履带式林果喷雾机变量施药控制系统研究
发布时间：2021-08-28 06:21
喷雾施药是林果业防治病虫害的主要方式。传统的喷雾机普遍采用喷淋连续作业方式,不仅浪费农药而且污染环境,同时危害农民健康。为了促进农药减施增效,降低劳动强度,本文研究了履带式林果喷雾机控制系统,基于BOOST升压电路设计了电磁阀流量控制器,建立了环形对靶变量施药模型,设计了精准变量喷雾控制系统,主要研究内容如下:（1）针对林果园地形复杂、作业环境恶劣等特点,设计了通过性较好的远程履带式喷雾机行走控制系统;为提高作业舒适度,减少药液与操作人员的接触,设计了远程控制系统,实现了人机分离;通过三维软件SolidWorks设计了喷雾机结构,优化了电磁喷嘴空间分布。搭建了由激光传感器探测、嵌入式计算机计算、变流量控制、编码器测速、无线通信、以STM32F4为主控的远程精密变量喷雾机控制系统。（2）为了提高变量电磁阀输出流量线性区间,设计了基于BOOST升压电路的电磁阀流量控制器。该控制器利用电磁阀电感特性,将BOOST升压电路和电磁阀驱动电路相结合,通过双电压驱动策略,实现电磁阀高电压加速开启、低电压高频维持导通、快速释能关闭。试验结果表明在110、250和390kPa压力下,改进后的流量控制器流...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统
履带式林果喷雾机变量施药控制系统研究2严重，污染环境，同时全身防护的驾驶员在喷雾、颠簸的作业环境中极易疲劳，缩短了可持续工作时间[3]。在这种背景下，高效环保的林果喷雾装备得到了越来越多的重视，因而研发适合我国林果业的智能喷雾装备十分重要。(a)人工喷雾(b)人机喷雾图1.2传统喷雾方式Fig.1.2Traditionalspraymethod为了满足农业现代化生产需求，作为《中国制造2025》十大重点领域之一的农业装备对农机感知、智能控制和精准作业提出了更高的要求[4,5]。而本文响应国家对农业装备发展的要求，立足于林果业用智能喷雾机，从提高农药利用率、降低人工成本、提高喷雾机自动化程度入手，设计了履带式林果喷雾机变量控制系统：为了减少过量喷药导致的浪费，本文通过激光传感器精确探测目标植株特征，结合喷雾机前进速度，计算植株体积，再根据变量喷雾模型计算喷药量，控制喷雾电磁阀实现按需喷雾；为了提高作业效率，减少喷雾药液对操作人员的身体伤害，作业前通过无线网络远程发送作业参数，通过远程遥控实现喷雾作业；为了提高电磁阀流量输出精度和线性区间，设计了基于BOOST升压电路的电磁阀流量控制器。远林果精准变量喷雾机实现了人机分离避免了操作者接触农药，大大降低了劳动者强度，同时采用的精准变量喷雾控制技术，能够有效节约农药使用量，避免农药浪费，降低环境污染，达到了减施增效的目的。
江苏大学硕士学位论文31.2国内外研究现状1.2.1林果喷雾机系统设计近年来，国家加大对农业装备的投入[6]，促进了林果喷雾机领域的发展。林果喷雾作业效率大幅提升，农药利用率不断提高，操作环境逐渐得到了改善，各种适用于不同林果作业对象的喷雾机缓解了劳动力不足的问题。鉴于林果喷雾机作业的特殊性，按照其外部结构主要分为悬挂式、牵引式和自走式。董祥等[7]研制了与PT-115型多功能自走式底盘配套使用的3WPZ-4型悬挂式葡萄喷雾机，如图1.3所示。该喷雾机采用移度较快的轮式底盘和可升降折叠桁架式喷杆结构，作业效率高；将精准对靶喷雾系统与柔性出风管风送系统配套使用，提高了药液使用率，但机体质心较高，只适合较为平整的作业环境。图1.33WPZ-4型悬挂式葡萄喷雾机Fig.1.33WPZ-4hanginggrapesprayer李龙龙等[8,9]针对纺锤形果树设计了果园自动仿形喷雾机。该喷雾机为牵引式结构，可与中小功率拖拉机牵引联接，相对于悬挂式喷雾结构稳定性高；作业过程中，采用由喷头和无刷直流风机组成的组合式雾化单元根据目标植株状态实时控制输出流量和风量，增加了雾滴穿透性，提高了雾滴沉积均匀性，但与拖拉机相连的喷雾机长度较长，转弯半径大，需要熟练的农机手操作。马驰等[10]针对丘陵山地柑橘果园研制了多方位自动喷药装置。该喷药装置采用履带式底盘运载，可针对实际冠层生长状态对喷杆进行水平和垂直位置调节，并结合超声波和激光传感器实现自动对靶喷雾，提高对靶精度，减低了劳动强度，但位于喷雾装置后的操作台直接暴露于作业环境，驾驶员需额外防护，且吊线结构的喷杆使用过程中容易晃动，稳定性有待提高。相比较于国内，国外等国林果喷雾机的研究较早，配套企业较多，技术较为
