一种全角度风力控制水枪装置

摘要

本发明公开了一种全角度风力控制水枪装置，包括水枪探头、万向节、柱状连接器、直流风机组模块、单片机主控模块、支架和无线遥控模块，所述柱状连接器上固定有所述直流风机组模块和单片机主控模块，其上端通过所述万向节与所述支架连接，其下端连接所述水枪探头，所述无线遥控模块与所述单片机主控模块无线连接。该装置可以在空中完成全方位、大面积的农林灌溉任务，节约喷头安装密度的同时对特定区域、特定物体进行定时定量灌溉。

权利要求

1.一种全角度风力控制水枪装置，包括水枪探头和无线遥控模块，其特征在于，还包括万向节、柱状连接器、直流风机组模块、单片机主控模块和支架；所述柱状连接器上固定有所述直流风机组模块和单片机主控模块，其上端通过所述万向节与所述支架连接，其下端连接所述水枪探头，所述无线遥控模块与所述单片机主控模块无线连接；所述直流风机组模块包括四个相同的直流风机，所述直流风机两两同轴连接再正交固定于所述柱状连接器下部，所述单片机主控模块分别与四个直流风机连接。

2.根据权利要求1所述的全角度风力控制水枪装置，其特征在于：所述柱状连接器采用碳素轻杆连接器。

3.根据权利要求1所述的全角度风力控制水枪装置，其特征在于：所述支架为龙门型支架。

4.一种权利要求1至3任意一项所述全角度风力控制水枪装置的控制方法：其特征在于包括以下步骤：(1)系统装置初始化设置：校正所述柱状连接器倾斜角度，所述直流风机组模块静止设定，所述单片机主控模块初始化；

(2)运动状态的控制：首先设置工作参数，向所述无线遥控模块输入预定的高度，角度和轨迹参数，通过所述无线遥控模块发送指令给所述单片机主控模块，接收到指令后所述单片机主控模块根据预先设定的高度，角度和轨迹参数生成特定的PWM输出波形，通过输出占空比时变的PWM波控制所述直流风机的转速，进而控制所述直流风机组模块的运动状态；

(3)喷水控制：所述直流风机组模块完成指定轨迹的运动并稳定后，所述无线遥控模块给出喷水指令，所述水枪探头阀门打开并向外喷水；

(4)停机控制：完成任务之后，所述无线遥控模块给出指令关闭所述水枪探头阀门，所述直流风机停止工作，系统恢复静止状态。

5.根据权利要求4所述的全角度风力控制水枪装置的控制方法，其特征在于：所述步骤(2)包括以下步骤：①所述单片机主控模块根据接收到的指令进行运算，生成对应的时变的四路PWM输出波形，并将四路PWM波分别输出给所述直流风机组模块的四个直流风机；

②所述直流风机组模块的四个直流风机以不同的风速转动，带动整个水枪装置从初始状态开始运动；

③所述单片机主控模块中的传感器对水枪装置的运动状态进行检测，判断水枪装置的运动是否符合预定设置的轨迹形态，若不满足，则继续执行所述步骤②，若满足，则执行步骤(4)。

说明书

一种全角度风力控制水枪装置

技术领域

[0001] 本发明属于控制或调节系统领域，特别涉及一种全角度风力控制水枪装置。

背景技术

[0002] 近年来，自动控制已越来越广泛的应用于工业、农林、纺织、医疗等各个行业，而农业灌溉方面，目前大部分农田仍然采用人工浇灌或者固定喷头浇灌。不论是人工浇灌或是固定喷头式浇灌都存在很大的局限性,大规模的农林种植中，人工浇灌需要耗费大量的人力、物力，并且还费时，而固定喷头浇灌，需要事先埋下水管，具有相当大的工程量且地下水管不易检查和维护，对土壤土质结构也有一定的影响，固定喷头虽然常常可以进行360°旋转，但是所及范围有限，一般为半径不超过5米的圆形范围，而且只是考虑了灌溉的目的并没有考虑不同农作物的需求量，喷水量的大小不可控制，这样不仅降低了灌溉的效率而且对水资源也是一种浪费。

发明内容

[0003] 本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种可以在空中完成全方位、大面积的农林灌溉任务，节约喷头安装密度的同时对特定区域、特定物体进行定时定量灌溉的装置。

