Система управления запорной арматурой техники обработки почвы и растений

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Предложена система управления запорной арматурой техники обработки почвы и растений, содержащая источник ввода информации, выполненный в виде цветной камеры, соединенной с блоком управления, обрабатывающим поступающую от камеры информацию с применением компьютерных программ и выполненным с возможностью управления запорной арматурой, размещенной на штанге транспортного средства, посредством электрического тока в режиме реального времени. Содержит дополнительные блоки управления и источники ввода информации, представляющие собой цифровые камеры высокого разрешения. Блоки управления и цифровые камеры установлены на штанге транспортного средства, запорная арматура выполнена в виде пьезоэлектрических клапанов, каждый блок управления выполнен с возможностью обработки информации, поступающей от двух цифровых камер, и способен управлять одновременно пьезоэлектрическими клапанами в количестве, равном или менее шестнадцати. Система обеспечивает сокращение расхода средств обработки и снижение степени загрязнения окружающей среды. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к системам обработки почвы и управления запорной арматурой техники, предназначенной для обработки почвы и растений гербицидами.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является устройство для управляемой борьбы с сорняками, в котором описана система управления запорной арматурой техники обработки почвы и растений, содержащая источник ввода информации, выполненный в виде цветной камеры. Камера соединена с блоком управления, обрабатывающим поступающую информацию с применением компьютерных программ и управляющим запорной арматурой, размещенной на штанге транспортного средства, посредством электрического тока в режиме реального времени. Данное устройство описано в патенте на изобретение RU 2129785 C1, А01М 7/00, А01М 24/00, А01М 21/00 Всероссийского научно-исследовательского и проектно-технологического института механизации и электрификации сельского хозяйства, опубликованном 10.05.1999.

В связи с тем, что устройство содержит лишь одну камеру, установленную на транспортном средстве техники обработки почвы в значительном удалении от запорной арматуры, размещенной на штанге транспортного средства, скорость, обзор и качество поступающих изображений растений не позволяют проводить эффективное и оперативное управление запорной арматурой, тем самым данное устройство имеет невысокую точность внесения средств обработки растений и почвы.

Кроме того, система не учитывает ряд параметров, влияющих на качество проведения обработки почвы и растений, например, освещенность, при которой производят обработку. Также при внесении средств обработки не учитывается скорость перемещения транспортного средства и изменение высоты штанги транспортного средства относительно земли при его перемещении.

Таким образом, техническая проблема связана с созданием системы управления запорной аппаратуры техники обработки почвы и растений, позволяющей сократить расход средств обработки и снизить степень загрязнения окружающей среды за счет повышения точности внесения средств обработки.

Техническая проблема решается тем, что система управления запорной арматурой техники обработки почвы и растений, содержащая источник ввода информации, выполненный в виде цветной камеры, соединенной с блоком управления, обрабатывающим поступающую от камеры информацию с применением компьютерных программ и выполненным с возможностью управления запорной арматурой, размещенной на штанге транспортного средства, посредством электрического тока в режиме реального времени, содержит дополнительные блоки управления и источники ввода информации, представляющие собой цифровые камеры высокого разрешения, при этом блоки управления и цифровые камеры установлены на штанге транспортного средства, запорная арматура выполнена в виде пьезоэлектрических клапанов, каждый блок управления выполнен с возможностью обработки информации, поступающей от двух цифровых камер, и способен управлять одновременно пьезоэлектрическими клапанами в количестве равном или менее шестнадцати.

В частном случае осуществления изобретения система снабжена датчиком транспортного средства.

В частном случае осуществления изобретения система снабжена, по меньшей мере, одним датчиком освещенности.

В частном случае осуществления изобретения система снабжена, по меньшей мере, одним датчиком положения штанги транспортного средства.

В частном случае осуществления изобретения управление пьезоэлектрическими клапанами производится с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) путем изменения скважности импульсов при постоянной частоте.

Оснащение системы управления запорной арматурой дополнительными источниками ввода информации, размещенными на штанге транспортного средства и выполненными цифровыми и с высоким разрешением, позволяет получить качественные и точные данные о наличии растений, подлежащих обработке, и о площади, занимаемой данным растением, что позволяет повысить точность внесения средств обработки.

Снабжение системы управления запорной арматурой дополнительными блоками управления и размещение их на штанге транспортного средства позволяет оперативно обработать большой объем поступающей информации, что также способствует повышению точности внесения средств обработки.

Эффективное и оперативное управление запорной арматурой обеспечивается также тем, что в системе использованы пьезоэлектрические клапаны, позволяющие осуществлять точное и быстрое распыление средств обработки почвы и растений. Кроме того, каждый блок управления выполнен с возможностью обработки информации, поступающей от двух цифровых камер высокого разрешения, и способен управлять одновременно пьезоэлектрическими клапанами в количестве равным или менее шестнадцати, что позволяет одновременно и высокой точностью внесения гербицидов обрабатывать достаточно большую площадь, равную площади охвата двух камер.

Сущность изобретения поясняется схемой.

На фиг. 1 схематично изображена система управления запорной арматурой техники обработки почвы и растений.

Принцип работы системы управления запорной арматурой техники обработки почвы и растений состоит в следующем.

Систему управления запорной арматурой техники обработки почвы и растений размещают на транспортном средстве 1 со штангой 2 для возможности обработки почвы и растений. При этом блоки управления 3, а также источники ввода информации, выполненные в виде цветных цифровых камер высокого разрешения 4, и запорную арматуру, выполненную в виде пьезоэлектрических клапанов 5, размещают на штанге 2 транспортного средства 1.

