自走式对靶喷雾机对靶喷雾控制系统的设计与试验

发布时间：2020-11-22 00:43

　　对靶喷雾是果树病虫害防治与精确施药的重要实现方式,对于提高施药过程中农药利用率和降低农药污染具有重要意义。本文基于激光传感器和单片机控制器,设计了自走式对靶喷雾机控制系统并试验分析了控制系统的对靶喷雾性能,同时基于自走式对靶喷雾机就对靶喷雾参数对果树冠层雾滴沉积分布的影响进行了试验与分析。进而实现了低量、精确喷施,也为果园精确施药技术研究提供参考。本文主要研究内容如下:1.通过研究国内外现状,确定了自走式对靶喷雾机对靶喷雾控制系统的整体方法,即基于单片机控制器根据行驶速度动态调整采样频率实现连续3次采样的靶标判别法和干扰信号滤除算法、电磁阀控制喷雾启闭和基于激光传感器的对靶技术相结合的方法。2.文中对自走式对靶喷雾机的喷雾药液回路中的主要元器件进行了选型分析,设计了控制系统的硬件连接电路与软件处理程序。同时基于S TC12C5A60S2主控制芯片,设计了单片机主处理模块、矩阵按键模块、采样信号检测模块、报警指示模块、液晶显示模块和串口通讯模块。基于C语言编写了自走式对靶喷雾机处理程序和靶标判别算法,包括单片机处理主程序、对靶采样信号检测子程序、矩阵按键与报警指示子程序。3.基于激光传感器进行了对靶参数性能的测试与分析,包括自走式对靶喷雾机的建立,并进行了激光对靶靶标判别间距测试。激光传感器对靶参数性能试验表明,动态靶标判别间距和传感器到靶标的直线距离无关,但受行驶速度的影响。喷雾机行驶速度保持在0.5 m/s,对靶检测的动态最小判别间距介于100mm~150mm之间;速度为1 m/s时,动态靶标最小判别间距介于200mm~250mm之间,同时对靶检测判别靶标间距的能力随速度的变大而减弱。4.由于对靶造成的滞后喷雾会对果树冠层雾滴覆盖率造成影响,因此设计了两种克服滞后喷雾的方式。喷雾机工作在0.5m/s速度下,在喷雾有效区域内(靶标冠层区域),连续喷雾方式下的树冠层雾滴覆盖率为64.2%,方式Ⅱ和Ⅲ的树冠层雾滴覆盖率分别为47.6%、52.8%;在喷雾无效区域内(非靶标区域),连续喷雾方式下雾滴覆盖率为62%,方式Ⅱ和Ⅲ的雾滴覆盖率分别为19.4%、11.5%。同时方式Ⅲ在克服喷雾响应延迟时,冠层边缘区域的雾滴覆盖率为55%远高于方式Ⅱ时的35%。因此本文选择方式Ⅲ,即采用提前对靶和离开靶标后延迟一个采样周期停止喷雾的对靶喷雾控制方法,此喷雾方法提高了对靶喷雾时树冠层的雾滴覆盖率。5.通过试验分析了自走式对靶喷雾机喷雾参数对树冠层雾滴沉积分布的影响。分别设置了4种行驶速度和株距,3种采样冠层,对单排仿真树进行了喷雾试验并与连续喷雾方式进行了对比试验。试验数据显示,行驶速度对树冠层雾滴沉积分布影响显著,且行驶速度对于对靶喷雾时的影响比连续喷雾时尤为显著,行驶速度为0.5m/s时,仿真树冠层内的雾滴覆盖率最大为48%,冠层内雾滴沉积性能最好,雾滴沉积性的变异系数仅为14.3%;对靶喷雾时,要确保株距大于对靶传感器的最小靶标判别间距,株距≤1m时,对靶传感器无法准确判别靶标,容易造成误喷;由于对靶响应的延迟,会造成一定距离的滞后喷雾,使得雾滴沉积在冠层内呈现左侧低、中间和右侧高的特点。因此减缓行驶速度、选择合适的株距、降低对靶响应延迟时间,是提高对靶喷雾时雾滴在树冠层内部沉积性能和雾滴覆盖率的有效实现方式。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S491
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章引言
    1.1 课题研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外对靶喷雾控制系统研究现状
        1.2.2 国内对靶喷雾控制系统研究现状
    1.3 课题研究主要内容
第二章自走式对靶喷雾机控制系统整体方案设计
    2.1 自走式对靶喷雾机控制系统设计目标与要求
    2.2 对靶喷雾控制系统原理
    2.3 对靶喷雾控制系统整体方案
        2.3.1 对靶喷雾系统基本组成
        2.3.2 对靶喷雾控制系统整体方案
    2.4 本章小结
第三章对靶喷雾控制系统软硬件设计
    3.1 自走式对靶喷雾机主要元器件选型
    3.2 对靶喷雾控制系统硬件电路设计
        3.2.1 单片机处理模块
        3.2.2 信号检测模块
        3.2.3 矩阵按键输入模块
        3.2.4 液晶显示模块
        3.2.5 报警指示模块
        3.2.6 串口通信模块
    3.3 对靶喷雾控制系统软件设计
        3.3.1 单片机软件设计要求
        3.3.2 单片机软件设计任务
        3.3.3 单片机处理主程序
        3.3.4 对靶采样子程序
        3.3.5 检测与报警指示子程序
        3.3.6 矩阵按键输入子程序
    3.4 本章小结
第四章自走式对靶喷雾机构建与对靶探测性能研究
    4.1 自走式对靶喷雾机的建立
    4.2 实验方案设计
    4.3 动态靶间距测试结果与分析
    4.4 本章小结
第五章不同喷雾方式对雾滴沉积分布影响的试验与分析
    5.1 试验方案与方法
    5.2 不同喷雾方式下雾滴覆盖率试验结果与分析
    5.3 本章小结
第六章对靶喷雾参数对雾滴沉积分布影响的试验与分析
    6.1 试验设计
    6.2 试验结果与分析
        6.2.1 不同行驶速度对雾滴覆盖率的影响
        6.2.2 株距对雾滴覆盖率的影响
        6.2.3 雾滴在冠层的雾滴沉积分布
        6.2.4 不同速度和株距下对雾滴分布均匀性的影响
    6.3 本章小结
第七章结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文及申报的专利
附录

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