DE3900223C2

DE3900223C2 - Plant detection sensor for a device for spraying plants

Info

Publication number: DE3900223C2
Application number: DE3900223A
Authority: DE
Inventors: Barry D Douglas
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1988-01-19
Filing date: 1989-01-05
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2009-01-06
Also published as: FR2626081B1; GB2214046B; DE3900223A1; GB2214046A; FR2626081A1; IT8919130A0; IT1228487B; GB8900547D0

Description

Die Erfindung betrifft einen Pflanzenerfassungssensor für eine Vorrichtung zum Besprühen von Pflanzen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a plant detection sensor for a device for spraying plants according to the preamble of claim 1.

Aus der DE-AS 12 50 669 ist bereits eine Steuereinrichtung für Vor richtungen auch zum Spritzen von in Reihe stehenden Pflanzen beschrieben. Dabei wird das Vorhandensein einer niedrigwachsenden Pflanze durch einen in einigem Abstand über dem Erdboden angeordneten Taster erfaßt, und zwar durch Berührung der Pflanze, wodurch ein Stromschluß zwischen dem Taster und einer Schleifsohle hergestellt wird. Die bekannte Einrichtung ist für niedrigwachsende Pflanzen brauchbar, und es wird das Vorhandensein von Pflanzen ertastet, nicht aber deren Größe und Form. Dadurch ergibt sich ein Mehrverbrauch an Sprühlösung.From DE-AS 12 50 669 is a control device for before directions also described for spraying plants in a row. Thereby the presence of a low growing plant by a distance above the ground Push button detected, namely by touching the plant, causing a A short circuit between the button and a grinding sole is made. The known device is useful for low-growing plants, and the presence of plants is sensed, but not theirs Size and shape. This results in an increased consumption of spray solution.

Aus der DD-PS 1 01 260 ist eine Vorrichtung zum berührungslosen Abtasten der Bearbeitungsgrenzen zur Gewährleistung des Anschlußfahrens bekannt. Werden dabei mehrere Meßwertgeber verwendet, sind diese in Arbeitsrichtung hintereinander angeordnet.From DD-PS 1 01 260 is a device for contactless Scanning the processing limits to ensure the connection process known. If several sensors are used, they are arranged one behind the other in the working direction.

Weiterhin ist aus der Offenlegungsschrift DE 38 27 273 A1 ein Ver fahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Vorgangs nach einer Konfiguration eines flächigen oder räumlichen Gebildes nahe dem Erdboden bekannt.Furthermore, from the published patent application DE 38 27 273 A1 a Ver drive and a device for controlling an operation after a Configuration of a flat or spatial structure near the ground known.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen Pflanzen erfassungssensor für eine Vorrichtung zum Besprühen von Pflanzen zu schaffen, wobei der Verbrauch an Sprühlösung minimiert wird.The invention is based on the technical problem of a plant Detection sensor for a device for spraying plants create, while the consumption of spray solution is minimized.

Dies wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht.This is achieved by the features specified in claim 1.

Der erfindungsgemäße Pflanzenerfassungssensor erfaßt nicht nur das Vorhandensein einer Pflanze, sondern er bestreicht durch die in Reihe angeordneten Sensoren nahezu vollständig den Querumfang einer Sprüh vorrichtung, so daß wegen der Unterteilung des Sensors in einzelne, jeweils einen bestimmten Winkelbereich zugeordnete Sensoreinheiten auch die Größe der Pflanze erfaßt wird. Sprühlösung wird deshalb immer nur dort abgegeben, wo Pflanzen durch den Sprühstrahl getroffen werden. Daraus ergibt sich ein sehr geringer Verbrauch an Sprühlösung, was kostengünstig und umweltschonend ist.The plant detection sensor according to the invention not only detects that Presence of a plant, but it is brushed through in series arranged sensors almost completely the transverse circumference of a spray device so that because of the division of the sensor into individual sensor units assigned to a certain angular range the size of the plant is recorded. Spray solution is therefore always only given off where plants are hit by the spray jet. This results in a very low consumption of spray solution, what is inexpensive and environmentally friendly.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Appropriate refinements and training the invention result from the dependent claims forth.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an hand der Zeichnung näher erläutert.The invention is based on exemplary embodiments hand of the drawing explained in more detail.

