红外光电探测器在静电对靶喷雾中的工作原理及应用

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  • 概述:详细介绍了红外光电探测器,以及用红外光电探测器探测棉花的位置,实现对靶喷雾的设计。

    农业是国民经济的基础,先进的植保技术是农业生产丰收的保障,现代植物病虫害防治仍然以化学药剂防治为主,我国常规施药方法和施药器械落后,大量农药流失到水体、土壤和大气中,农药的利用率低,防治成本高,并造成严重的环境污染,对某些害虫防治效果欠佳,先进的施药方法和施药器械的研究与开发对我国农业的持续发展,降低生产成本,特别是保护环境具有重要的作用。对靶喷雾是新近发展起来的高效低污染施药新技术,AGTECH公司研制的“Tree-sense”智能喷雾器采用了“沙漠风暴”中使用的探测敌人坦克的三维图像传感器,它能够根据作物的距离、形状进行有效喷;DURAND WAYLAND公司的“Smart Spray”喷雾器、“Tree-see”喷雾器使用了先进的声纳系统来进行目标的准确定位,这些装置精度高,但价格昂贵。根据我国国情,我们设计了红外光电探测器来进行目标的探测,并结合高压静电使雾滴带电,带电的雾滴作定向运动飞向植株,最后吸附在植株上,其命中率显著提高。这种红外探测器研制成本低、灵敏度高、体积小,加上与静电结合,就会达到与上述系统基本相同的效果。

    设计思路
      本文主要讲述红外光电探测器的研制。红外线是一种不可见光,采用专用的红外发射管和接收管,可以有效地防止周围可见光的干扰,进行无接触探测,不损伤被测物体。该探测器安装在电动小车上。红外对靶喷雾主要用在棉花的幼苗期和生长期间,当棉花处于幼苗期时,棉苗分散,对靶容易。当处于生长期时,棉花的茎部有一定的高度,此时采用红外线照射茎部,通过反射,确定目标。考虑到棉农十分注重田间管理,棉田杂草很少,所以红外光电探测器受到的干扰很小,可以忽略。

      图1 红外探测器的原理图架

      图2 探测距离


      图3 555状态图

      图4 红外发射与接收元件的方向性

    红外光电探测器的设计
      如图1所示,LM567集成锁相环路解码器及其外围元件组成锁相电路。三极管V1、红外线发射管H1及电阻R1、R9组成红外线发射电路,锁相电路的振荡信号由LM567的⑤脚输出,送至V1放大,驱动红外线发射管发出方波信号。集成电路mA741、红外接收管H2及其外围元件组成红外线接收电路,红外线接收管H2将接收到的红外线信号转变成本身阻值的变化,经电阻R3、电容C3耦合到mA741的②脚,由mA741进行放大,555电路、三极管V2及其外围相关器件组成延迟输出电路,用来控制电磁阀打开的时间,当探测到棉花时,LED绿灯亮,继电器通电,常开触点闭合,开始喷雾。

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