【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)食品安全更加關(guān)注，農(nóng)藥的使用與農(nóng)產(chǎn)品安全問(wèn)題更加突出。施藥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，實(shí)行對(duì)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(duì)國(guó)外先進(jìn)施藥機(jī)械價(jià)格昂貴、多為大中型自走或牽引式施藥機(jī)械，國(guó)內(nèi)施藥機(jī)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(dòng)化程度低等問(wèn)題，借助傳感器技術(shù)、風(fēng)送噴霧技術(shù)，以嵌入式Linux為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一套果園對(duì)靶施藥控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)噴霧壓力、流量、車(chē)速及靶標(biāo)等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)靶精準(zhǔn)施藥。 （1）確定系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)總體要求，該控制系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)車(chē)速變化實(shí)現(xiàn)噴藥量的變量控制，借助靶標(biāo)探測(cè)實(shí)現(xiàn)在線控制。通過(guò)多方案比較分析，確定了依據(jù)施藥機(jī)行走速度變化和可觸控LCD設(shè)定單位面積施藥量，通過(guò)超聲波傳感器探測(cè)靶標(biāo)信息實(shí)時(shí)調(diào)整噴藥量,并能實(shí)現(xiàn)噴頭的獨(dú)立開(kāi)閉的施藥控制。 （2）構(gòu)建噴藥量控制模型調(diào)節(jié)閥開(kāi)度和時(shí)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(duì)施藥量PID控制算法進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明在單位階躍信號(hào)輸入下，施藥量PID控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間為0.25s。 （3）控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)方案，對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行、檢測(cè)部件和其它硬件設(shè)備進(jìn)行了選擇；以Micro2440開(kāi)發(fā)板為核心，設(shè)計(jì)了電源模塊電路，信號(hào)采集模塊電路和電磁閥、電動(dòng)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(jì)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于Linux的嵌入式控制系統(tǒng)。采用C++語(yǔ)言編寫(xiě)了由超聲波傳感器驅(qū)動(dòng)程序、流量采集驅(qū)動(dòng)程序、速度采集驅(qū)動(dòng)程序組成的數(shù)據(jù)采集模塊驅(qū)動(dòng)和由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥驅(qū)動(dòng)程序和電磁閥控制驅(qū)動(dòng)程序組成的執(zhí)行模塊的驅(qū)動(dòng)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(pán)界面程序等控制程序組成的人機(jī)交互界面程序。 （5）系統(tǒng)調(diào)試及驗(yàn)證試驗(yàn)針對(duì)本研究設(shè)計(jì)的各個(gè)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(jì)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(shí)時(shí)顯示；系統(tǒng)對(duì)速度、壓力和流量的測(cè)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(guò)對(duì)靶標(biāo)的探測(cè)實(shí)現(xiàn)噴頭的在線控制；采用PID控制算法對(duì)施藥量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)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(jì)要求，該系統(tǒng)已達(dá)到應(yīng)用水平，可用于果園施藥機(jī)控制。
【圖文】：

2.1.1 系統(tǒng)功能要求本文設(shè)計(jì)的果園對(duì)靶施藥控制系統(tǒng)將安裝于西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院“丘陵山區(qū)果園噴藥機(jī)械研發(fā)”項(xiàng)目組開(kāi)發(fā)的 3WL-2 型果園風(fēng)送施藥機(jī)上。該施藥機(jī)目前配備有 12 個(gè)施藥噴頭、1 個(gè)噴霧泵、1 個(gè)速度傳感器、2 個(gè)超聲波傳感器、1 個(gè)流量傳感器、1 個(gè)壓力傳感器、1 個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和 2 個(gè)風(fēng)箱，可執(zhí)行對(duì)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(jì)的對(duì)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(jī)行駛速度的變化情況，自動(dòng)對(duì)施藥機(jī)管道中藥液壓力和噴藥流量進(jìn)行檢測(cè)和控制，保證單位面積施藥量不變的施藥作業(yè)。（2）可以實(shí)施施藥在線監(jiān)測(cè)；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(shí)時(shí)顯示；同時(shí)，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(guò)系統(tǒng)控制器上的開(kāi)關(guān)，實(shí)施噴霧作業(yè)的手動(dòng)控制；通過(guò)超聲波傳感器探測(cè)的靶標(biāo)信息對(duì)各個(gè)噴頭的開(kāi)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(jì)的超聲波對(duì)靶施藥控制系統(tǒng)總體構(gòu)成主要由、泵、電動(dòng)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(jī)(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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TP273;S49

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2613299