[0004] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种全角度风力控制水枪装置，包括水枪探头和无线遥控模块，还包括万向节、柱状连接器、直流风机组模块、单片机主控模块和支架；所述柱状连接器上固定有所述直流风机组模块和单片机主控模块，其上端通过所述万向节与所述支架连接，其下端连接所述水枪探头，所述无线遥控模块与所述单片机主控模块无线连接所述直流风机组模块包括四个相同的直流风机，所述直流风机两两同轴连接再正交固定于所述柱状连接器下部，所述单片机主控模块分别与四个直流风机连接。

[0005] 进一步地，所述柱状连接器采用碳素轻杆连接器。

[0006] 更进一步地，所述支架为龙门型支架。

[0007] 一种全角度风力控制水枪装置的控制方法，包括以下步骤：

[0008] (1)系统装置初始化设置：校正所述柱形连接器倾斜角度，所述直流风机组模块静止设定，所述单片机主控模块初始化；

[0009] (2)运动状态的控制：首先设置工作参数，向所述无线遥控模块输入预定的高度，角度和轨迹参数，通过所述无线遥控模块发送指令给所述单片机主控模块，接收到指令后所述单片机主控模块根据预先设定的高度，角度和轨迹参数生成特定的PWM输出波形，通过输出占空比时变的PWM波控制所述直流风机的转速，进而控制所述直流风机组模块的运动状态；

[0010] (3)喷水控制：所述直流风机组模块完成指定轨迹的运动并稳定后，所述无线遥控模块发出喷水指令，所述水枪探头阀门打开并向外喷水；

[0011] (4)停机控制：完成任务之后，所述无线遥控模块发出指令关闭所述水枪探头阀门，所述直流风机停止工作，系统恢复静止状态。

[0012] 进一步地，所述步骤(2)包括以下步骤：

[0013] ①所述单片机主控模块根据接收到的指令进行运算，生成对应的时变的四路PWM输出波形，并将四路PWM波分别输出给所述直流风机组模块的四个直流风机；

[0014] ②所述直流风机组模块的四个直流风机以不同的风速转动，带动整个水枪装置从初始状态开始运动；

[0015] ③所述单片机主控模块中的传感器对水枪装置的运动状态进行检测，判断水枪装置的运动是否符合预定设置的轨迹形态，若不满足，则继续执行所述步骤②，若满足，则执行步骤(4)。

[0016] 本发明的工作原理：本发明通过无线遥控模块进行远程遥控，由它发出的指令，通过无线信道将指令传给单片机主控模块，单片机主控模块接收到指令之后，生成特定的PWM波输出信号，并将信号传给直流风机模块，直流风机组模块是由四个相同的直流风机组成，相互独立且由单片机主控模块单独控制，四个直流风机配合工作可以使得本发明水枪装置做预定轨迹的运动，稳定后水枪探头开始喷水，对固定区域进行定时定量的灌溉。

[0017] 本发明的有益效果是：

[0018] 适用于灌溉，消防等不同领域，可以在空中完成全方位、大面积的农林灌溉任务，能够在小角度的转动领域对大面积区域进行定点定量的补水供给，具有成本低，所占空间小，管辖面积大，省时省力，精准可靠的特点，提高了灌溉效率，也明显提高了水资源的利用率。

附图说明

[0019] 图1为本实施例结构示意图；

[0020] 图2为本实施例无线遥控模块示意图；

[0021] 图3为本实施例的控制模块示意图；

[0022] 图4为本实施例的方法流程图。

[0023] 其中，1-水枪探头、2-直流风机组模块、3-单片机主控模块、4-碳素轻杆连接器、5-万向节、6-无线遥控模块。

具体实施方式

[0024] 通过以下详细说明结合附图可以进一步理解本发明的特点和优点。所提供的实施例仅是对本发明方法的说明，而不以任何方式限制本发明揭示的其余内容。

[0025] 如图1所示，一种全角度风力控制水枪装置，包括水枪探头、万向节、柱状连接器、直流风机组模块、单片机主控模块、支架和无线遥控模块，所述柱状连接器上固定有所述直流风机组模块和单片机主控模块，其上端通过所述万向节与所述支架连接，其下端连接所述水枪探头，所述无线遥控模块与所述单片机主控模块无线连接。