In der Zeichnung zeigt:The drawing shows:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Sprühvorrichtung mit einem Pflanzenprofil-Sensor, Fig. 1 is a side view of a spray device with a vegetable profile sensor,

Fig. 2 eine Vorderansicht der in Fig. 1 gezeigten Vor richtung, Fig. 2 is a front view of the embodiment shown in Fig. 1 Before direction,

Fig. 3 eine Pflanzensensoreinheit, Fig. 3 is a plant sensor unit,

Fig. 4 ein Blockschema eines bei einer Sprühvorrichtung verwendeten Pflanzenprofil-Sensors. Fig. 4 is a block diagram of a plant profile sensor used in a spray device.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 umfaßt eine Sprühvorrichtung 10 für Obstgärten u. dgl. einen Hauptrahmen 11, der auf einem Räderpaar 12, 13 bewegbar ist. Eine Deichsel 17 dient zur Verbindung mit einem Traktor oder einer anderen Fortbewegungs einheit. Ein Behälter 18 zur Aufnahme einer landwirtschaftli chen Sprühlösung ist oberhalb der Räder 12, 13 angeordnet, wo bei eine Maschine 19 zum Betreiben einer Pumpe 22 und eine Ge bläseanordnung 23 am vorderen Abschnitt des Rahmens 11 vorge sehen sind. Die Gebläseanordnung 23 umfaßt eine Lufteintritts öffnung 24 und eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 27 in der Nähe einer Vielzahl von Sprühdüsen 28. Die Gebläseanordnung schafft einen Luftstrom durch die Austrittsöffnungen 27, so daß eine Lösung aus den Düsen 28 nach außen auf Pflanzen (nicht gezeigt) in der Nähe der Sprühvorrichtung 10 abgegeben wird. Eine Vielzahl von Pflanzensensoreinheiten 29a bis 29h (Fig. 1 bis 4) ist längs des vorderen Abschnittes der Sprüh vorrichtung 10 vorgesehen. Sie senden und empfangen jeweils Energie impulse, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Pflanzen in konischen Bereichen 30a bis 30h (Fig. 2) zu erfas sen, die sich von der Vorrichtung 10 radial auswärts erstrecken. Die Sensoreinheit 29a sendet und empfängt Energieimpulse, um jede im konischen Bereich 30a vorhandene Pflanze zu erfassen; die Sensoreinheit 29b sendet und empfängt Energieimpulse, um jede im konischen Bereich 30b vorhandene Pflanze zu erfassen usw.Referring to Figs. 1 and 2, a sprayer 10 for orchards and the like. The like. A main frame 11 which is movable on a pair of wheels 12 , 13 . A drawbar 17 is used to connect to a tractor or other locomotion unit. A container 18 for receiving an agricultural spray solution is arranged above the wheels 12 , 13 , where a machine 19 for operating a pump 22 and a fan arrangement 23 are provided on the front portion of the frame 11 . The blower assembly 23 includes an air inlet opening 24 and a plurality of outlet openings 27 in the vicinity of a plurality of spray nozzles 28th The blower arrangement creates an air flow through the outlet openings 27 so that a solution from the nozzles 28 is discharged outside onto plants (not shown) in the vicinity of the spray device 10 . A variety of plant sensor units 29 a to 29 h ( Fig. 1 to 4) is provided along the front portion of the spray device 10 . They send and receive, respectively impulse energy to the presence or absence of plants in a conical regions 30 a to 30 h (Fig. 2) sen to erfas, which extend radially away from the device 10. The sensor unit 29 a sends and receives energy pulses to detect every plant present in the conical area 30 a; the sensor unit 29 b sends and receives energy pulses in order to detect every plant present in the conical region 30 b etc.

Ein Steuerkasten 34 (Fig. 1) mit einer Einrichtung zum Fixieren an einem vorderen Abschnitt 10a der Sprühvorrichtung 10 ist mit der Vorrichtung 10 über ein flexibles Signalkabel 23 ver bunden. Der Steuerkasten 34 umfaßt eine Vielzahl von Druck knöpfen oder anderen Steuerungen (nicht gezeigt), um die Sprühdichte und andere Parameter seitens einer Bedienungsperson aus wählen zu können.A control box 34 ( Fig. 1) with a device for fixing to a front portion 10 a of the spray device 10 is connected to the device 10 via a flexible signal cable 23 connected. The control box 34 includes a variety of buttons or other controls (not shown) to select the spray density and other parameters from an operator.

