摘 要：对靶变量施药喷雾机能够根据施药靶标的有无和靶标特征的变化选择性地对靶变量施药，这对提高农药的利用率，减少药液的浪费和环境污染，使资源得到更合理的利用和降低生产成本，减少化学药剂对环境的破坏等具有重要意义。目前对靶变量施药机器系统的性能主要受上位机单元图像处理的速度和下位机单元控制协调能力的影响。
关键词：喷雾机，对靶喷雾，传感器，PWM
1 引言
我国是林业大国，在林业的生产中对林木的保护是保证林木生长的重要环节,传统的施药机械是将一片区域当作受灾严重程度相同的对象，对该片区域进行均匀喷雾，无法根据树冠大小密度进行调节药液的喷射量。基于树冠体积的变量是通过传感器技术获得靶标的体积信息。再将靶标信息转化为具体喷雾指令指导喷雾系统喷雾。最后根据施药决策发出的喷雾指令对靶标执行相应指令的喷雾。本文将从收集靶标信息的传感器、靶标信息收集方法、喷雾控制方法、变量对靶存在问题等方面进行阐述。
2 研究现状
2.1 靶标信息采集传感器
2.1.1红外传感器
红外传感器是由发光器件发射红外线，靶标将发射的红外线反射回红外线接收器上，接收器将靶标存在与否的结果以电信号反馈输出。何雄奎、邹建军、翟长远等人采用红外传感器探测树木三段高度的靶标有无实现对靶喷雾[12]。虽然红外探测系统具有体积小、质量轻、功耗低等优点，但光照强度对检测距离和检测精度有较大的影响，不能满足实际环境作业要求，因此在应用时具有一定的局限性。
2.1.2超声波传感器
超声波传感器工作方式是通过发射的超声波和返回的回波两者之间的时间差计算超声波传感器与靶标之间的距离。超声波具有容易实现、检测简单、装置价格低等优点，而且其探测距离相比红外传感器更远，因此可应用到变量对靶喷雾系统中。Molto等基于超声波传感器探测研发了一种三态对靶喷雾系统，一定程度上节省了农药的使用; Ljorens等采用超声波传感器进行靶标检测实现果园变量对靶喷雾[7]。实际环境中，由于地面凹凸不平，超声波探测靶标时其基准坐标产生波动，使其测量精度降低。此外，超声波传感器为单点测量，为得到高大靶标完整形貌需安装传感器阵列，装置过于复杂。
2.1.3激光传感器
激光传感器测量精度高、测量距离远。激光传感器工作方式有相位测距和脉冲测距两种方式，相位测距的方法是通过检测连续的激光在传感器与靶标之间距离的相位差间接测量两者间距离;脉冲测距的方式是通过计时器在开始发射激光时计时，传感器接收到返回的激光时停止计时，测量激光传感器与靶标之间距离的时间进行测距。常用的激光探测技术采用脉冲测距。2014年南京林业大学许林云教授等利用车载一维点激光传感器探测果树，采用连续三次检测靶标判别法设计了实时自动对靶喷雾系统，此系统只进行了靶标识别没有实现变量对靶喷雾。
2.2靶标信息采集方法
2.2.1 基于超声波的靶标体积探测
超声波探测技术应用到果树喷雾最早出现在20世纪80年代，美国Durand-
Wayland公司生产了应用超声波探测技术的Smartspray果树智能喷雾系统。2002年Tumbo等将多个超声波传感器安装在与车辆行走方向垂直的车体平面上，在平整的地面上检测柑橘树轮廓，计算单次采样的果树冠层单元体积，最后累加计算果树树冠体积[13]。2011年Llorens等采用超声波传感器检测计算葡萄树冠层体积,针对葡萄园进行变量施药给出了超声波传感器安装于喷雾机。上的方案如图1 (a)所示，与之对应的超声波传感器测量树木树冠体积离散化分区计算方法如图1 (b)所示。2011年Jeon等开发了一种用于苗圃的变量喷雾系统，该喷雾系统在垂直高度上均匀分布多个超声波传感器实时探测苗圃的不同位置的冠层体积，并通过PWM电磁阀控制喷头实现变量对靶喷雾，如图2所示。
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