速度自适应的无人机变量施药系统研究与试验

发布时间：2020-06-26 19:00

【摘要】：近年来,随着我国航空植保技术的不断发展,对精准施药的要求越来越高。然而在国内,还存在着因植保无人机速度的波动造成施药沉积量和雾滴粒径不均匀的问题。本文针对以上问题,在分析和总结了国内外变量施药技术成果的基础上,重点研究了无人机速度采集方法、施药流量和喷洒雾滴粒径的控制方式,建立了流量和速度之间的关系模型,分析了雾滴粒径和流量、离心喷头转速之间的关系,通过控制隔膜泵输入电压和离心喷头转速,改善施药沉积量和雾滴粒径不均匀的状况,为无人机变量施药技术的研究提供了有力支撑。论文的主要工作及结论如下:(1)无人机速度数据采集及处理。以植保无人直升机为研究对象,通过解析固定在机身上的GPS,采集无人机飞行速度及其变化情况。GPS传输速率为5Hz,传输协议为UBX协议,通过TTL串口将数据信息实时发送给STM32F103VET6芯片,由中央处理器提取出速度信息。试验表明:无人机在作业过程中,速度会出现攀升、下降和连续波动三种情况,试验中采集到的无人机速度以200ms速率连续性变化,速度波动幅度最大为8m/s。为无人机变量施药系统的设计和研发提供数据支撑,为系统性能验证提供理论依据。(2)流量控制模块的研发及试验。针对无人机飞行速度变化导致雾滴沉积量分布不均匀的问题,提出并研究了速度自适应调节喷头流量的方法,建立施药量和飞行速度关系模型。系统将实时采集到的无人机飞行速度转换为期望流量数据,并结合预设的PID算法将期望流量和实时流量的差值转换为控制隔膜泵输入电压的PWM信号,建立了速度自适应的流量控制模型,通过室内和田间试验测试了流量控制模块的主要性能,结果表明:该模块对单一流量控制延时≤100ms,在流量连续变化时,控制延时平均值为500ms;在田间实际作业试验中,施药不均匀的状况得到了一定程度的改善,地面沉积量均匀性最大可提高30.47%。(3)雾滴粒径控制模块的研发及试验。针对植保无人机在施药过程中由于流量的变化造成喷洒雾滴粒径不均匀的问题。本系统提出并研制了基于离心喷头的雾滴粒径控制模块。离心喷头可根据流量的实时变化调整喷头的转速,保证喷洒雾滴粒径大小不变。室内试验建立了流量、喷头转速与雾滴粒径之间的数学模型,并通过室内和田间试验测试了雾滴粒径控制模块的性能。试验结果表明:雾滴粒径与离心喷头的转速呈负相关性,与喷头流量呈正相关性。在变量喷洒系统开启后,雾滴粒径的Dv_(50)更接近于设置的最佳值250μm,最接近的雾滴粒径的Dv_(50)平均值为245.97μm。因此,变量施药系统能够改善因流量变化造成的雾滴粒径变化的状况。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S251
【图文】：

界面图,集成开发环境,界面,端口

图 3-9 Keil uVision5 集成开发环境界面ig.3-9 Keil uVision 5 Integrated Development Environment Interfa始化模块程序设计使用 STM32F103VET6 单片机的 I/O 端口、串口通信系统使用 USART2 串口通信，用于传输 GPS 数据信口通信的两个端口，PA2 设置为发送端口，PA3 设置为波特率为 115200，无奇偶校验位，数据位为 8 为，停设置后，需初始化各端口的性能，打开串口通信等使行。串口配置程序如下：1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABL2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_AP PA 端口时钟tructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;//选定 PA2 端口

前面板,上位机,流量

膜泵驱动板的输出电压，在试验之前测得，PWM 信号占空比 per 和线性关系，公式如（4-1）所示。在前期准备试验中，测得流量和控相关性变化，并非线性变化。在整个调节过程中，通过期望流量和经过 PID 算法的计算，改变 PWM 控制信号的占空比，使得流量稳U 0. 12 per等效电压；per 为占空比 4-3 所示，在测试过程中，使用 Labview 编写的上位机软件，可以流量信息和压力信息。单片机系统通过解析传感器的数据，将流量口传输给上位机 Labview 程序，Labview 程序将数据分析并用图表来，可以直观地看到流量随着时间的调节程度，并将调节过程的整的形式存储起来，便于数据分析和查看。文件存储位置的设置能够试过程中，原始数据的存储位置，便于数据的查看和分析。

【相似文献】