玉米自走式喷雾机苗期间歇施药控制系统设计
发布时间：2021-09-30 10:50
一直以来,农业上防治病虫灾害的有效手段即为对农作物进行农药喷洒。然而,与其他发达国家相比,我国施药技术的落后导致农药的大量浪费,较低的农药利用率不仅提高了防治病虫害的成本,对生态自然环境的破坏也日益严重。尤其针对新疆大田种植玉米作物,施药面积大、用药量多,如何实现减药增效尤为重要。为提高我区农药利用率,提出应用变量施药技术,以苗期玉米植株为研究对象,研究设计一套适用于自走式喷雾机的间歇施药控制系统,以期改善施药效果,降低农药污染。本文的主要研究内容如下:（1）以施药机具、施药技术角度出发,综述国内外间歇施药控制系统研究现状,通过对比对象检测传感器文献成果,结合本研究对象特征,优选超声传感器感知苗期玉米植株。根据系统设计目的与要求,研究确定了技术路线。（2）搭建了间歇施药控制硬件系统:设计了间歇施药液压回路,确定了液压元件参数;开发了基于PLC的电控系统,规划了PLC外部电路以及电磁阀驱动电路。（3）构建了系统压力控制模型与流量控制模型,基于作物超声检测高度,建立了间歇喷药变量控制模型。研究了基于PID的施药系统压力稳定控制算法,并完成模型仿真分析。（4）设计了基于PLC的系统控制软件,...
【文章来源】：石河子大学新疆维吾尔自治区 211工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
苗期玉米Fig.1-2Cornseedlingstage
玉米自走式喷雾机苗期间歇施药控制系统设计27天后，一定要防治玉米粘虫和钻心虫。玉米八叶期为控旺，防病，增产的最佳时期。控旺防倒很关键，同时，喷施杀虫剂，杀菌剂，芸苔素内酯和功能性叶面肥，防病，杀虫，增产一次性完成[4]。图1-3玉米苗期施药Fig.1-3Cornseedlingapplication1.1.2研究意义虽然我国植保机具类型繁多，但由于多采用传统连续喷药作业模式，具有施药效率低、农药被大量浪费、农作物中农药残存现象严重、施药工作人员易中毒以及对生态环境造成污染等问题[5]。农作物质量无法得到保障会直接影响到我国的农产品出口，同时也会对广大消费者及农场工人的生命健康造成威胁。综上，目前我国农药先进的生产水平与落后的农药施用技术及农作物保护装备之间出现了严重的不协调。因此，亟待探索并攻克精准施药技术难题，开发研制先进适用的植保机械，不仅可有效防治农产品病虫害，对提高农作物产量与质量、减轻对生态环境的破坏及保障人民生命健康具有重要意义。相比传统喷药作业模式，间歇喷药技术能够区分作物对象与土壤背景，做到对靶喷施，且能够根据作物对象植被特征调整喷药量，从而有效降低药量使用，实现节约作业成本，降低环境污染，提高喷施作业质量的目的。间歇喷药技术核心包括两方面，即农作物喷施作业信息获取和变量施药的实时控制。间歇喷药技术通过对喷施目标的持续检测以达到精确喷施的目的，通过接收检测目标的信息反馈调整输出，进而实现提高农药喷施的精准度与有效性等目标。1.2喷雾机的发展高效的农药、先进的作业机具以及规范的施药技术是提升植保作业效果的三大重要手段[6]。早在上世纪九十年代，德国、日本、美国及澳大利亚等国家已开启了对农药喷施系统的研发与应用工程，在本世纪初，通过多年
测物的种类，因此可精准的鉴别该植物是杂草还是农作物，准确率高达73%以上。翟长远[20]等使用红外光电传感器探测树干，估算树冠位置，设计幼树果园靶标探测器，并在实验室和果园进行了试验研究。邹伟[21-25]等设计了果园对靶喷药控制系统，根据霍尔（测速）传感器实时检测拖拉的行驶速度，采用红外传感器列阵探测果树树冠，执行系统电磁阀开关的频率主要通过靶标的检测信号以及红外线的行驶速度进行控制，完成对喷头流量的控制，实现了基于果树树冠检测的对靶变量施药。该传感器造价低廉，但无法测定距离及作物位置。图1-5红外光电传感器Fig.1-5Infraredphotoelectricsensor（2）激光传感器激光传感器[26]将激光束投射到被测物表面，通过采集反射光可计算获得对象二维坐标值。李龙龙[27]等人采用扫描精度高的激光传感器作为探测源，设计了一种基于变风量与变喷雾量的果园自动仿形喷雾机，喷雾系统以冠层分割模型作为变量处方，执行元件由无刷直流风机以及电磁阀构成，风机的转速以及喷头的流量大小根据所检测的果树冠层的体积对电机及电磁阀的PWM脉宽调制信号的调节实现实时调节。但是单组激光传感器光束覆盖范围小，若覆盖冠层需形成多组排布，则需增加成本。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国农药七十年发展与应用回顾[J]. 潘兴鲁,董丰收,刘新刚,徐军,吴小虎,郑永权. 现代农药. 2020(01)
