基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大棚噴藥機(jī)

文/李長青 伊慶帥 劉海聰

（濰坊科技學(xué)院 山東省濰坊市 262700）

隨著智慧農(nóng)業(yè)以及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的提出，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對于農(nóng)田作業(yè)的智能化精準(zhǔn)化水平提出了更高要求[1，2]。其中大棚種植為了保證大的種植面積農(nóng)戶往往會建造大型的棚體為了使棚體的牢固就會在大棚內(nèi)豎立許多立柱作為支撐，這些支撐的存在切割了棚內(nèi)空間，同時(shí)大棚果蔬成長后期農(nóng)戶會在棚頂搭吊繩來吊曳植物，這樣就使本來相對小的空間更加零碎，在這種零碎的空間中噴灑農(nóng)藥就會很困難。

為此針對傳統(tǒng)噴藥機(jī)械勞動(dòng)力大效率低下，均一化施藥程度差以及人員安全性低等諸多問題，采用遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)研制了具有遠(yuǎn)程控制及查看數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)化噴藥等功能的大棚噴藥機(jī)。

1 系統(tǒng)組成

所研制的物聯(lián)網(wǎng)大棚噴藥機(jī)主要有行走系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和噴藥系統(tǒng)組成，如圖1所示。其中，行走系統(tǒng)包括行走控制裝置、三足鼎立式行走底盤、距離反饋裝置；控制系統(tǒng)包括線上物聯(lián)網(wǎng)控制、線下觸屏控制、溫濕度采集反饋；噴藥系統(tǒng)包括液泵控制器、液泵、風(fēng)機(jī)、噴頭、噴筒等。

手機(jī)由人工操作向物聯(lián)網(wǎng)大棚噴藥機(jī)輸入噴藥距離，噴灑等控制信號；物聯(lián)網(wǎng)模塊通過串口將接收到的信息發(fā)送給主控芯片，經(jīng)由芯片處理將指令輸入行走控制裝置和液泵控制器。機(jī)器動(dòng)力能量來源均來自開關(guān)電源。

2 硬件結(jié)構(gòu)

2.1 軌道行走機(jī)構(gòu)

圖1：系統(tǒng)組成

圖2

圖3

行走機(jī)構(gòu)采用三輪式行走機(jī)構(gòu)如圖2，在T型軌道上運(yùn)行。三輪式行走機(jī)構(gòu)就是一側(cè)具有兩個(gè)行走輪另一側(cè)具有一個(gè)行走輪，經(jīng)測試同樣能夠滿足穩(wěn)定性的要求。將具有一個(gè)輪子的一側(cè)作為行走機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輪。由于輪子的分配不同使得三個(gè)輪承受的壓力不同，獨(dú)輪側(cè)輪子承受的壓力是雙輪側(cè)輪子的兩倍，動(dòng)力輪運(yùn)行時(shí)就不易出現(xiàn)打滑狀況，防滑性能好。機(jī)器按預(yù)定軌道運(yùn)行時(shí)借鑒傳統(tǒng)噴藥機(jī)的限位機(jī)構(gòu)，以耐磨PU輪為主體搭建了導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如圖3。

圖4：米輪測量程序框圖

圖5

導(dǎo)向機(jī)構(gòu)作用：（1）導(dǎo)向；（2）運(yùn)行底盤分別在四角使用四組限位輪，它們緊貼軌道水平受力，在機(jī)器發(fā)生失衡時(shí)會因?yàn)閿D壓受到垂直方向的摩檫力，保證了機(jī)器的穩(wěn)定。為了機(jī)器節(jié)省空間主動(dòng)輪采用鏈條傳動(dòng)將電機(jī)置于底盤的下方節(jié)省空間。

2.2 精準(zhǔn)測距機(jī)構(gòu)

采用了國源工控的TA-4006-200型米輪，使用脈沖計(jì)數(shù)方式200脈沖/圈，經(jīng)過算法轉(zhuǎn)換距離，單位為米如圖4。

2.3 噴藥機(jī)構(gòu)

采用120W大功率風(fēng)機(jī)與高壓霧化噴頭結(jié)合如圖5，高壓霧化噴頭噴出藥霧經(jīng)由風(fēng)機(jī)鼓動(dòng)從而產(chǎn)生一種彌霧效果，與傳統(tǒng)燃油式彌霧機(jī)相比污染小，并且使彌霧范圍可擴(kuò)大為10到15米完全滿足各種棚體橫向噴霧的使用要求。

2.4 溫濕度采集

溫濕度采集模塊采用DHT11，由于溫濕度模塊是搭載在噴藥機(jī)上面的。由于這種設(shè)計(jì)的特殊性，噴藥機(jī)運(yùn)行時(shí)會經(jīng)過需要噴灑的地點(diǎn)，所以就能實(shí)時(shí)采集大棚各個(gè)地點(diǎn)的溫濕度，通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)綉?yīng)用端（APP）顯示。

圖6：GAgent代碼結(jié)構(gòu)

2.5 供電方式

本設(shè)備考慮在大棚內(nèi)使用所以搭載300W開關(guān)電源，220V市電接入后經(jīng)由開關(guān)電源轉(zhuǎn)為5V和12V，5V為噴藥機(jī)控制器供電，12V分別為行走電機(jī)，噴藥水泵，風(fēng)機(jī)供電。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 GAgent移植

機(jī)智云的GAgent移植進(jìn)wifi模組，GAgent是機(jī)智云為硬件接入提供的運(yùn)行于通信模組等環(huán)境的嵌入式固件系統(tǒng)，設(shè)備通過GAgent接入機(jī)智云平臺。GAgent主要作用是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，用于連接設(shè)備數(shù)據(jù)、機(jī)智云、應(yīng)用端（APP）[3]，GAgent代碼結(jié)構(gòu)如圖6。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制協(xié)議處理

在機(jī)智云平臺上添加控制系統(tǒng)外設(shè)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，平臺會根據(jù)開發(fā)者設(shè)置節(jié)點(diǎn)的需求自動(dòng)生成相應(yīng)的通信協(xié)議，根據(jù)此通信協(xié)議開發(fā)者即可與機(jī)智云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交互[4]。如圖7和圖8所示。

圖7：上行函數(shù)調(diào)用關(guān)系

圖8：下行函數(shù)調(diào)用關(guān)系

4 結(jié)語

當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)普及，農(nóng)業(yè)設(shè)備的智能化、信息化同樣也需要跟進(jìn)步伐，該設(shè)備是經(jīng)過多次的實(shí)地調(diào)研后設(shè)計(jì)產(chǎn)生的，能解決大棚內(nèi)噴藥方面的問題。該設(shè)備的設(shè)計(jì)有效提高了蔬菜大棚內(nèi)的噴藥效率，減少了人工噴藥時(shí)大面積噴藥對人體的損害。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用使得設(shè)備運(yùn)行使用方便，對于農(nóng)業(yè)信息采集，數(shù)據(jù)監(jiān)測更加省時(shí)省力。