变雾滴参数农药喷洒系统设计及试验研究

发布时间：2020-07-30 06:57

【摘要】：农作物的农药喷洒作业是确保农业生产顺利进行的必要作业任务,对我国国计民生有重要的影响。传统的地面农药喷洒方法由于喷洒效率低、农药残留严重和污染环境等缺点,逐步被航空喷雾方法所代替。此外,低量或超低量喷雾作业中,小粒径雾滴在沉降过程中很容易因挥发而改变雾滴参数,雾滴挥发与喷雾环境有关,不同病虫害需要用具有不同参数的雾滴去灭杀,雾滴参数需要满足生物最佳粒径理论,喷洒系统必须做到精准施药,然而,现有的农药喷洒系统很少考虑到雾滴挥发对雾滴参数的影响。为了解决以上这些问题,本课题设计了一种以多旋翼无人机为载体的变雾滴参数农药喷洒系统,并制作了样机,开展试验评估了样机。针对农药喷洒作业内容和设计要求,探讨了系统设计所用到相关理论,根据植保机械使用者的迫切需求,针对现有农药喷洒系统的缺陷,制定了样机整体技术方案,设定了样机主要技术指标。整体设计方案包括药液水路系统、下位机和上位机。根据整体设计方案,搭建了样机的药液水路系统,设计了下位机系统硬件电路,完成了下位机和上位机的嵌入式软件开发,通过测试验证了系统整体技术方案的可行性,初步完成样机的制作。雾滴参数与试验因素之间的关系以及雾化盘转速的精确调节是样机最终完成的关键,论文对此开展了相关试验设计。根据无刷直流电机的特性,利用STM32精确测量了雾化盘转速,设计了旋转正交试验验证了大气温湿度和雾滴沉降距离是否对雾滴挥发有影响及影响程度,得到了雾化盘转速与试验因素之间的回归方程式。此外,雾化盘转速与脉宽调制信号占空比之间并不是严格的线性关系,论文用五次多项式对两者重新进行了精确标定。由于喷雾环境时常变化,雾化盘转速实际值跟随理论值比较困难,论文采用变速积分增量式PID算法优化了雾化盘转速系统,并通过MATLAB仿真验证了算法的可行性,最终完成了样机的制作。设计了喷雾试验进行样机评估,评估结果表明:手动和自动喷雾模式下,试验结果都满足最初设定的技术指标,雾滴参数的误差在可接受的范围内。该课题设计的样机是生物最佳粒径理论的成功应用,为精准施药领域的研究提供了一个研究思路,论文中的数据和结论可以为实际农药喷洒作业提供指导。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S49
【图文】：

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雾化盘,实物,组件,雾滴参数

图 2-4 雾化盘组件实物图图 2-5 雾化盘内壁沟槽示意农药发挥药效的理想程度与雾滴速度场、雾滴粒径等雾滴参数有关[粒径是最重要的雾滴参数，本课题设计的变雾滴参数控制系统主要指径，因此我们需要研究影响雾滴粒径大小的因素。2.2.2 雾滴粒径

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