植保无人机动态变量施药系统设计与试验

针对我国植保无人机施药系统控制方式单一,施药流量无法根据飞行参数自动调整造成的雾滴分布不均匀、重喷、漏喷等问题,设计了基于ARM架构单片机的施药控制系统,提出基于PWM(脉宽调制)的施药流量控制方法,采用多传感器融合技术,实现施药参数的实时动态监测。设计了基于LabVIEW的地面站控制软件,实现对施药系统的远程控制和作业数据存储。基于3CD-15型单旋翼无人机平台对动态变量施药系统实际作业性能及施药效果进行了测试。试验结果表明,在飞行速度为0.8~5.8 m/s时,该动态变量施药系统可实现施药流量与飞行速度自动匹配,实际流量与理论流量之间平均偏差为1.9%,实际施药作业优选飞行速度为3.91~5.10 m/s,此时有效喷幅为5 m,雾滴覆盖密度为18~41个/cm~2,变异系数为34%~75%,雾滴沉积量为42.1~52.4μg/cm~2。     

大载荷无人直升机静电喷雾沉积特性试验研究

为探索在大载荷植保无人直升机下洗气流作用下各因素对静电喷雾沉积特性的影响规律,将正交试验与Box-Behnken响应面试验相结合,在定性分析的基础上,建立起沉积特性参数与荷电电压、飞行参数等影响因素之间的数学预测模型,定量地分析了各因素对沉积特性的影响.结果表明:大载荷无人直升机静电喷雾沉积特性受施药过程中荷电电压和飞行参数的影响显著.雾滴单位面积沉积量与荷电电压成正相关,与飞行速度、飞行高度成负相关.相同飞行参数下(飞行速度5m/s、飞行高度4m),荷电电压8kV的静电喷雾单位面积沉积量为0.3180μL/cm²,比非静电喷雾单位面积沉积量提高了1.17倍.与此同时,沉积量变异系数与飞行速度成正相关,与荷电电压、飞行高度成负相关,即增加荷电电压、降低飞行速度或者提高飞行高度能有效改善雾滴的沉积均匀性.     

单旋翼植保有人机雾滴飘移影响因素试验研究

为了研究单旋翼植保有人机在不同作业参数条件下雾滴飘移的分布特性及其影响因素,进行了航空雾滴飘移分布测量试验,利用水敏纸收集和测量加拿大贝尔407型单旋翼植保有人机在作业时的有效喷幅和雾滴飘移距离,并将雾滴飘移测试数据与侧风风速、飞行高度、飞行速度、助剂加入量等作业参数运用SPSS软件进行相关性回归分析。结果表明:在平均温度21.2℃、平均相对湿度72.5%的条件下,侧风风速、喷雾高度与雾滴飘移距离相关性系数达0.6以上,呈现较强的正相关关系;在飞行速度80～120km/h的范围内,航化作业雾滴沉积均匀性随飞行速度的增加呈现先增加后降低的趋势,在95km/h左右出现雾滴沉积均匀性峰值拐点;喷雾过程中加入航空助剂后雾滴总飘移量降30%左右。该型直升机航化作业时的最适喷雾高度在5m左右,飞行速度最宜保持在90～100km/h的范围内,添加适量航空助剂可以缩短雾滴飘移距离,提高喷雾质量。试验发现,侧风风速在3m/s以内作业时要预留至少40m以上缓冲区,以避免药液飘移产生的危害。本研究结果可为单旋翼植保有人机减飘施药技术的研究提供参考。     

小型无人直升机飞行速度对喷雾沉积的影响

为了探究小型无人直升机喷雾系统的雾滴沉积效果与小型无人直升机飞行速度的关系,进行了喷雾试验。用示踪剂含量为60％的胭脂红与水混合成5 g/L浓度的溶液代替农药,保持相对飞行高度为1 m 不变,改变飞机的飞行速度进行喷雾试验;采样点设置在离地面（0．8±0．01）m 高度处,通过76mm×33mm（长×宽）采样纸卡进行采样,各采样纸卡之间间距为5m,采用显微拍摄系统进行图片采集,并采用图像处理软件进行处理。结果表明：在保持相对飞行高度为1m 时,综合考虑雾滴沉积特性和喷洒效率情况下,应该选择3m/s 作为喷洒农药的参考飞行速度。     

基于复合模糊PID的植保无人机变量喷雾系统设计

为提升现有植保无人机喷雾流量随飞行速度变化自适应调整的精准性，降低施药偏差，设计了一种基于复合模糊PID控制算法的植保无人机变量喷雾系统，可根据无人机飞行速度，以基于复合模糊PID控制算法的PWM调制实时调整喷雾流量。通过测试平台分别对比了此控制算法与PID、模糊PID的响应情况，并进行了无人机喷雾流量随飞行速度变化的响应测试。结果表明：基于复合模糊PID控制的系统响应较PID超调量降低63.64%,较模糊PID调节时间缩减23.08%,复合模糊PID与模糊PID的稳态误差控制在3.125%内，小于PID的4.688%;基于PID、模糊PID、复合模糊PID的喷雾系统喷雾流量平均偏差分别为2.67%、3.85%、1.90%;基于复合模糊PID算法的喷雾系统跟随飞速变化自适应调整喷雾流量的最大偏差为6.29%,满足植保无人机施药作业要求，可为农业航空精准变量喷雾系统设计提供参考。     