【参考文献】：
期刊论文
[1]农业装备智能控制技术研究现状与发展趋势分析[J]. 刘成良,林洪振,李彦明,贡亮,苗中华. 农业机械学报. 2020(01)
[2]基于叶墙面积的果树施药量模型设计及试验[J]. 薛秀云,许旭锋,李震,洪添胜,谢家兴,陈建泽,宋淑然. 农业工程学报. 2020(02)
[3]基于多特征融合的树干快速分割算法[J]. 刘慧,朱晟辉,沈跃,汤金华. 农业机械学报. 2020(01)
[4]基于BOOST电路的电磁阀流量控制器设计与试验[J]. 沈跃,黄忠裕,刘慧. 农业机械学报. 2020(02)
[5]面向精准喷雾的果树冠层体积在线计算方法[J]. 姜红花,刘理民,柳平增,王金宇,张晓辉,高东升. 农业机械学报. 2019(07)
[6]丘陵山地柑橘果园多方位自动喷药装置研制[J]. 马驰,李光林,李晓东,黄小玉,宋杰,杨士航. 农业工程学报. 2019(03)
[7]基于BP神经网络的高速开关阀多级电压控制策略[J]. 刘浩,赵丁选,张祝新,王立新,樊晓璇. 农业机械学报. 2019(04)
[8]基于彩色和深度信息结合K-means聚类算法快速拼接植株图像[J]. 沈跃,朱嘉慧,刘慧,崔业民,张炳南. 农业工程学报. 2018(23)
[9]3WPZ-4型风送式葡萄喷雾机设计与试验[J]. 董祥,张铁,燕明德,杨学军,严荷荣,孙星. 农业机械学报. 2018(S1)
[10]基于传感器融合阵列的果树冠层信息采集方法[J]. 刘理民,王金宇,毛文华,石光智,张晓辉,姜红花. 农业机械学报. 2018(S1)
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
硕士论文
[1]喷雾机器人系统轨迹优化和植株冠层分割方法研究[D]. 刘加林.江苏大学 2019
[2]基于深度和彩色双源信息的图像拼接方法研究[D]. 朱嘉慧.江苏大学 2019
[3]基于激光雷达探测技术的果园变量喷雾控制系统研究[D]. 束义平.南京林业大学 2018
[4]基于激光传感器的温室变量喷雾机器人系统设计[D]. 高彬.江苏大学 2018
本文编号：3367981
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统
履带式林果喷雾机变量施药控制系统研究2严重，污染环境，同时全身防护的驾驶员在喷雾、颠簸的作业环境中极易疲劳，缩短了可持续工作时间[3]。在这种背景下，高效环保的林果喷雾装备得到了越来越多的重视，因而研发适合我国林果业的智能喷雾装备十分重要。(a)人工喷雾(b)人机喷雾图1.2传统喷雾方式Fig.1.2Traditionalspraymethod为了满足农业现代化生产需求，作为《中国制造2025》十大重点领域之一的农业装备对农机感知、智能控制和精准作业提出了更高的要求[4,5]。而本文响应国家对农业装备发展的要求，立足于林果业用智能喷雾机，从提高农药利用率、降低人工成本、提高喷雾机自动化程度入手，设计了履带式林果喷雾机变量控制系统：为了减少过量喷药导致的浪费，本文通过激光传感器精确探测目标植株特征，结合喷雾机前进速度，计算植株体积，再根据变量喷雾模型计算喷药量，控制喷雾电磁阀实现按需喷雾；为了提高作业效率，减少喷雾药液对操作人员的身体伤害，作业前通过无线网络远程发送作业参数，通过远程遥控实现喷雾作业；为了提高电磁阀流量输出精度和线性区间，设计了基于BOOST升压电路的电磁阀流量控制器。远林果精准变量喷雾机实现了人机分离避免了操作者接触农药，大大降低了劳动者强度，同时采用的精准变量喷雾控制技术，能够有效节约农药使用量，避免农药浪费，降低环境污染，达到了减施增效的目的。
