基于超声探测的果园对靶变量施药系统设计
发布时间：2022-06-28 09:18
农产品的产量和品质一直是我国国民经济的基础,然而,由于我国植保机械的科技水平不够先进,精度较差,在进行施药作业时会使农药用量超标,导致了粮食、果蔬等农作物附着大量残留农药,不符合我国农业绿色发展理念。对靶变量施药是一种实现精准施药的重要技术手段,是植保装备发展的方向。针对果树精准对靶变量施药,设计了一套应用于果园的超声对靶变量施药系统,使用超声波传感器实时探测果树靶标树冠体积,以此为基础决策出靶标对应施药量,并根据实时车速、流量等信息,实现对果树的变量施药控制。本文的主要研究内容如下:1、分析并确定了本系统的整体设计方案。根据系统设计目的与要求,针对当下比较热门的果树外形轮廓探测方案和变量施药控制方案分别做了阐述,经对比分析后选择使用超声波传感器对果树靶标体积进行探测,并介绍了本文使用的果树外形体积计算方法,选择使用PWM控制技术对靶标施药量进行实时控制以及介绍了对应的流量控制算法。2、系统硬件设计。提出使用ATmega16单片机作为主控制器的对靶变量施药硬件系统,分别对果树外形轮廓探测子系统和变量施药控制子系统的主要功能模块做了详细分析设计。3、系统软件设计。应用MODBUS通信协议...
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景、目标及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 果树外形探测技术研究现状
1.2.2 变量施药控制技术研究现状
1.3 研究内容及技术路线
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 技术路线
1.4 本章小结
第二章 系统整体方案设计
2.1 对靶变量施药系统设计目标与要求
2.1.1 对靶变量施药系统设计目标
2.1.2 对靶变量施药系统设计要求
2.1.3 对靶变量施药系统原理
2.2 对靶变量施药系统整体方案
2.2.1 方案选择
2.2.2 果树外形体积计算方法
2.2.3 流量控制算法
2.3 本章小结
第三章 对靶变量施药系统硬件设计
3.1 单片机的选型
3.1.1 单片机概述
3.1.2 ATmega16微控制器
3.2 果树外形探测系统硬件
3.2.1 超声波传感器
3.2.2 速度传感器
3.3 变量施药控制系统硬件
3.3.1 流量传感器
3.3.2 速度传感器
3.3.3 电磁阀
3.4 外围硬件
3.4.1 频率电压转换器
3.4.2 继电器
3.5 通信模块
3.6 本章小结
第四章 对靶变量施药系统软件设计
4.1 MODBUS通信协议
4.1.1 通讯参数
4.1.2 RTU模式帧格式
4.2 系统上位机软件设计
4.2.1 上位机软件设计要求
4.2.2 上位机界面模块
4.2.3 上位机通讯模块
4.3 系统单片机软件设计
4.3.1 单片机软件设计要求
4.3.2 单片机程序开发软件
4.3.3 单片机处理主程序
4.3.5 变量施药控制子程序
4.3.6 果树外形探测子程序
4.3.7 串口通信子程序
4.4 本章小结
第五章 系统调试及试验验证
5.1 实验平台搭建
5.1.1 果树外形轮廓探测试验台
5.1.2 变量施药试验装置搭建
5.2 果树外形轮廓探测试验
5.2.1 超声波传感器校准
5.2.2 果树外形轮廓探测实验
5.3 变量施药控制实验
5.3.1 流量传感器标定
5.3.2 流量与占空比关系实验
5.3.3 流量控制实验验证
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的学术论文和参加科研情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PWM变量喷雾的单喷头动态雾量分布均匀性实验[J]. 蒋焕煜,张利君,刘光远,施玮囡. 农业机械学报. 2017(04)
[2]精准施药技术与装备发展现状分析[J]. 张波,翟长远,李瀚哲,杨硕. 农机化研究. 2016(04)
[3]基于立方体格网法的树冠体积计算与预估模型建立[J]. 樊仲谋,冯仲科,郑君,樊江川,闫飞,邱梓轩. 农业机械学报. 2015(03)
[4]变量喷雾技术研究进展分析[J]. 邱白晶,闫润,马靖,管贤平,欧鸣雄. 农业机械学报. 2015(03)
[5]多传感器在确定智能小车安全区域中的应用[J]. 张洪,钱胜,陈路. 传感器与微系统. 2013(12)
[6]丘陵山地果树冠层体积激光测量方法与试验[J]. 俞龙,黄健,赵祚喜,张霖,孙道宗. 农业机械学报. 2013(08)
[7]脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统的静态雾量分布特性[J]. 魏新华,于达志,白敬,蒋杉. 农业工程学报. 2013(05)
[8]脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统施药量控制[J]. 魏新华,蒋杉,张进敏,李青林. 农业机械学报. 2013(02)