Der Steuerkasten 34 kann von der Sprühvorrichtung abgehängt und in die Kabine eines Traktors (nicht gezeigt) bewegt werden, um ein zweckmäßiges Auswählen von Sprühsteuerparametern seitens einer Bedienungsperson zu ermöglichen. Ein Geschwindig keitssensor 40 (Fig. 1), der mit einem der Räder 12, 13 ver bunden ist, erzeugt Geschwindigkeitssignale, die der Bodenge schwindigkeit der Sprühvorrichtung proportional sind.The control box 34 can be suspended from the spray device and moved into the cab of a tractor (not shown) to allow an operator to conveniently select spray control parameters. A speed sensor 40 ( FIG. 1), which is connected to one of the wheels 12, 13 , generates speed signals that are proportional to the speed of the sprayer Bodenge.

Wenn die Sprühvorrichtung 10 sich längs des Bodens bewegt, er faßt jede der Pflanzensensoreinheiten 29a bis 29h (Fig. 2, 4) das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Pflanzen in den entsprechenden konischen Bereichen 30a bis 30h und sendet ein "Pflanze vorhanden"- oder "Pflanze nicht vorhanden"-Signal zu einem Rechner 41 (Fig. 4) welcher eine Strömungssteuerung für entsprechende Sprühdüsen 28 betätigt.When the spraying device 10 moves along the ground, it detects each of the plant sensor units 29 a to 29 h ( FIGS. 2, 4) the presence or absence of plants in the corresponding conical areas 30 a to 30 h and sends a "plant present" - or "plant not present" signal to a computer 41 ( FIG. 4) which actuates a flow control for corresponding spray nozzles 28 .

Der Pflanzenerfassungssensor (Fig. 3, 4) umfaßt ein Paar Impuls generator-/Empfängertafeln 43, 44, die Signalimpulse an Pflan zensensoreinheiten 29a bis 29h abgeben. Ein Paar Multiplexer 48, 49 richtet die Signalimpulse aufeinanderfolgend zu den Sen soreinheiten. Der Multiplexer 48 sendet einen ersten Signal impuls zur Sensoreinheit 29a, so daß letztere einen Ultra schallstrahl an einem Bereich 30a (Fig. 2) längs der rechten Seite der Vorrichtung 10 sendet. Wenn sich in dem Bereich 30a eine Pflanze befindet, reflektiert die Pflanze einen Teil des Ultraschallstrahles zurück zur Sensoreinheit 29a, welche ein Rückkehrsignal an die Tafel 43 abgibt. Ein Signalkonditio nierschaltkreis 50 formt das Rückkehrsignal in eine für einen Rechner 41 verwendbare Form um. Der Rechner 41 speichert das Rückkehrsignal, bis die Sprühdüsen 28 eine Position in der Nähe einer erfaßten Pflanze erreichen. Der Rechner 41 sendet dann ein Ventilbetätigungssignal auf eine Ausgangsleistung 42, so daß Düsen 28 betätigt werden, um Fluid an den konischen Be reich 30a abzugeben, wobei ein Teil der Pflanze besprüht wird. Einige Millisekunden, nachdem die Sensoreinheit 29a den re flektierten Ultraschallstrahl empfängt, geben die Tafel 43 und der Multiplexer 48 an die Sensoreinheit 29b ein Signal ab, um das Vorhandensein einer Pflanze im Bereich 30b zu be stimmen. Signalimpulse zu den Sensoreinheiten 29c, 29d bestim men aufeinanderfolgend das Vorhandensein einer Pflanze in den Bereichen 30c, 30d. Durch Einsetzen von gleichzeitig gesandten (Multiplex) Signalimpulsen und von Rückkehrsignalen allein durch die Sensoreinheiten, welche den Ultraschallstrahl abgeben, wird verhindert, daß von einer Sensoreinheit gesandte Ultraschallsignale Signale in benachbarten Sensoreinheiten her vorrufen. The plant detection sensor ( Fig. 3, 4) comprises a pair of pulse generator / receiver boards 43 , 44 , which emit signal pulses to plant sensor units 29 a to 29 h. A pair of multiplexers 48 , 49 directs the signal pulses successively to the sensor units. The multiplexer 48 sends a first signal pulse to the sensor unit 29 a, so that the latter sends an ultra sound beam to an area 30 a ( FIG. 2) along the right side of the device 10 . If there is a plant in area 30 a, the plant reflects part of the ultrasound beam back to sensor unit 29 a, which emits a return signal to panel 43 . A signal conditioning circuit 50 converts the return signal into a form usable for a computer 41 . The computer 41 stores the return signal until the spray nozzles 28 reach a position near a detected plant. The computer 41 then sends a valve actuation signal to an output 42 , so that nozzles 28 are actuated to dispense fluid to the conical region 30 a, a part of the plant being sprayed. A few milliseconds after the sensor unit 29 a receives the reflected ultrasound beam, the panel 43 and the multiplexer 48 emit a signal to the sensor unit 29 b in order to determine the presence of a plant in the region 30 b. Signal pulses to the sensor units 29 c, 29 d successively determine the presence of a plant in the areas 30 c, 30 d. By using simultaneously (multiplexed) signal pulses and return signals solely by the sensor units which emit the ultrasound beam, it is prevented that ultrasound signals sent by a sensor unit cause signals in neighboring sensor units.