[2]我国植保喷雾装置发展现状[J]. 王蒙,谢峰,张宏文,王磊,李文春. 农业工程. 2019(12)
[3]LabVIEW电子电路模拟仿真设计[J]. 袁嘉嵘. 电子技术与软件工程. 2019(20)
[4]中国植保机械与施药技术研究进展[J]. 何雄奎. 农药学学报. 2019(Z1)
[5]新疆兵团青贮玉米生产现状及覆膜滴灌栽培技术研究[J]. 于刚,高志建,吕宁. 新疆农垦科技. 2019(05)
[6]中国农机工业协会精准农业技术装备分会吴才聪秘书长在第十届中国卫星导航年会上的报告摘要[J]. 农业工程技术. 2019(15)
[7]玉米苗期病害防治措施[J]. 李海龙. 农民致富之友. 2018(24)
[8]植保机械两种变量施药技术对比分析[J]. 邱韶峰,魏秀军,宋鹏行. 农机质量与监督. 2018(09)
[9]喷杆喷雾机智能控制系统设计及试验[J]. 沈景新,李青龙,孙永佳,孙宜田,陈刚,何青海. 农机化研究. 2019(01)
[10]温室弥雾机控制系统的设计[J]. 吴亚垒,祁力钧,张亚,冀荣华,程浈浈,程一帆. 中国农业大学学报. 2018(02)
博士论文
[1]基于二维激光雷达的果树在线探测方法及对靶变量喷药技术研究[D]. 蔡吉晨.中国农业大学 2018
[2]果园靶标在线探测方法及风送变量喷雾技术研究[D]. 翟长远.西北农林科技大学 2012
硕士论文
[1]水稻变量施药信息处理系统设计[D]. 刘子文.江苏大学 2019
[2]PWM变量喷雾机的设计及其压力特性的研究[D]. 蒋斌.江苏大学 2018
[3]基于ARM的变量喷药控制系统设计[D]. 戢冰.中国农业机械化科学研究院 2018
[4]基于脉宽调制的变量施药控制系统研究[D]. 肖静.南京林业大学 2018
[5]基于超声探测的果园对靶变量施药系统设计[D]. 高斌.太原理工大学 2018
[6]悬挂式喷杆喷雾机变量喷雾系统设计及试验分析[D]. 刘道奇.河南农业大学 2018
[7]果园实时混药风送式变量喷雾系统研制[D]. 许绩彤.华南农业大学 2016
[8]基于机器视觉的喷药机田间自行走控制研究[D]. 王靖.西南大学 2016
[9]变喷杆式喷雾机可变喷量施药控制系统研究[D]. 范龙.南京林业大学 2016
[10]高地隙喷药机设计及其变量施药系统研究[D]. 李锟.哈尔滨理工大学 2015
本文编号：3415711
【文章来源】：石河子大学新疆维吾尔自治区 211工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
苗期玉米Fig.1-2Cornseedlingstage
玉米自走式喷雾机苗期间歇施药控制系统设计27天后，一定要防治玉米粘虫和钻心虫。玉米八叶期为控旺，防病，增产的最佳时期。控旺防倒很关键，同时，喷施杀虫剂，杀菌剂，芸苔素内酯和功能性叶面肥，防病，杀虫，增产一次性完成[4]。图1-3玉米苗期施药Fig.1-3Cornseedlingapplication1.1.2研究意义虽然我国植保机具类型繁多，但由于多采用传统连续喷药作业模式，具有施药效率低、农药被大量浪费、农作物中农药残存现象严重、施药工作人员易中毒以及对生态环境造成污染等问题[5]。农作物质量无法得到保障会直接影响到我国的农产品出口，同时也会对广大消费者及农场工人的生命健康造成威胁。综上，目前我国农药先进的生产水平与落后的农药施用技术及农作物保护装备之间出现了严重的不协调。因此，亟待探索并攻克精准施药技术难题，开发研制先进适用的植保机械，不仅可有效防治农产品病虫害，对提高农作物产量与质量、减轻对生态环境的破坏及保障人民生命健康具有重要意义。相比传统喷药作业模式，间歇喷药技术能够区分作物对象与土壤背景，做到对靶喷施，且能够根据作物对象植被特征调整喷药量，从而有效降低药量使用，实现节约作业成本，降低环境污染，提高喷施作业质量的目的。间歇喷药技术核心包括两方面，即农作物喷施作业信息获取和变量施药的实时控制。间歇喷药技术通过对喷施目标的持续检测以达到精确喷施的目的，通过接收检测目标的信息反馈调整输出，进而实现提高农药喷施的精准度与有效性等目标。1.2喷雾机的发展高效的农药、先进的作业机具以及规范的施药技术是提升植保作业效果的三大重要手段[6]。早在上世纪九十年代，德国、日本、美国及澳大利亚等国家已开启了对农药喷施系统的研发与应用工程，在本世纪初，通过多年
