【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對食品安全更加關(guān)注，農(nóng)藥的使用與農(nóng)產(chǎn)品安全問題更加突出。施藥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，實行對靶變量施藥是最大限度減少施藥量和降低化學(xué)污染的重要技術(shù)措施。本文針對國外先進(jìn)施藥機械價格昂貴、多為大中型自走或牽引式施藥機械，國內(nèi)施藥機械普遍存在農(nóng)藥有效利用率低、多采用大容量噴霧技術(shù)、自動化程度低等問題，借助傳感器技術(shù)、風(fēng)送噴霧技術(shù)，以嵌入式Linux為開發(fā)平臺，設(shè)計了一套果園對靶施藥控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過傳感器實時監(jiān)測噴霧壓力、流量、車速及靶標(biāo)等信息，實現(xiàn)對靶精準(zhǔn)施藥。 （1）確定系統(tǒng)總體設(shè)計方案根據(jù)項目設(shè)計總體要求，該控制系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)車速變化實現(xiàn)噴藥量的變量控制，借助靶標(biāo)探測實現(xiàn)在線控制。通過多方案比較分析，確定了依據(jù)施藥機行走速度變化和可觸控LCD設(shè)定單位面積施藥量，通過超聲波傳感器探測靶標(biāo)信息實時調(diào)整噴藥量,并能實現(xiàn)噴頭的獨立開閉的施藥控制。 （2）構(gòu)建噴藥量控制模型調(diào)節(jié)閥開度和時間成正比例關(guān)系，，據(jù)此建立了基于流量調(diào)節(jié)的PID控制算法模型，對施藥量PID控制算法進(jìn)行了試驗驗證，結(jié)果表明在單位階躍信號輸入下，施藥量PID控制系統(tǒng)的響應(yīng)時間為0.25s。 （3）控制系統(tǒng)硬件設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)方案，對系統(tǒng)執(zhí)行、檢測部件和其它硬件設(shè)備進(jìn)行了選擇；以Micro2440開發(fā)板為核心，設(shè)計了電源模塊電路，信號采集模塊電路和電磁閥、電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行模塊電路，并制作了控制器。 （4）控制系統(tǒng)軟件設(shè)計設(shè)計并實現(xiàn)了基于Linux的嵌入式控制系統(tǒng)。采用C++語言編寫了由超聲波傳感器驅(qū)動程序、流量采集驅(qū)動程序、速度采集驅(qū)動程序組成的數(shù)據(jù)采集模塊驅(qū)動和由電動調(diào)節(jié)閥驅(qū)動程序和電磁閥控制驅(qū)動程序組成的執(zhí)行模塊的驅(qū)動程序；以及由施藥量控制程序、噴頭狀態(tài)顯示程序、系統(tǒng)主界面程序、參數(shù)設(shè)定界面程序和數(shù)字軟鍵盤界面程序等控制程序組成的人機交互界面程序。 （5）系統(tǒng)調(diào)試及驗證試驗針對本研究設(shè)計的各個功能模塊進(jìn)行軟硬件調(diào)試，結(jié)果表明：系統(tǒng)能正常工作并滿足設(shè)計的功能要求；系統(tǒng)能夠正常接收存?zhèn)鞲衅鱾魉偷氖┧巺⒘繑?shù)據(jù)，并可以進(jìn)行實時顯示；系統(tǒng)對速度、壓力和流量的測量精度分別達(dá)到98.80%、97.39%和96.23%；在有效范圍內(nèi)系統(tǒng)可以通過對靶標(biāo)的探測實現(xiàn)噴頭的在線控制；采用PID控制算法對施藥量進(jìn)行了監(jiān)測控制，精度為94.60%，表明系統(tǒng)施藥量控制精度達(dá)到設(shè)計要求，該系統(tǒng)已達(dá)到應(yīng)用水平，可用于果園施藥機控制。
【圖文】：

2.1.1 系統(tǒng)功能要求本文設(shè)計的果園對靶施藥控制系統(tǒng)將安裝于西北農(nóng)林科技大學(xué)機械與電子工程學(xué)院“丘陵山區(qū)果園噴藥機械研發(fā)”項目組開發(fā)的 3WL-2 型果園風(fēng)送施藥機上。該施藥機目前配備有 12 個施藥噴頭、1 個噴霧泵、1 個速度傳感器、2 個超聲波傳感器、1 個流量傳感器、1 個壓力傳感器、1 個電動調(diào)節(jié)閥和 2 個風(fēng)箱，可執(zhí)行對靶變量噴藥。根據(jù)第一章的分析及目前的研究階段，本文設(shè)計的對靶施藥控制系統(tǒng)如圖 2-1 所示，主要滿足以下功能要求：（1）能夠根據(jù)施藥機行駛速度的變化情況，自動對施藥機管道中藥液壓力和噴藥流量進(jìn)行檢測和控制，保證單位面積施藥量不變的施藥作業(yè)。（2）可以實施施藥在線監(jiān)測；支持多種傳感器以采集壓力、流量和速度等施藥參量，并采用觸摸屏 LCD 顯示器實時顯示；同時，將采集的數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行處理。（3）可以通過系統(tǒng)控制器上的開關(guān)，實施噴霧作業(yè)的手動控制；通過超聲波傳感器探測的靶標(biāo)信息對各個噴頭的開閉進(jìn)行控制，便于地頭轉(zhuǎn)彎停噴和改變作業(yè)施藥幅寬。

系統(tǒng)總體方案.1 系統(tǒng)構(gòu)成綜合上述的方案比較，本文設(shè)計的超聲波對靶施藥控制系統(tǒng)總體構(gòu)成主要由、泵、電動調(diào)節(jié)閥、電磁閥、速度傳感器、壓力傳感器、超聲波傳感器和流嵌入式控制器(含 ARM 處理單元、LCD 觸摸顯示模塊等)、PC 機(調(diào)試中用到噴頭等部件組成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP273;S49

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2613299