基于物聯網技術的大棚噴藥機

文/李長青 伊慶帥 劉海聰

（濰坊科技學院 山東省濰坊市 262700）

隨著智慧農業以及精準農業的提出，農業生產對于農田作業的智能化精準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豎立許多立柱作為支撐，這些支撐的存在切割了棚內空間，同時大棚果蔬成長后期農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藥就會很困難。

為此針對傳統噴藥機械勞動力大效率低下，均一化施藥程度差以及人員安全性低等諸多問題，采用遠程物聯網控制技術與電機驅動技術研制了具有遠程控制及查看數據，精準化噴藥等功能的大棚噴藥機。

1 系統組成

所研制的物聯網大棚噴藥機主要有行走系統，控制系統和噴藥系統組成，如圖1所示。其中，行走系統包括行走控制裝置、三足鼎立式行走底盤、距離反饋裝置；控制系統包括線上物聯網控制、線下觸屏控制、溫濕度采集反饋；噴藥系統包括液泵控制器、液泵、風機、噴頭、噴筒等。

手機由人工操作向物聯網大棚噴藥機輸入噴藥距離，噴灑等控制信號；物聯網模塊通過串口將接收到的信息發送給主控芯片，經由芯片處理將指令輸入行走控制裝置和液泵控制器。機器動力能量來源均來自開關電源。

2 硬件結構

2.1 軌道行走機構

圖1：系統組成

圖2

圖3

行走機構采用三輪式行走機構如圖2，在T型軌道上運行。三輪式行走機構就是一側具有兩個行走輪另一側具有一個行走輪，經測試同樣能夠滿足穩定性的要求。將具有一個輪子的一側作為行走機構的動力輪。由于輪子的分配不同使得三個輪承受的壓力不同，獨輪側輪子承受的壓力是雙輪側輪子的兩倍，動力輪運行時就不易出現打滑狀況，防滑性能好。機器按預定軌道運行時借鑒傳統噴藥機的限位機構，以耐磨PU輪為主體搭建了導向機構如圖3。

圖4：米輪測量程序框圖

圖5

導向機構作用：（1）導向；（2）運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，在機器發生失衡時會因為擠壓受到垂直方向的摩檫力，保證了機器的穩定。為了機器節省空間主動輪采用鏈條傳動將電機置于底盤的下方節省空間。

2.2 精準測距機構

采用了國源工控的TA-4006-200型米輪，使用脈沖計數方式200脈沖/圈，經過算法轉換距離，單位為米如圖4。

2.3 噴藥機構

采用120W大功率風機與高壓霧化噴頭結合如圖5，高壓霧化噴頭噴出藥霧經由風機鼓動從而產生一種彌霧效果，與傳統燃油式彌霧機相比污染小，并且使彌霧范圍可擴大為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上面的。由于這種設計的特殊性，噴藥機運行時會經過需要噴灑的地點，所以就能實時采集大棚各個地點的溫濕度，通過物聯網傳輸到應用端（APP）顯示。

圖6：GAgent代碼結構

2.5 供電方式

本設備考慮在大棚內使用所以搭載300W開關電源，220V市電接入后經由開關電源轉為5V和12V，5V為噴藥機控制器供電，12V分別為行走電機，噴藥水泵，風機供電。

3 軟件設計

3.1 GAgent移植

機智云的GAgent移植進wifi模組，GAgent是機智云為硬件接入提供的運行于通信模組等環境的嵌入式固件系統，設備通過GAgent接入機智云平臺。GAgent主要作用是數據轉發，用于連接設備數據、機智云、應用端（APP）[3]，GAgent代碼結構如圖6。

3.2 物聯網遠程控制協議處理

在機智云平臺上添加控制系統外設的設備節點，平臺會根據開發者設置節點的需求自動生成相應的通信協議，根據此通信協議開發者即可與機智云平臺進行數據交互[4]。如圖7和圖8所示。

圖7：上行函數調用關系

圖8：下行函數調用關系

4 結語

當前物聯網已經普及，農業設備的智能化、信息化同樣也需要跟進步伐，該設備是經過多次的實地調研后設計產生的，能解決大棚內噴藥方面的問題。該設備的設計有效提高了蔬菜大棚內的噴藥效率，減少了人工噴藥時大面積噴藥對人體的損害。物聯網的應用使得設備運行使用方便，對于農業信息采集，數據監測更加省時省力。