【摘要】：近年來,隨著我國航空植保技術(shù)的不斷發(fā)展,對精準(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速度的波動造成施藥沉積量和霧滴粒徑不均勻的問題。本文針對以上問題,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,重點研究了無人機速度采集方法、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)無人機速度數(shù)據(jù)采集及處理。以植保無人直升機為研究對象,通過解析固定在機身上的GPS,采集無人機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)信息實時發(fā)送給STM32F103VET6芯片,由中央處理器提取出速度信息。試驗表明:無人機在作業(yè)過程中,速度會出現(xiàn)攀升、下降和連續(xù)波動三種情況,試驗中采集到的無人機速度以200ms速率連續(xù)性變化,速度波動幅度最大為8m/s。為無人機變量施藥系統(tǒng)的設(shè)計和研發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐,為系統(tǒng)性能驗證提供理論依據(jù)。(2)流量控制模塊的研發(fā)及試驗。針對無人機飛行速度變化導(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)將實時采集到的無人機飛行速度轉(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時流量的差值轉(zhuǎn)換為控制隔膜泵輸入電壓的PWM信號,建立了速度自適應(yīng)的流量控制模型,通過室內(nèi)和田間試驗測試了流量控制模塊的主要性能,結(jié)果表明:該模塊對單一流量控制延時≤100ms,在流量連續(xù)變化時,控制延時平均值為500ms;在田間實際作業(yè)試驗中,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。針對植保無人機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)流量的實時變化調(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)和田間試驗測試了霧滴粒徑控制模塊的性能。試驗結(jié)果表明:霧滴粒徑與離心噴頭的轉(zhuǎn)速呈負相關(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：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)計使用 STM32F103VET6 單片機的 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 端口時鐘tructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;//選定 PA2 端口

膜泵驅(qū)動板的輸出電壓，在試驗之前測得，PWM 信號占空比 per 和線性關(guān)系，公式如（4-1）所示。在前期準(zhǔn)備試驗中，測得流量和控相關(guān)性變化，并非線性變化。在整個調(diào)節(jié)過程中，通過期望流量和經(jīng)過 PID 算法的計算，改變 PWM 控制信號的占空比，使得流量穩(wěn)U 0. 12 per等效電壓；per 為占空比 4-3 所示，在測試過程中，使用 Labview 編寫的上位機軟件，可以流量信息和壓力信息。單片機系統(tǒng)通過解析傳感器的數(shù)據(jù)，將流量口傳輸給上位機 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間的調(diào)節(jié)程度，并將調(diào)節(jié)過程的整的形式存儲起來，便于數(shù)據(jù)分析和查看。文件存儲位置的設(shè)置能夠試過程中，原始數(shù)據(jù)的存儲位置，便于數(shù)據(jù)的查看和分析。

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本文編號：2730756