, 保障安全性的同时还易于架构该检测装置 [0011] 优选的, 所述检测节点采用电池进行供电解决了农田需建设电杆, 引入市电的麻烦 [0012] 优选的, 所述检测节点设置在一支架上, 支架上下位置可调, 且支架一侧设有用于夹住浓度检测模块的夹具通过采用该支架, 可以更方便检测节点的安装布置 [0013] 一种基于上述田间颗粒物作业参数实时检测装置的检测方法, 包括步骤 : 检测时, 光发射元件发射一条能覆盖通孔的光轴, 颗粒物通过通孔时, 光接收元件采集光信号, 通过对光信号进行处理得到一作业时间段内通过浓度检测模块的浓度值 ; 然后根据浓度值计算得到常规作业参数沉积量 [0014] 具体的, 所述浓度检测模块检测浓度值的方法是 : [0015] (1-1) 在作业前通过常规方法测得药剂密度 ρ 作业喷头喷出雾滴的体积中值直径 d; 测得浓度检测模块中心通孔的半径 r 和高度 h; [0016] (1-2) 通过预喷实验测定喷雾作业雾滴下降平均速度 : 将两个检测节点组成一对检测节点组, 两个检测节点的高度差为 H, 进行预喷实验, 当上面检测节点检测到雾滴时启动一定时器, 当下面检测节点检测到雾滴时关闭该定时器, 将雾滴下降速度 v 作为喷雾作业雾滴下降平均速度, 公式如下 : [0017] [0018] (3) 雾滴通过通孔所需要的时间 Δt 为 : [0019] [0020] (4) 作业时, 以 Δt 为周期, 通过浓度检测模块测得 j 个经均值滤波后输出的浓度值 X1 X2 X3...Xj, 单位为 mg/m 3 [0021] 更进一步的, 根据浓度值计算常规作业参数沉积量的方法是 : [0022] (2-1) 计算一作业时间段内浓度检测模块测出的 j 个浓度值的总和 X; [0023] [0024] (2-2) 计算单个颗粒物的质量 m: [0025] [0026] 计算一作业时间段内通过浓度检测模块的颗粒总质量 M: [0027] M=πr 2 h X 5

6 说明书 3/5 页 [0028] 进而得到一作业时间段内通过通孔的颗粒物总的个数 N: [0029] [0030] (2-3) 得到一作业时间段内通过通孔沉积在其下方的颗粒物的常规作业参数沉积量 S, 单位为个 /m 2 : [0031] [0032] 优选的, 设一对检测节点组中两个检测节点得到的作业时间段内的沉积量分别为 S1 和 S2, 则喷雾作业的漂移量 ΔS 为 : [0033] ΔS=S1-S2 [0034] 本发明与现有技术相比, 具有如下优点和有益效果 : [0035] 1 本发明装置设置了一浓度检测模块, 根据进入模块的颗粒物浓度不同, 对光的散射程度不同这一原理, 采用光信号检测的方法来实现浓度的检测, 克服了现有技术中水敏纸法无法重复使用的问题同时也无需采用图像处理用的相关设备, 成本较低 [0036] 2 本发明方法根据当前浓度检测模块中光接收元件接收到的光信号, 通过光电转换, 可得到颗粒物浓度, 并进而得到沉积量和漂移量等数据, 这些数据可以通过无线网络传输到上位机, 实现数据的实时传输, 具有实时准确性高的优点附图说明 [0037] 图 1 为本实施例所述装置总体示意图 [0038] 图 2 为本实施例浓度检测模块的结构原理示意图 [0039] 图 3 为本实施例进行预喷实验时的结构布置示意图 [0040] 图 4 为本实施例所述检测节点安装示意图 [0041] 图 5 为本实施例所述检测节点电路部分连接关系图具体实施方式 [0042] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述, 但本发明的实施方式不限于此 [0043] 实施例 1 [0044] 本实施例所述一种田间颗粒物作业参数实时检测装置的结构参见图 1, 包括检测节点 22 无线路由器 20 上位机 21, 检测节点 22 布置于农田 23 内, 通过路由器 20 形成的无线局域网 19 与上位机 21 进行数据通信 [0045] 其中, 所述检测节点的结构参见图 3-5, 包括浓度检测模块 3 外壳 8 主控电路 14 电源 13, 电源 13 和主控电路 14 均设置在该封闭的外壳 8 内其中电源 13 采用若干个电池组成的电池组, 然后通过一电源电路 18 与主控电路 14 连接, 电源的开启和关闭通过开关 12 进行控制所述主控电路 14 包括主控芯片 15 数据接口 16 和无线通讯模块 17, 浓度检测模块 3 通过数据线 10 与数据接口 16 连接, 所述无线通讯模块 17 通过无线路由器 20 实现与上位机 21 的无线连接 6