基于物联网的植保机作业参数匹配设计研究

为了实现精准农药喷洒,降低农药浪费,基于物联网技术建立了植保机作业参数匹配系统.系统主要包括流量控制系统和药雾粒径控制系统.流量控制系统包括以下内容:①建立飞行速度、单位面积施药量和流量模型;②驱动隔膜泵流量与PWM控制信号占空比模型;③PID流量调节,降低系统响应时间,进而实现流量随飞行速度动态调整;药雾粒径控制系统...     

无人机变量施药实时监控系统设计与试验

在航空施药过程中,为保证单位面积施药量的一致性、实现施药流量的实时控制,提出一种航空变量施药分级控制算法。该算法根据各参数的等级和阀门开度建立分级控制表,再结合分级控制公式计算作业参数变化时阀门对应的开度,从而计算出施药流量,实现施药流量的自动调节。基于该算法设计了基于单片机多信息融合的航空变量施药实时监控系统,通过软硬件设计实现了对作业航迹、作业高度、作业速度、施药流量及药液余量等信息的实时监测,进行了航迹监测试验、施药流量监测试验、液位监测试验和变量施药控制试验等。结果表明,该系统可以准确监测多种作业参数,并可根据参数变化精准调控施药流量;飞行航迹监测平均偏差为0.98 m,施药流量监测平均误差为3.57%,液位监测平均误差为1.97%,系统对流量控制的最大误差为9.26%。     

基于AT89C52单片机的变量喷雾控制系统的设计

以AT89C52单片机为核心,由信息采集处理系统、自动控制系统组成,通过流量、速度传感器采集的速度、流量计算出实际的单位面积施药量,与设定的施药量相比较,自动控制系统根据比较结果自动调节电动调节阀,从而达到变量喷雾施药的目的.系统能够根据施药机车行走的速度和田间苗情自动变更喷药量,实现变量施药.基于AT89C52单片机的控制系统可以应用于自动变量施药作业,符合当前农业生产的实际情况.     

直注式变量喷雾机设计与喷雾性能试验

结合CAN总线和ISO11783协议,设计了基于处方图的直接注入式变量喷雾机。通过田间常量和变量施药作业试验分析了该直接注入式喷雾机的喷洒均匀性和精准度。试验结果表明：直接注入式变量喷雾机喷洒均匀,总体施药变异系数均低于10%,适合田间施药作业;变量作业时,与预期施药量相差在15%以内的作业区大于     

无人机飞行高度和速度对喷药效果的影响分析

为深入分析无人机进行施药作业过程中飞行高度和飞行速度对喷药效果带来的影响,对无人机喷药系统进行了设计。以无人机整体施药运作机理为载体,结合作业过程中的喷雾流量、雾滴粒径及飞行速度等核心参数,选择雾滴沉积密度、雾滴沉积覆盖率、雾滴沉积均匀度为衡量指标,建立喷药系统理论控制模型,并进行喷药系统的硬件系统设计和软件程序编写,展开无人机施药效果试验。结果表明:在一定的施药流量控制条件下,不同飞行高度的雾滴沉积平均覆盖率整体呈现出下降趋势,且当无人机选择飞行高度H=1.4m、飞行速度V=0.5m/s组合参数条件下,该喷药系统的雾滴沉积覆盖率为26.9%,雾滴粒径分布均匀度达90%以上,雾滴沉积密度保持在70%以上,为最佳施药参数组合。     

自适应升降喷杆施药系统的研发

针对传统简易施药机易造成人员中毒、药液喷洒过多易造成环境污染等问题,以及现在温室内用施药机在自适应作物高矮、自主行走、精准施药等方面仍存在一定的局限,北京京鹏环球科技股份有限公司研发了一种自适应升降喷杆施药系统,包括喷药系统、雾化系统、喷杆自动调节系统、控制系统及无轨道自走式底盘等。该施药系统创新性在于温室内与无轨道自走式底盘配合使用,可实现路径导航的自动化、智能化;其喷杆自动调节系统创新性地采用超声波传感器用于探测施药机与农作物施药目标的距离,以便进行精准施药,拟为解决狭小温室空间内自主行走及施药问题提供参考,实现温室内施药的无人化、机械化、自动化、精准化,提高温室内植保装备的机械化水平,改善劳动环境,提高劳动效率。     

精准施药技术现状分析

在分析精准施药技术重要性的基础上,从信息获取方式、喷雾技术和控制系统3个环节对国内外精准施药技术进行了分析。首先,详细阐述了基于实时传感器和基于地理信息技术的信息获取方式;其次,分析了风送液力式喷雾技术、静电式喷雾技术、超低量和低量喷雾技术和仿形喷雾技术;最后对控制系统进行了阐述和分析,旨在为我国精准施药技术的发展提供借鉴。     

变量施药机的恒压变量控制系统设计及算法

针对施药机施药量和施药质量不能满足农艺要求的问题,在建立系统总管道药液压力PID控制模型和施药量模糊控制模型的基础上,采用AT89S52单片机设计了变量施药机的恒压变量控制系统,并研究了其控制算法.利用MATLAB对系统模型进行仿真,结果表明:药液压力PID控制的响应时间为0.85s,施药量模糊控制的响应时间为1.04s,两者的稳态误差均在±3%之内,该控制系统可用于施药机恒压变量控制.     