Der Rechner 41 kann so programmiert werden, daß lediglich Signale, die von in der Nähe befindlichen Pflanzen reflek tiert werden, verursachen, daß Ventilbetätigungssignale mit der Ausgangsleitung 42 gekoppelt werden. Die Anordnung und Ausrichtung der Deflektoren 63 ist einstellbar, um den Winkel und die Größe der konischen Bereiche 30a bis 30h (Fig. 2) zu ändern.The computer 41 can be programmed so that only signals that are reflected from nearby plants cause valve actuation signals to be coupled to the output line 42 . The arrangement and orientation of the deflectors 63 can be adjusted in order to change the angle and the size of the conical regions 30 a to 30 h ( FIG. 2).

Der Multiplexer 49, die Impulsgenerator-/Empfängertafel 44 und der Signalkonditionierschaltkreis 51 schaffen Signalim pulse für die Sensoreinheiten 29e bis 29h, um längs der lin ken Seite der Sprühvorrichtung 10 vorhandene Pflanzen zu er fassen. Es kann eine geringere oder größere Anzahl von Sen soreinheiten eingesetzt werden.The multiplexer 49 , the pulse generator / receiver board 44 and the signal conditioning circuit 51 create Signalim pulse for the sensor units 29 e to 29 h in order to detect existing plants along the left side of the spray device 10 . A smaller or larger number of sensor units can be used.

Jede Sensoreinheit 29a bis 29h umfaßt einen Ultraschallwandler 55 (Fig. 3) mit einem Ultraschallsensor 56, der an einem End abschnitt 57 eines Konus 61 angeordnet ist. Der Konus 61 ist an der Sprühvorrichtung 10 mittels eines Trägers 62 befestigt, der mit einem Teil der Sprühvorrichtung 10 verschweißt oder auf andere Weise dort festgelegt ist. Ein Ultraschalldeflek tor 63 ist mit einer Abschirmung 67 mit Hilfe eines Gewindebol zens 68 verbunden. Die Abschirmung 67 schützt den Wandler 55 vor Pflanzen- und Baumästen, die gegen die Sprühvorrichtung drücken können. Der Sensor 56 vibriert, um einen abgegebenen Ultraschallstrahl zum Deflektor 63 zu senden, welcher einen Strahl 69 nach außen zu den zu erfassenden Pflanzen richtet. Ein von den Pflanzen reflektierter Strahl 70 wird über den De flektor 63 zum Sensor 56 gerichtet. Die Kombination von Ab schirmung 67 und Konus 61 unterstützen ein Schützen des Sen sors 56 vor Regen, Schmutz und Fluid aus den Sprühdüsen. Die Form des Konus 61 begrenzt den Winkel der zu den Pflanzen im Bereich 30e gesandten Energie. Ein Gebläse (nicht gezeigt) kann verwendet werden, um Feuchtigkeit und Schmutz vom De flektor 63 zu blasen, um somit ein Ablenken der vom Deflek tor 63 reflektierten Energie zu verhindern.Each sensor unit 29 a to 29 h comprises an ultrasonic transducer 55 ( FIG. 3) with an ultrasonic sensor 56 , which is arranged at one end section 57 of a cone 61 . The cone 61 is fastened to the spray device 10 by means of a carrier 62 which is welded to a part of the spray device 10 or is fixed there in some other way. An ultrasonic deflector 63 is connected to a shield 67 by means of a threaded bolt 68 . The shield 67 protects the transducer 55 from plant and tree branches that can press against the spray device. The sensor 56 vibrates to send an emitted ultrasound beam to the deflector 63 , which directs a beam 69 outwards to the plants to be detected. A beam 70 reflected by the plants is directed via the reflector 63 to the sensor 56 . The combination of shielding 67 and cone 61 support protecting the sensor 56 from rain, dirt and fluid from the spray nozzles. The shape of the cone 61 limits the angle of the energy sent to the plants in the region 30 e. A blower (not shown) can be used to blow moisture and dirt from the reflector 63 , thus preventing deflection of the energy reflected by the deflector 63 .