Система подключается к сети электропитания техники обработки почвы и растений. В соответствующие разъемы подключаются источники ввода информации, выполненные в виде цифровых цветных камер высокого разрешения 4, кабели шины управления 6 пьезоэлектрическими клапанами 5 и шины управления 7 камерами высокого разрешения 4. После подачи напряжения на блоки управления 3 система готова к управлению запорной арматурой. В зависимости от настроек, выбранных пользователем системы, пьезоэлектрические клапаны 5 могут быть закрыты полностью или частично.

При движении транспортного средства 1, предназначенного для обработки почты и растений, камеры высокого разрешения 4 фиксируют появление обрабатываемых объектов в кадре, например, живых растений, которых на поле при обработке быть не должно. Далее информация поступает в блок управления 3, который выполнен с возможностью обработки данных от двух камер высокого разрешения 4 одновременно.

Каждый блок управления 3 с помощью компьютерных программ производит обработку поступающей от соединенных с ним цифровых камер высокого разрешения 4 информации, исследуя данные по заданным алгоритмам в соответствии с поставленной задачей. В режиме реального времени управляющий сигнал от блока управления 3 по шине управления 6 передается к пьезоэлектрическим клапанам 5 на полное или частичное их открытие для опрыскивания растений гербицидами. При этом при обработке изображения в блоке управления 3 используются многоядерные процессоры, позволяющие разбить обработку данных на отдельные потоки, в целях увеличения производительности и качества обработки изображения.

Один блок управления 3 способен управлять одновременно пьезоэлектрическими клапанами 5 в количестве равном или менее шестнадцати. При этом управление запорной арматурой электрическим током производится в диапазоне напряжений от 10 до 24 В с возможностью как включения и отключения тока, так и управления пьезоэлектрическими клапанами с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то есть путем изменения скважности импульсов при постоянной частоте, что позволяет производить частичное или полное открытие пьезоэлектрического клапана 5, в зависимости от размера детектируемых растений или скорости транспортного средства, предназначенного для обработки почвы и растений гербицидами, что повышает точность внесения средств обработки и способствует сокращению расхода средств обработки почвы и растений.

Кроме того, программная часть системы использует обучаемую нейронную сеть для анализа поступающего изображения и управления ШИМ и пьезоэлектрическими клапанами 5.

В связи с тем, что скорость перемещения транспортного средства 1 по полю не одинакова, для более точного определения момента открытия пьезоэлектрических клапанов 5 и времени их открытия, система обработки почвы дополнительно может быть снабжена датчиком скорости 8 транспортного средства 1, выполненным с возможностью установки на колесе транспортного средства 1 и соединенным с блоком управления 3.

Систем также дополнительно может быть снабжена, по меньшей мере, одним датчиком освещенности 9, который позволяет распознавать растения при разной степени освещенности, когда цвет растения в объективе цифровой камеры высокого разрешения 4 варьируется от желтого до коричневого или фиолетового и при фиксированном заданном значении границ цвета растения, что повышает корректность срабатывания системы. Таким образом, датчик освещенности 9 измеряет интенсивность внешнего освещения, в зависимости от чего корректирует границы цветов, в которых происходит распознавание растения. Каждый блок управления 3 снабжен датчиком освещенности 9, размещенным либо рядом с блоком управления 3 на штанге 2 транспортного средства 1 в отдельном боксе и соединен с шиной блоком управления 3, либо интегрирован в блок управления 3.

Также система может быть снабжена, по меньшей мере, одним ультразвуковым датчиком 10 положения штанги 2 транспортного средства 1 относительно земли, размещенным на нижней стороне штанги на одной плоскости с клапанами 5. Датчик 10 позволяет учитывать неровности поверхности поля, из-за которых при движении транспортного средства 1 может варьироваться высота штанги 2 с пьезоэлектрическими клапанами 5. Поскольку форсунки имеют фиксированный угол факела распыла, то при изменении высоты штанги 2, изменяется площадь обработки одним пьезоэлектрическим клапаном 5. В случае, например, детектировании сорняка на границе области распыла одного из пьезоэлектрических клапанов 5 при уменьшении высоты штанги 2, могут быть задействованы соседние пьезоэлектрические клапаны 5 для повышения точности обработки.

Таким образом, использование настоящей системы позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении точности внесения средств обработки, что ведет к сокращению расхода средств обработки почвы и растений и снижению степени загрязнения окружающей среды.

1. Система управления запорной арматурой техники обработки почвы и растений, содержащая источник ввода информации, выполненный в виде цветной камеры, соединенной с блоком управления, обрабатывающим поступающую от камеры информацию с применением компьютерных программ и выполненным с возможностью управления запорной арматурой, размещенной на штанге транспортного средства, посредством электрического тока в режиме реального времени, отличающаяся тем, что содержит дополнительные блоки управления и источники ввода информации, представляющие собой цифровые камеры высокого разрешения, при этом блоки управления и цифровые камеры установлены на штанге транспортного средства, запорная арматура выполнена в виде пьезоэлектрических клапанов, каждый блок управления выполнен с возможностью обработки информации, поступающей от двух цифровых камер, и способен управлять одновременно пьезоэлектрическими клапанами в количестве, равном или менее шестнадцати.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что снабжена датчиком скорости транспортного средства.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что снабжена по меньшей мере одним датчиком освещенности.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что снабжена по меньшей мере одним ультразвуковым датчиком положения штанги транспортного средства.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что управление пьезоэлектрическими клапанами производится с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) путем изменения скважности импульсов при постоянной частоте.