基于物联网技术的大棚喷药机

文/李长青 伊庆帅 刘海聪

（潍坊科技学院 山东省潍坊市 262700）

随着智慧农业以及精准农业的提出，农业生产对于农田作业的智能化精准化水平提出了更高要求[1，2]。其中大棚种植为了保证大的种植面积农户往往会建造大型的棚体为了使棚体的牢固就会在大棚内竖立许多立柱作为支撑，这些支撑的存在切割了棚内空间，同时大棚果蔬成长后期农户会在棚顶搭吊绳来吊曳植物，这样就使本来相对小的空间更加零碎，在这种零碎的空间中喷洒农药就会很困难。

为此针对传统喷药机械劳动力大效率低下，均一化施药程度差以及人员安全性低等诸多问题，采用远程物联网控制技术与电机驱动技术研制了具有远程控制及查看数据，精准化喷药等功能的大棚喷药机。

1 系统组成

所研制的物联网大棚喷药机主要有行走系统，控制系统和喷药系统组成，如图1所示。其中，行走系统包括行走控制装置、三足鼎立式行走底盘、距离反馈装置；控制系统包括线上物联网控制、线下触屏控制、温湿度采集反馈；喷药系统包括液泵控制器、液泵、风机、喷头、喷筒等。

手机由人工操作向物联网大棚喷药机输入喷药距离，喷洒等控制信号；物联网模块通过串口将接收到的信息发送给主控芯片，经由芯片处理将指令输入行走控制装置和液泵控制器。机器动力能量来源均来自开关电源。

2 硬件结构

2.1 轨道行走机构

图1：系统组成

图2

图3

行走机构采用三轮式行走机构如图2，在T型轨道上运行。三轮式行走机构就是一侧具有两个行走轮另一侧具有一个行走轮，经测试同样能够满足稳定性的要求。将具有一个轮子的一侧作为行走机构的动力轮。由于轮子的分配不同使得三个轮承受的压力不同，独轮侧轮子承受的压力是双轮侧轮子的两倍，动力轮运行时就不易出现打滑状况，防滑性能好。机器按预定轨道运行时借鉴传统喷药机的限位机构，以耐磨PU轮为主体搭建了导向机构如图3。

图4：米轮测量程序框图

图5

导向机构作用：（1）导向；（2）运行底盘分别在四角使用四组限位轮，它们紧贴轨道水平受力，在机器发生失衡时会因为挤压受到垂直方向的摩檫力，保证了机器的稳定。为了机器节省空间主动轮采用链条传动将电机置于底盘的下方节省空间。

2.2 精准测距机构

采用了国源工控的TA-4006-200型米轮，使用脉冲计数方式200脉冲/圈，经过算法转换距离，单位为米如图4。

2.3 喷药机构

采用120W大功率风机与高压雾化喷头结合如图5，高压雾化喷头喷出药雾经由风机鼓动从而产生一种弥雾效果，与传统燃油式弥雾机相比污染小，并且使弥雾范围可扩大为10到15米完全满足各种棚体横向喷雾的使用要求。

2.4 温湿度采集

温湿度采集模块采用DHT11，由于温湿度模块是搭载在喷药机上面的。由于这种设计的特殊性，喷药机运行时会经过需要喷洒的地点，所以就能实时采集大棚各个地点的温湿度，通过物联网传输到应用端（APP）显示。

图6：GAgent代码结构

2.5 供电方式

本设备考虑在大棚内使用所以搭载300W开关电源，220V市电接入后经由开关电源转为5V和12V，5V为喷药机控制器供电，12V分别为行走电机，喷药水泵，风机供电。

3 软件设计

3.1 GAgent移植

机智云的GAgent移植进wifi模组，GAgent是机智云为硬件接入提供的运行于通信模组等环境的嵌入式固件系统，设备通过GAgent接入机智云平台。GAgent主要作用是数据转发，用于连接设备数据、机智云、应用端（APP）[3]，GAgent代码结构如图6。

3.2 物联网远程控制协议处理

在机智云平台上添加控制系统外设的设备节点，平台会根据开发者设置节点的需求自动生成相应的通信协议，根据此通信协议开发者即可与机智云平台进行数据交互[4]。如图7和图8所示。

图7：上行函数调用关系

图8：下行函数调用关系

4 结语

当前物联网已经普及，农业设备的智能化、信息化同样也需要跟进步伐，该设备是经过多次的实地调研后设计产生的，能解决大棚内喷药方面的问题。该设备的设计有效提高了蔬菜大棚内的喷药效率，减少了人工喷药时大面积喷药对人体的损害。物联网的应用使得设备运行使用方便，对于农业信息采集，数据监测更加省时省力。