测物的种类，因此可精准的鉴别该植物是杂草还是农作物，准确率高达73%以上。翟长远[20]等使用红外光电传感器探测树干，估算树冠位置，设计幼树果园靶标探测器，并在实验室和果园进行了试验研究。邹伟[21-25]等设计了果园对靶喷药控制系统，根据霍尔（测速）传感器实时检测拖拉的行驶速度，采用红外传感器列阵探测果树树冠，执行系统电磁阀开关的频率主要通过靶标的检测信号以及红外线的行驶速度进行控制，完成对喷头流量的控制，实现了基于果树树冠检测的对靶变量施药。该传感器造价低廉，但无法测定距离及作物位置。图1-5红外光电传感器Fig.1-5Infraredphotoelectricsensor（2）激光传感器激光传感器[26]将激光束投射到被测物表面，通过采集反射光可计算获得对象二维坐标值。李龙龙[27]等人采用扫描精度高的激光传感器作为探测源，设计了一种基于变风量与变喷雾量的果园自动仿形喷雾机，喷雾系统以冠层分割模型作为变量处方，执行元件由无刷直流风机以及电磁阀构成，风机的转速以及喷头的流量大小根据所检测的果树冠层的体积对电机及电磁阀的PWM脉宽调制信号的调节实现实时调节。但是单组激光传感器光束覆盖范围小，若覆盖冠层需形成多组排布，则需增加成本。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国农药七十年发展与应用回顾[J]. 潘兴鲁,董丰收,刘新刚,徐军,吴小虎,郑永权. 现代农药. 2020(01)
[2]我国植保喷雾装置发展现状[J]. 王蒙,谢峰,张宏文,王磊,李文春. 农业工程. 2019(12)
[3]LabVIEW电子电路模拟仿真设计[J]. 袁嘉嵘. 电子技术与软件工程. 2019(20)
[4]中国植保机械与施药技术研究进展[J]. 何雄奎. 农药学学报. 2019(Z1)
[5]新疆兵团青贮玉米生产现状及覆膜滴灌栽培技术研究[J]. 于刚,高志建,吕宁. 新疆农垦科技. 2019(05)
[6]中国农机工业协会精准农业技术装备分会吴才聪秘书长在第十届中国卫星导航年会上的报告摘要[J]. 农业工程技术. 2019(15)
[7]玉米苗期病害防治措施[J]. 李海龙. 农民致富之友. 2018(24)
[8]植保机械两种变量施药技术对比分析[J]. 邱韶峰,魏秀军,宋鹏行. 农机质量与监督. 2018(09)
[9]喷杆喷雾机智能控制系统设计及试验[J]. 沈景新,李青龙,孙永佳,孙宜田,陈刚,何青海. 农机化研究. 2019(01)
[10]温室弥雾机控制系统的设计[J]. 吴亚垒,祁力钧,张亚,冀荣华,程浈浈,程一帆. 中国农业大学学报. 2018(02)
博士论文
[1]基于二维激光雷达的果树在线探测方法及对靶变量喷药技术研究[D]. 蔡吉晨.中国农业大学 2018
[2]果园靶标在线探测方法及风送变量喷雾技术研究[D]. 翟长远.西北农林科技大学 2012
硕士论文
[1]水稻变量施药信息处理系统设计[D]. 刘子文.江苏大学 2019
[2]PWM变量喷雾机的设计及其压力特性的研究[D]. 蒋斌.江苏大学 2018
[3]基于ARM的变量喷药控制系统设计[D]. 戢冰.中国农业机械化科学研究院 2018
[4]基于脉宽调制的变量施药控制系统研究[D]. 肖静.南京林业大学 2018
[5]基于超声探测的果园对靶变量施药系统设计[D]. 高斌.太原理工大学 2018
[6]悬挂式喷杆喷雾机变量喷雾系统设计及试验分析[D]. 刘道奇.河南农业大学 2018
[7]果园实时混药风送式变量喷雾系统研制[D]. 许绩彤.华南农业大学 2016
[8]基于机器视觉的喷药机田间自行走控制研究[D]. 王靖.西南大学 2016
[9]变喷杆式喷雾机可变喷量施药控制系统研究[D]. 范龙.南京林业大学 2016
[10]高地隙喷药机设计及其变量施药系统研究[D]. 李锟.哈尔滨理工大学 2015
本文编号：3415711
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