江苏大学硕士学位论文31.2国内外研究现状1.2.1林果喷雾机系统设计近年来，国家加大对农业装备的投入[6]，促进了林果喷雾机领域的发展。林果喷雾作业效率大幅提升，农药利用率不断提高，操作环境逐渐得到了改善，各种适用于不同林果作业对象的喷雾机缓解了劳动力不足的问题。鉴于林果喷雾机作业的特殊性，按照其外部结构主要分为悬挂式、牵引式和自走式。董祥等[7]研制了与PT-115型多功能自走式底盘配套使用的3WPZ-4型悬挂式葡萄喷雾机，如图1.3所示。该喷雾机采用移度较快的轮式底盘和可升降折叠桁架式喷杆结构，作业效率高；将精准对靶喷雾系统与柔性出风管风送系统配套使用，提高了药液使用率，但机体质心较高，只适合较为平整的作业环境。图1.33WPZ-4型悬挂式葡萄喷雾机Fig.1.33WPZ-4hanginggrapesprayer李龙龙等[8,9]针对纺锤形果树设计了果园自动仿形喷雾机。该喷雾机为牵引式结构，可与中小功率拖拉机牵引联接，相对于悬挂式喷雾结构稳定性高；作业过程中，采用由喷头和无刷直流风机组成的组合式雾化单元根据目标植株状态实时控制输出流量和风量，增加了雾滴穿透性，提高了雾滴沉积均匀性，但与拖拉机相连的喷雾机长度较长，转弯半径大，需要熟练的农机手操作。马驰等[10]针对丘陵山地柑橘果园研制了多方位自动喷药装置。该喷药装置采用履带式底盘运载，可针对实际冠层生长状态对喷杆进行水平和垂直位置调节，并结合超声波和激光传感器实现自动对靶喷雾，提高对靶精度，减低了劳动强度，但位于喷雾装置后的操作台直接暴露于作业环境，驾驶员需额外防护，且吊线结构的喷杆使用过程中容易晃动，稳定性有待提高。相比较于国内，国外等国林果喷雾机的研究较早，配套企业较多，技术较为
【参考文献】：
期刊论文
[1]农业装备智能控制技术研究现状与发展趋势分析[J]. 刘成良,林洪振,李彦明,贡亮,苗中华. 农业机械学报. 2020(01)
[2]基于叶墙面积的果树施药量模型设计及试验[J]. 薛秀云,许旭锋,李震,洪添胜,谢家兴,陈建泽,宋淑然. 农业工程学报. 2020(02)
[3]基于多特征融合的树干快速分割算法[J]. 刘慧,朱晟辉,沈跃,汤金华. 农业机械学报. 2020(01)
[4]基于BOOST电路的电磁阀流量控制器设计与试验[J]. 沈跃,黄忠裕,刘慧. 农业机械学报. 2020(02)
[5]面向精准喷雾的果树冠层体积在线计算方法[J]. 姜红花,刘理民,柳平增,王金宇,张晓辉,高东升. 农业机械学报. 2019(07)
[6]丘陵山地柑橘果园多方位自动喷药装置研制[J]. 马驰,李光林,李晓东,黄小玉,宋杰,杨士航. 农业工程学报. 2019(03)
[7]基于BP神经网络的高速开关阀多级电压控制策略[J]. 刘浩,赵丁选,张祝新,王立新,樊晓璇. 农业机械学报. 2019(04)
[8]基于彩色和深度信息结合K-means聚类算法快速拼接植株图像[J]. 沈跃,朱嘉慧,刘慧,崔业民,张炳南. 农业工程学报. 2018(23)
[9]3WPZ-4型风送式葡萄喷雾机设计与试验[J]. 董祥,张铁,燕明德,杨学军,严荷荣,孙星. 农业机械学报. 2018(S1)
[10]基于传感器融合阵列的果树冠层信息采集方法[J]. 刘理民,王金宇,毛文华,石光智,张晓辉,姜红花. 农业机械学报. 2018(S1)
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
硕士论文
[1]喷雾机器人系统轨迹优化和植株冠层分割方法研究[D]. 刘加林.江苏大学 2019
[2]基于深度和彩色双源信息的图像拼接方法研究[D]. 朱嘉慧.江苏大学 2019
[3]基于激光雷达探测技术的果园变量喷雾控制系统研究[D]. 束义平.南京林业大学 2018
[4]基于激光传感器的温室变量喷雾机器人系统设计[D]. 高彬.江苏大学 2018
本文编号：3367981
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