基于模糊控制的变量施药控制系统

针对目前农药在使用过程中忽略了病虫害发生的差异性和作物信息的差异性,使大量的农药流失到非靶标环境中,造成大量环境污染等问题,采用模糊控制技术建立自适应喷雾控制系统,实现了农药使用过程中自动调节喷雾参数.经仿真与台架实验证实,整个系统能满足变量施药的要求.     

基于PEM-ABC算法的小型无人直升机系统辨识

针对小型无人直升机在悬停状态下飞行动力学模型的系统辨识问题,提出了一种基于预测误差法与人工蜂群算法(PEM-ABC)结合的辨识算法。该算法将系统辨识问题转化为优化问题,用PEM算法确定搜索空间的范围;雇佣蜂搜索阶段采用改进的自适应搜索策略加快收敛速度;跟随蜂搜索阶段引入一种新的概率选择方式保证种群多样性;侦察蜂搜索阶段利用混沌算子来提高全局搜索能力。通过机载设备采集到的飞行实验数据,对辨识获得的模型进行了分析与验证。结果表明:采用该辨识方法,估计出了无人直升机动力学模型的未知参数,与PEM算法和传统人工蜂群算法相比,所提算法的辨识精度更高,具有重要的工程使用价值。     

甘薯施肥施药机械研究现状及展望

甘薯施肥施药是甘薯种植过程中的关键环节,而甘薯施肥施药专用机械的匮乏,不仅阻碍甘薯种植全程机械化进程,更制约着甘薯产业的发展。本文结合当前甘薯生产过程中使用的三种不同施肥施药农艺,分析甘薯垄芯分层施肥施药方法的优势,并通过梳理国内外甘薯施肥施药机械发展现状,对采用不同起垄施肥方式的机具进行比较,得出现有甘薯施肥施药机械存在肥药施用量大、肥药无法施于垄芯内、肥药无法分层施放和施肥施药专用机具少等问题。本文通过系统分析和总结我国目前甘薯施肥施药特点和机器发展趋势,归纳导致甘薯施肥施药总体发展水平低的影响因素,并提出促进甘薯施肥施药机械发展的重点在于加深农机农艺融合、加快轻简型机具的研发和加强机械化推广,为甘薯施肥施药机械的进一步发展提供参考依据。     

基于单片机的施药监测系统设计与试验

基于STC12C5A60S2单片机,采用串口通信技术、数据库技术、VS2008软件编程技术,设计并实现了施药监测系统.该系统具有可扩展性,可支持8路模拟传感器和2路数字脉冲式传感器,以采集压力、流量和速度等各种施药参量,并通过LCD显示器实时显示;系统可将各施药参量存入SD卡中,同时通过RS232串口传给PC机;PC机将接收到的数据存储于数据库中,并以表格和图形方式向用户显示施药参量.试验表明:采样周期为1s时,速度经一次校核后测量平均精度达97.7％;测试平台试验和喷药机试验的压力测量平均精度分别为99.3％和98.7％,流量平均测量精度达99.3％.     

果园喷雾靶标探测技术现状分析

果园靶标探测技术是果园精准施药技术的关键。为此,分析了红外探测技术、超声波探测技术、激光探测技术及图像技术等在靶标探测中的应用。同时,介绍了基于红外光电技术实现最基本的靶标有无探测和靶标距离测量的靶标探测系统;介绍了利用超声波传感器和激光雷达扫描仪对靶标进行距离扫描,通过获得的靶标距离点云数据构建了靶标的数字三维模型方法;介绍了利用图像处理技术获取靶标叶面积指数和三维模型的探测系统。靶标探测技术虽有一定的发展,但还处于试验研究阶段,其将朝着实用化、产品化和低成本化方向发展,为对靶精准施药提供更有力的变量控制依据。     

车载式施药机末端执行器流量控制策略研究

我国是农业大国,农业经济的健康、快速发展是我国现代经济稳步增长的可靠保障,现代化农业的发展离不开自动化机械的帮助。近年来,车载式施药机逐步在农业病虫害防治中推广使用,但是由于技术相对落后,在施药过程中普遍存在"跑冒滴漏"、农药喷施不均、漂移、蒸发、污染和施药者中毒等问题。为此,在概述车载式施药机系统的基础上提出了基于PID压力反应机制的末端执行器流量控制策略,并对其运行效率进行计算机仿真分析,以期在车载式施药机行走速度不同的情况下保证相同的施药量,并在减少对环境污染的同时也降低农业生产成本。