[发明专利]一种基于果树冠层叶面积指数的变量喷雾控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于果树冠层叶面积指数的变量喷雾控制系统，其特征在于，该系统包括超声波传感器模组、无线数据传输模块、速度传感器、定位模块、轨迹显示模块、中央数据处理模块、外部电源模块、电源模块、变量喷雾控制模块及控制开关；所述的超声波传感器模组，其包括3个超声波传感器、微处理器及存储卡，3个超声波传感器、存储卡分别与微处理器连接；超声波传感器用于实时发射超声波信息和接收其回波信息，且有效的避免靶标的漏测，提高了探测精度，存储卡用于存储回波能量数值，微处理器用于处理超声波传感器模组接受的回波电压数据；所述无线数据传输模块用于实时将超声波传感器模组得出的距离和回波能量信息传输到中央数据处理模块；

所述速度传感器用于实时采集喷雾机行驶速度信息；

所述定位模块和轨迹显示模块用于实时定位及显示喷雾机行走轨迹,以监测喷雾机是否有重喷和漏喷的现象；

所述中央数据处理模块实时对接收的靶标距离、回波能量信息、喷雾机行驶速度信息进行计算和处理；中央数据处理模块由中央处理器和存储卡组成；

所述变量喷雾控制模块与中央数据处理模块连接，并用于根据中央数据处理模块得到的信息进行实时变量喷雾；

所述超声波传感器模组、外部电源模块分别与无线数据传输模块连接，并通过无线数据传输模块发送信息；所述速度传感器、定位模块、轨迹显示模块分别与中央数据处理模块连接；所述电源模块分别为中央数据处理模块、定位模块、轨迹显示模块供电；

所述控制开关用于整个控制系统的启停；

所述系统实施基于果树冠层叶面积指数的变量喷雾控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)获取喷头位置到靶标冠层的距离，由超声波传感器模组直接测得；

(2)进一步的，通过时域能量计算方法，获取超声波回波能量信息，具体方法为：

其中E是信号能量，x(t)是模拟信号电压，t₀是发射信号初始时间，t₁是t₀经过2ms后第一个大于1.2V的电压所对应的时间，t₂是t₁之后最后一个大于1.2V的电压所对应的时间；

(3)进一步的，获取果树冠层叶面积指数信息，其具体方法为：

其中，L₁是叶面积指数；S是超声波传感器与靶标冠层的距离,即喷头位置到靶标冠层的距离，单位为m；e是回波能量值,单位为J；A为作业冠层叶面平均面积,单位为cm²，计算方法只涉及数值的计算；

(4)获取喷雾机行驶速度信息，并实时传输到中央数据处理模块中，得出变量喷雾依据值L信息；获取变量喷雾依据值L，其具体方法为：当0V2时，变量喷雾依据值L＝冠层实际L1,当2＜＜V时，喷雾依据值L＝2×冠层实际L1，喷雾机行驶速度为V，单位m/s；从而实现，根据冠层叶面积指数，实现变量喷雾的目的；

微处理器通过超声波传感器获取与靶标冠层距离信息和回波信息，回波信息采样周期为T，其中T为100ms；超声波传感器在采样时长T0(0s～0.1s)时间内获取的回波能量数据生成数组E1＝{E1₁；E1₂；E1₃；······E1_N}，其中0.5E_1N0.8,经过处理器将数组E1修正得到有效数组E1′＝{E1′₁；E1′₂；E1′₃；······E1′_M},并由所述微处理器计算数组E1′的平均值：方差且超声波传感器测得与靶标距离记作S1；同理，得出另外两个超声波传感器的有效数组的平均值分别为方差与靶标距离S2、S3；当或时，取当或时，取当或时，取然后通过无线数据传输模块将数值发送至中央数据处理模块，作为本次喷雾作业的回波能量数值e；取作为本次喷雾作业的距离数值S。

2.如权利要求1所述的一种基于果树冠层叶面积指数的变量喷雾控制系统，其特征在于，所述超声波传感器、无线数据传输模块、外部电源模块一起封装，并给出充电接口和超声波发射出口，集成可移动超声波信息收集系统，设置于喷雾机前半部分，超声波传感器模组与喷头位于同一竖直平面上。