7 说明书 4/5 页 [0046] 参见图 2, 本实施例浓度检测模块包括微控制芯片光发射元件 4 光发射元件驱动电路通孔 6 光接收元件 1 第一凸面镜 201 第二凸面镜 202 检测时, 通孔 6 垂直放置, 使得颗粒物可以通过通孔微控制芯片与光发射元件驱动电路相连, 用于驱动光发射元件 1 发射一条能覆盖通孔的光轴 7, 第一凸面镜 201 设置在光发射元件 4 到通孔 6 之间的光路上当有颗粒物通过通孔 6 时, 颗粒物会产生散射, 光接收元件 1 接收散射光, 将光信号转变为电信号, 并将电信号经浓度检测模块中的处理电路处理后发送到检测节点中的主控电路, 第二凸面镜 202 设置在通孔 6 到光接收元件 1 的光路上, 接收光轴如图 2 中 5 所示 [0047] 本实施例检测节点中的浓度检测模块处理电路包括信号放大电路以及模数转换器, 接收的电信号先经信号放大电路放大后, 再经模数转换器转成数字信号 [0048] 本实施例中, 所述检测节点设置在一支架 11 上, 支架 11 具体为一三脚架, 上下位置可调, 且支架一侧设有用于夹住浓度检测模块 3 的夹具 9 通过采用该支架, 可以更方便检测节点的安装布置 [0049] 同样的, 为了便于后面漂移量的计算, 以及进行预喷实验, 可将两个检测节点组成一对检测节点组, 检测节点组设置于农田中 ; 其中一个检测节点设置在农田中大部分农作物顶部所在平面往上一定高度, 另一个检测节点设置在上述检测节点的正下方且保持与农田中大部分农作物顶部处于同一平面 [0050] 基于上述装置, 下面对本实施例的检测方法进行具体说明包括步骤 : [0051] 1 作业前, 通过常规方法测得喷头喷出雾滴体积中值直径 d( 单位 :m), 药剂密度 ρ ( 单位 :kg/m 3 ), 浓度检测模块中心圆柱形通孔 6 的半径 r( 单位 :m), 其高度 h( 单位 :m) [0052] 2 参见图 3, 在作业前先进行预喷实验将两个浓度检测模块 A B 连接至同一主控电路 ( 当然也可以采用两个检测节点, 根据实际可调整 ), 并将两个浓度检测模块以高度差 H ( 单位 :m) 垂直布置开始预喷实验, 当 A 模块检测到雾滴时启动主控芯片定时器, 当 B 模块检测到雾滴时关闭定时器, 定时器时间 T( 单位 :s) 即为雾滴由 A 模块下降至 B 模块所需要的时间由下式算出雾滴下降速度 v( 单位 :m/s), 并以其作为喷雾作业雾滴下降平均速度 [0053] [0054] 3 由下式算出雾滴通过浓度检测模块圆柱形通孔所需要的时间 Δt( 单位 :s) [0055] [0056] 4 将路由器 20 布置于农田 23, 使其建立的无线局域网 19 覆盖需要进行雾滴浓度检测的农田及用来接收数据的上位机 21 [0057] 5 如图 4 所示, 为本实施例实际布置于农田中的检测节点浓度检测模块 3 必须照图 3 将其通孔 6 竖直布置支架具体高度可根据实际需要进行调整, 比如本实施例将检测节点 1, 包括浓度检测模块无线通讯模块主控电路电池封闭外壳调整至使其处于农田中大部分农作物顶部所在平面往上 Y 米, 把同样的检测节点 2 布置于检测节点 1 垂直向下并保持与农田中大部分农作物顶部处于同一平面 [0058] 将上述检测节点 1 2 组成的节点组按如图 1 中 22 所示均匀布置于农田中, 具体布置方式可自行决定, 比如本实施例所述以相邻两节点间距为五米的方式进行布置 [0059] 6 通过上位机将喷头喷出雾滴体积中值直径 d 药剂密度 ρ 雾滴通过浓度检测模 7

8 说明书 5/5 页块圆柱形通孔所需要的时间 Δt 传送至检测节点 [0060] 7 开始喷雾作业, 在一作业时间段内浓度检测装置测得 j 个经均值滤波后输出的浓度值 X1 X2 X3...Xj 在主控芯片程序中通过以下算法将浓度值转化为常规作业参数沉积量 S: [0061] 先由下式算出单个颗粒物的质量 m( 单位 :mg) [0062] [0063] 其中,d 为喷头喷出雾滴体积中值直径 ( 单位 :m),ρ 为药剂密度 ( 单位 :kg/m 3 ) [0064] 接着, 由下述三式算出一作业时间段内通过浓度检测模块通孔 6 颗粒物总的个数 N ( 单位 : 个 ) [0065] [0066] M=πr 2 h X [0067] [0068] 其中,X 为一作业时间段内浓度检测模块测出的 j 个浓度值的总和 ( 单位 :mg/m 3 ),M 为一作业时间段内通过浓度检测模块的颗粒总质量 ( 单位 :mg),r 为浓度检测模块中心圆柱形通孔 6 的半径 ( 单位 :m),h 为其高度 ( 单位 :m) [0069] 最后, 由下式得出一作业时间段内通过浓度检测模块通孔 6 沉积在其下方的颗粒物的常规作业参数沉积量 S( 单位 : 个 /m 2 ) [0070] [0071] 8 由无线通讯模块将处理完的一作业时间段内的沉积量数值实时传输至上位机 [0072] 9 节点组中的检测节点 1 2, 一作业时间段内的沉积量为 :S1 S2, 由下式即可算出喷雾作业的漂移量 ΔS( 单位 : 个 /m 2 ): [0073] ΔS=S1-S2 [0074] 上述实施例为本发明较佳的实施方式, 但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制, 其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变修饰替代组合简化, 均应为等效的置换方式, 都包含在本发明的保护范围之内 8

9 说明书附图 1/3 页图 1 图 2 9

10 说明书附图 2/3 页图 3 图 4 10

11 说明书附图 3/3 页图 5 11

重点产品技术性贸易措施研究报告-音视频产品

重点产品技术性贸易措施研究报告-音视频产品 --------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------ --------------------------------------------------------- -------------------------------------------

(19) 中华人民共和国国家知识产权局 (12) 发明专利申请 (21) 申请号 (10) 申请公布号 CN A (43) 申请公布日 (22) 申请日 (71) 申请人华南农业大学地址 广东

(19) 中华人民共和国国家知识产权局 (12) 发明专利申请 (21) 申请号 (10) 申请公布号 CN A (43) 申请公布日 (22) 申请日 (71) 申请人华南农业大学地址广东