Ein Ultraschallwandler 55, der eingesetzt werden kann, ist das Modell 604142 der Firma Polaroid Corporation, Cambridge, Massachusetts. Energiekonditionierschaltkreise 74, 75 sor gen für gefilterte Gleichstromspannung für die Impulsgenera tor-/Empfängertafeln 43, 44. Sensorinterfaceschaltkreise 76, 77 ändern Rechnersteuersignale auf ein zweckmäßiges Niveau für die Verwendung seitens der Tafeln 43, 44. Eine Impulsge nerator-/Empfängertafel 43, 44, die eingesetzt werden kann, ist das von der Polaroid Corporation hergestellte Modell 607089.An ultrasonic transducer 55 that can be used is the Model 604142 from Polaroid Corporation, Cambridge, Massachusetts. Energy conditioning circuits 74 , 75 provide for filtered DC voltage for the pulse generator / receiver boards 43 , 44 . Sensor interface circuits 76 , 77 change computer control signals to an appropriate level for use by panels 43 , 44 . A pulse generator / receiver board 43 , 44 that can be used is the Model 607089 manufactured by Polaroid Corporation.

Es ist ein Baum- bzw. Pflanzenerkennungssensor mit einer Vielzahl von Ultraschallsensoren beschrieben, die je das Vorhandensein von Pflanzen in einem begrenzten Bereich erfassen und Signale erzeugen, die dazu verwendet werden können, daß eine Sprühdü se Flüssigkeit nur innerhalb des Bereiches versprüht, in wel chem eine Pflanze erfaßt worden ist. Die Multiplexer verhin dern, daß Sensoren in benachbarten Bereichen Signale entwickeln, durch welche Flüssigkeit auf Bereiche gesprüht wird, in denen keine Pflanze vorhanden ist.It is a tree or plant detection sensor with a variety described by ultrasonic sensors, each depending on the presence of plants in a limited area and capture signals generate that can be used for a spray nozzle This liquid is sprayed only within the range in which chem a plant has been detected. The multiplexers prevent that sensors develop signals in neighboring areas, through which liquid is sprayed onto areas in which there is no plant.

Es lassen sich zweckmäßige Modifikationen bei der beschrie benen Ausführungsform vornehmen, ohne sich jedoch dabei vom Kern der Erfindung zu entfernen.Appropriate modifications can be described benen embodiment make, but without this Remove the essence of the invention.

Claims

1. Plant detection sensor for a device for spraying plants, characterized by the following features:

a) around the upper circumference along a front section ( 10 a) of the spray device ( 10 ), a number of sensor units ( 29 a to 29 h) are arranged in a row, which detect the size of plants,
b) each sensor unit ( 29 a to 29 h) is assigned a predetermined angular range ( 30 a to 30 h) which extends radially outward from the periphery of the device ( 10 ),
c) if a plant is present in an angular range, an output signal is emitted with which a corresponding spray nozzle can be actuated.

2. Plant detection sensor according to claim 1, characterized in that a computer unit ( 41 ) with the sensor units ( 29 a to 29 h) is connected to develop control signals according to the profile of plants in the vicinity of the profile sensor.

3. Plant detection sensor according to claim 2, characterized in that a device is provided which causes the computer ( 41 ) to develop the control signals when the plants are located within a certain distance from the sensor units.

4. Plant detection sensor according to claim 1, characterized in that each sensor unit comprises an ultrasonic sensor ( 56 ) so that energy pulses are sent to the outside in the corresponding angular range and the energy reflected by a plant in the corresponding angular range, and that the Ultrasonic sensor generates an output signal after receiving the reflected energy.

5. Plant detection sensor according to claim 4, characterized in that a device for operating the sensor units in more compartment circuit is provided to ensure that the energy sent to the outside from each sensor unit only developed in the sensor unit, which has given the energy to the plants.

6. Plant detection sensor according to claim 4, characterized by a shielding device ( 67 ) between the sensor units and the plants, in order to prevent damage to the sensor units by branches and twigs of plants.

7. Plant detection sensor according to claim 4, characterized in that a plurality of ultrasonic deflectors ( 63 ) and a device for arranging each deflector are provided in order to direct the energy pulses from a corresponding one of the sensor units in a corresponding one of the angular ranges and the reflected energy to the corresponding sensor unit.