[9]超声波测距在果树冠层三维重构中的应用[J]. 曾星,俞龙,孙道宗,黄健. 农机化研究. 2012(12)
[10]可编程通讯控制器在监测系统集成中的应用[J]. 朱斌. 石油工业计算机应用. 2012 (02)
硕士论文
[1]基于激光传感器的树冠体积探测系统的研究与开发[D]. 胡培.太原理工大学 2015
[2]果园对靶施药控制系统设计[D]. 李为.西北农林科技大学 2014
[3]超声膜厚测量方法及测量系统的研究[D]. 杨晓.南京航空航天大学 2014
本文编号：3653951
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景、目标及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 果树外形探测技术研究现状
1.2.2 变量施药控制技术研究现状
1.3 研究内容及技术路线
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 技术路线
1.4 本章小结
第二章 系统整体方案设计
2.1 对靶变量施药系统设计目标与要求
2.1.1 对靶变量施药系统设计目标
2.1.2 对靶变量施药系统设计要求
2.1.3 对靶变量施药系统原理
2.2 对靶变量施药系统整体方案
2.2.1 方案选择
2.2.2 果树外形体积计算方法
2.2.3 流量控制算法
2.3 本章小结
第三章 对靶变量施药系统硬件设计
3.1 单片机的选型
3.1.1 单片机概述
3.1.2 ATmega16微控制器
3.2 果树外形探测系统硬件
3.2.1 超声波传感器
3.2.2 速度传感器
3.3 变量施药控制系统硬件
3.3.1 流量传感器
3.3.2 速度传感器
3.3.3 电磁阀
3.4 外围硬件
3.4.1 频率电压转换器
3.4.2 继电器
3.5 通信模块
3.6 本章小结
第四章 对靶变量施药系统软件设计
4.1 MODBUS通信协议
4.1.1 通讯参数
4.1.2 RTU模式帧格式
4.2 系统上位机软件设计
4.2.1 上位机软件设计要求
4.2.2 上位机界面模块
4.2.3 上位机通讯模块
4.3 系统单片机软件设计
4.3.1 单片机软件设计要求
4.3.2 单片机程序开发软件
4.3.3 单片机处理主程序
4.3.5 变量施药控制子程序
4.3.6 果树外形探测子程序
4.3.7 串口通信子程序
4.4 本章小结
第五章 系统调试及试验验证
5.1 实验平台搭建
5.1.1 果树外形轮廓探测试验台
5.1.2 变量施药试验装置搭建
5.2 果树外形轮廓探测试验
5.2.1 超声波传感器校准
5.2.2 果树外形轮廓探测实验
5.3 变量施药控制实验
5.3.1 流量传感器标定
5.3.2 流量与占空比关系实验
5.3.3 流量控制实验验证
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的学术论文和参加科研情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PWM变量喷雾的单喷头动态雾量分布均匀性实验[J]. 蒋焕煜,张利君,刘光远,施玮囡. 农业机械学报. 2017(04)
[2]精准施药技术与装备发展现状分析[J]. 张波,翟长远,李瀚哲,杨硕. 农机化研究. 2016(04)
[3]基于立方体格网法的树冠体积计算与预估模型建立[J]. 樊仲谋,冯仲科,郑君,樊江川,闫飞,邱梓轩. 农业机械学报. 2015(03)
[4]变量喷雾技术研究进展分析[J]. 邱白晶,闫润,马靖,管贤平,欧鸣雄. 农业机械学报. 2015(03)
[5]多传感器在确定智能小车安全区域中的应用[J]. 张洪,钱胜,陈路. 传感器与微系统. 2013(12)
[6]丘陵山地果树冠层体积激光测量方法与试验[J]. 俞龙,黄健,赵祚喜,张霖,孙道宗. 农业机械学报. 2013(08)
[7]脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统的静态雾量分布特性[J]. 魏新华,于达志,白敬,蒋杉. 农业工程学报. 2013(05)
[8]脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统施药量控制[J]. 魏新华,蒋杉,张进敏,李青林. 农业机械学报. 2013(02)
[9]超声波测距在果树冠层三维重构中的应用[J]. 曾星,俞龙,孙道宗,黄健. 农机化研究. 2012(12)
[10]可编程通讯控制器在监测系统集成中的应用[J]. 朱斌. 石油工业计算机应用. 2012 (02)
硕士论文
[1]基于激光传感器的树冠体积探测系统的研究与开发[D]. 胡培.太原理工大学 2015
[2]果园对靶施药控制系统设计[D]. 李为.西北农林科技大学 2014
[3]超声膜厚测量方法及测量系统的研究[D]. 杨晓.南京航空航天大学 2014
本文编号：3653951
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/nykj/3653951.html
