【摘要】：近年來,隨著我國航空植保技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)精準(zhǔn)施藥的要求越來越高。然而在國內(nèi),還存在著因植保無人機(jī)速度的波動(dòng)造成施藥沉積量和霧滴粒徑不均勻的問題。本文針對(duì)以上問題,在分析和總結(jié)了國內(nèi)外變量施藥技術(shù)成果的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究了無人機(jī)速度采集方法、施藥流量和噴灑霧滴粒徑的控制方式,建立了流量和速度之間的關(guān)系模型,分析了霧滴粒徑和流量、離心噴頭轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系,通過控制隔膜泵輸入電壓和離心噴頭轉(zhuǎn)速,改善施藥沉積量和霧滴粒徑不均勻的狀況,為無人機(jī)變量施藥技術(shù)的研究提供了有力支撐。論文的主要工作及結(jié)論如下:(1)無人機(jī)速度數(shù)據(jù)采集及處理。以植保無人直升機(jī)為研究對(duì)象,通過解析固定在機(jī)身上的GPS,采集無人機(jī)飛行速度及其變化情況。GPS傳輸速率為5Hz,傳輸協(xié)議為UBX協(xié)議,通過TTL串口將數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)發(fā)送給STM32F103VET6芯片,由中央處理器提取出速度信息。試驗(yàn)表明:無人機(jī)在作業(yè)過程中,速度會(huì)出現(xiàn)攀升、下降和連續(xù)波動(dòng)三種情況,試驗(yàn)中采集到的無人機(jī)速度以200ms速率連續(xù)性變化,速度波動(dòng)幅度最大為8m/s。為無人機(jī)變量施藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐,為系統(tǒng)性能驗(yàn)證提供理論依據(jù)。(2)流量控制模塊的研發(fā)及試驗(yàn)。針對(duì)無人機(jī)飛行速度變化導(dǎo)致霧滴沉積量分布不均勻的問題,提出并研究了速度自適應(yīng)調(diào)節(jié)噴頭流量的方法,建立施藥量和飛行速度關(guān)系模型。系統(tǒng)將實(shí)時(shí)采集到的無人機(jī)飛行速度轉(zhuǎn)換為期望流量數(shù)據(jù),并結(jié)合預(yù)設(shè)的PID算法將期望流量和實(shí)時(shí)流量的差值轉(zhuǎn)換為控制隔膜泵輸入電壓的PWM信號(hào),建立了速度自適應(yīng)的流量控制模型,通過室內(nèi)和田間試驗(yàn)測(cè)試了流量控制模塊的主要性能,結(jié)果表明:該模塊對(duì)單一流量控制延時(shí)≤100ms,在流量連續(xù)變化時(shí),控制延時(shí)平均值為500ms;在田間實(shí)際作業(yè)試驗(yàn)中,施藥不均勻的狀況得到了一定程度的改善,地面沉積量均勻性最大可提高30.47%。(3)霧滴粒徑控制模塊的研發(fā)及試驗(yàn)。針對(duì)植保無人機(jī)在施藥過程中由于流量的變化造成噴灑霧滴粒徑不均勻的問題。本系統(tǒng)提出并研制了基于離心噴頭的霧滴粒徑控制模塊。離心噴頭可根據(jù)流量的實(shí)時(shí)變化調(diào)整噴頭的轉(zhuǎn)速,保證噴灑霧滴粒徑大小不變。室內(nèi)試驗(yàn)建立了流量、噴頭轉(zhuǎn)速與霧滴粒徑之間的數(shù)學(xué)模型,并通過室內(nèi)和田間試驗(yàn)測(cè)試了霧滴粒徑控制模塊的性能。試驗(yàn)結(jié)果表明:霧滴粒徑與離心噴頭的轉(zhuǎn)速呈負(fù)相關(guān)性,與噴頭流量呈正相關(guān)性。在變量噴灑系統(tǒng)開啟后,霧滴粒徑的Dv_(50)更接近于設(shè)置的最佳值250μm,最接近的霧滴粒徑的Dv_(50)平均值為245.97μm。因此,變量施藥系統(tǒng)能夠改善因流量變化造成的霧滴粒徑變化的狀況。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S251
【圖文】：

圖 3-9 Keil uVision5 集成開發(fā)環(huán)境界面ig.3-9 Keil uVision 5 Integrated Development Environment Interfa始化模塊程序設(shè)計(jì)使用 STM32F103VET6 單片機(jī)的 I/O 端口、串口通信系統(tǒng)使用 USART2 串口通信，用于傳輸 GPS 數(shù)據(jù)信口通信的兩個(gè)端口，PA2 設(shè)置為發(fā)送端口，PA3 設(shè)置為波特率為 115200，無奇偶校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)位為 8 為，停設(shè)置后，需初始化各端口的性能，打開串口通信等使行。串口配置程序如下：1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABL2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_AP PA 端口時(shí)鐘tructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;//選定 PA2 端口

膜泵驅(qū)動(dòng)板的輸出電壓，在試驗(yàn)之前測(cè)得，PWM 信號(hào)占空比 per 和線性關(guān)系，公式如（4-1）所示。在前期準(zhǔn)備試驗(yàn)中，測(cè)得流量和控相關(guān)性變化，并非線性變化。在整個(gè)調(diào)節(jié)過程中，通過期望流量和經(jīng)過 PID 算法的計(jì)算，改變 PWM 控制信號(hào)的占空比，使得流量穩(wěn)U 0. 12 per等效電壓；per 為占空比 4-3 所示，在測(cè)試過程中，使用 Labview 編寫的上位機(jī)軟件，可以流量信息和壓力信息。單片機(jī)系統(tǒng)通過解析傳感器的數(shù)據(jù)，將流量口傳輸給上位機(jī) Labview 程序，Labview 程序?qū)?shù)據(jù)分析并用圖表來，可以直觀地看到流量隨著時(shí)間的調(diào)節(jié)程度，并將調(diào)節(jié)過程的整的形式存儲(chǔ)起來，便于數(shù)據(jù)分析和查看。文件存儲(chǔ)位置的設(shè)置能夠試過程中，原始數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置，便于數(shù)據(jù)的查看和分析。

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本文編號(hào)：2730756