[0026] 本实施例中柱状连接器采用碳素轻杆连接器4，支架采用龙门型支架，直流风机模块2包括四个相同的直流风机，直流风机两两同轴连接再正交固定于所述柱状连接器下部，所述单片机主控模块单独控制四个直流风机。

[0027] 如图1、图2、图3所示，全角度风力控制的水枪装置，包括万向节5及碳素轻杆连接器4、直流风机组模块2、单片机主控模块3、无线遥控模块6和水枪探头1；碳素轻杆连接器4下端连接水枪探头1，单片机主控模块3、直流风机组模块2和水枪探头1固定在碳素轻杆连接器4上，万向节5置于碳素轻杆连接器4的上端，碳素轻杆连接器4通过万向节5与龙门型支架连接，使得整个系统可以在360°全空间内无限制的运动。无线遥控模块6进行远程遥控，由它发出的指令，通过无线信道将指令传给单片机主控模块3，此模块用于接收遥控指令并对直流风机组模块2起实际控制作用，单片机主控模块3接收到指令之后，生成特定的PWM波输出信号，并将信号传给直流风机模块2，直流风机组模块2是由四个相同的直流风机组成，每个直流风机相互独立并且由单片机主控模块3单独控制，四个风机配合工作可以使得该装置做预定轨迹的运动，使得水枪探头1能够对固定区域进行定时定量的灌溉。

[0028] 如图1、图4所示，本发明提供了一种全角度风力控制水枪装置的控制方法，包括以下步骤：

[0029] (1)系统装置初始化设置：校正所述碳素轻杆连接器4倾斜角度，所述直流风机组模块2静止设定，所述单片机主控模块3初始化；

[0030] (2)运动状态的控制：首先设置工作参数，向所述无线遥控模块6输入预定的高度，角度和轨迹参数，通过所述无线遥控模块6发送指令给所述单片机主控模块3，接收到指令后所述单片机主控模块3根据预先设定的高度，角度和轨迹参数生成特定的PWM输出波形，通过输出占空比时变的PWM波控制所述直流风机的转速，进而控制所述直流风机组模块2的运动状态；

[0031] (3)喷水控制：所述直流风机组模块2完成指定轨迹的运动并稳定后，所述无线遥控模块6给出喷水指令，所述水枪探头1阀门打开并向外喷水；

[0032] (4)停机控制：完成任务之后，所述无线遥控模块6给出指令关闭所述水枪探头1阀门，所述直流风机停止工作，系统恢复静止状态。

[0033] 所述步骤(2)包括以下步骤：

[0034] ①所述单片机主控模块2根据接收到的指令进行运算，生成对应的时变的四路PWM输出波形，并将四路PWM波分别输出给所述直流风机组模块2的四个直流风机；

[0035] ②所述直流风机组模块2的四个直流风机以不同的风速转动，带动整个水枪装置从初始状态开始运动；

[0036] ③所述单片机主控模块3中的传感器对水枪装置的运动状态进行检测，判断水枪装置的运动是否符合预定设置的轨迹形态，若不满足，则继续执行所述步骤②，若满足，则执行步骤(4)。

[0037] 想要获得精准和稳定的运动轨迹则就要涉及位置信息的获取，如何滤掉信号中的噪声信号对装置系统控制来说至关重要，卡尔曼滤波是一种基于线性回归思想，对系统方程进行最优估计的算法，其优点就在于即使不知道系统的具体状态方程，也可以非常精准的对系统下一时刻的状态量进行有效的估计，这对获取精准的数据提供了保障。PID算法是一种经典的自动控制算法，它是对系统偏差的比例，积分和微分做出及时的反应，从而保证系统有效而又稳定的运动。

[0038] 基于计算复杂度以及难易度的考虑，本发明主要采用基于卡尔曼滤波的PID控制算法。

[0039] 该水枪装置适用范围广泛，不仅可以用于农林灌溉，同时还可以用于消防、军事和医疗等各个方面；借助经典的自动控制原理技术，能够精准并稳定的根据预定轨迹运动，在空中进行全方位、大面积的灌溉任务；灌溉效率高，不仅大面积节省占地空间，而且节省人力物力，也提高了水资源的利用率。