基于双目视觉的农药喷洒机器人识别系统研究

针对玉米秧苗期农药喷洒存在的效率低、成本高、污染大等问题,本文提出了一种可搭载于小型农药喷洒机器人的视觉识别喷药系统。该系统采用SSD-MobileNetv1网络作为玉米秧苗识别算法,结合数据增强与迁移学习两种方法,将ARM集成板作为嵌入式设备,当相机检测到喷药范围内的玉米秧苗时,控制引脚将产生PWM信号,启动喷淋系统,实现对单株玉米秧苗的精确喷药。经过测试,该系统对玉米苗的识别准确率可达84.18%,对距离的估计基本满足机器人喷药要求。     

基于单片机的农药喷洒机械自动调平系统设计

设计一套基于单片机STC89C51的农药喷洒机械自动调平控制系统,使安装在机械车上的农药喷洒装置在不平整的农田或山地作业时,始终能水平地喷洒农药。系统采用倾角传感器进行倾斜检测,再经单片机控制电路,最终由三位四通电磁换向阀控制液压缸完成自动调平。该系统对提高农药的利用率、降低农作物生产成本起着积极地推动作用。     

基于PLC的农药喷洒靶标输送装置控制系统设计

介绍了一种农药喷洒靶标输送装置,为了提高系统的稳定性,在该装置的自动控制系统中采用了PLC与变频控制技术相结合的控制方式。通过大量的实验发现,该装置具有较高的控制精度,能够满足农药的自动化喷雾要求。     

喷嘴直接注入式农药喷洒系统控制方法研究

为了实现农药变量喷洒,准确计量和控制农药的注入速率和注入量很有必要。提出了一种喷嘴直接注入式系统(DNIS)原型,并在此基础上研究了农药喷洒量的控制方法。该系统应用快速响应电磁阀(RRV)向水中注入农药,RRV由100 Hz的脉宽调制(PWM)信号驱动,通过改变PWM信号占空比调节农药注入速率。试验室环境下设计了基于比例-积分-微分(PID)算法的闭环控制策略,将农药注入速率快速稳定在设定值。通过试验测试了RRV、DNIS系统和PID控制器的工作性能。试验结果表明,采用RRV可准确计量农药注入速率,闭环控制策略可获得较稳定的农药速率控制效果,农药注入速率可在4 s内达到设定值,注入速率的稳定性相对于没有控制策略有明显提高。     

基于单片机PWM变量农药喷洒控制系统的研究

针对目前农药变量喷洒技术缺乏的情况,开发了一种农药变量喷洒的控制系统。以往的农药变量喷洒控制系统大部分是利用读取流量传感器的值,然后通过调节拖拉机速度或者水压来控制喷头流量大小,进而达到在喷洒过程中单位面积的量相等。而本套控制系统是通过试验将PWM和速度通过公式整合起来,然后通过霍尔传感器来采集拖拉机速度来自动调节PWM的值,保证了单位面积内喷洒量的相同,从而达到变量喷洒、均匀喷洒的效果。     

搅拌式农药喷洒机的设计与工作原理

近年来,受自然环境的变化和农业生产模式的改变,一些外来物种的侵蚀日渐突出。农业病虫害发生面积也呈现出增长的趋势,病虫害制约了农业粮食生产和林果质量的发展。伴随着土地流转和农业生产经营的步伐加快,农业生产经营也向着连片种植和大面积发展,大型机械装备随之升级优化。但还有一些规模较小、面积少的农业生产仍然依靠小型喷雾器人力完成植保作业,且雇佣人工作业的成本也逐年升高,这就导致了农业生产对机械化植保设备的需求量也急剧增加。因此,在甘肃省科技计划项目的资助下,笔者结合当地实际,设计了一款适用于普通老百姓小面积作业使用的搅拌式农药喷洒机,可在一定程度上促进农民增收。     

基于GIS的智能喷洒系统数据监测研究

以蔬菜种植智能喷洒系统为研究对象,利用GIS与网络通信技术相结合的方式建立智能喷洒控制系统及数据监控系统,并进行智能喷洒系统的硬件及软件设计.对系统监控数据与系统数据库标定的各状态使用数据进行相比,结果表明:实际使用过程中的系统数据与标定数据存在微小的偏差,整体运行数据相符,说明所建立的智能喷洒系统能有效地进行系统运行...     

大坡度山地果园双向全方位农药喷洒机设计与试验

传统农药喷洒机在大坡度山地作业时会大幅降低效率,因此针对大坡度山地果园研发了一款双向全方位农药喷洒机,并进行了试验验证.结果 表明:当农药喷洒机具行进速度为1m/s、送风强度为8m/s、喷头与树冠层间距为0.5m时,竖直喷药模式的施药效果较好.按照相同条件下,对45°倾斜式喷药模式与竖直喷药模式的喷药效果进行试验比较,...     

基于喷灌系统的微酸性电解水生成喷洒系统研究

为提高微酸性电解水在设施农业领域的规模化应用程度,设计一种基于喷灌系统的微酸性电解水生成喷洒系统。系统主要由输水管路、水质处理系统、电解执行系统、电解控制系统、弥雾系统等组成,可以完成注水过程、电解过程、出水过程和喷灌过程,工作过程均由STC89C52RC单片机控制4个继电器自动完成。系统利用10%稀盐酸溶液作为电解质原液,采用无隔膜电解的方法生成微酸性电解水,结构简单、操作方便,自动化水平高。整个系统一次电解70 L,电解过程10 min,电解水p H值为5.0~6.5,有效氯浓度可达30 mg/L,可以完成温室栽培的减农药应用及规模化设施养殖的消毒杀菌作业。     

基于激光扫描的果树树形重构系统研究

为了实现果园机械自动对靶喷药中树形的识别,采用激光测距传感器进行果树二维图像的绘制,通过对车载激光传感器采集的果树点云信息的筛选和变换,完成果树点距离信息的选取;利用MATLAB的绘图功能,将筛选后的距离信息与二维图像的灰度值进行融合,实现扫描距离到图像灰度值的转变.实验表明,该系统可以很好地将扫描距离信息融人到二维灰度图像的绘制当中,使图像中所包含的信息量更大、更全面.     

基于PWM的农药变量注入控制系统设计与试验

针对目前农药定量喷洒技术的缺陷,设计了一种农药注入式管路混合的变量喷洒控制系统.该控制系统利用单片机通过脉宽调制方式,对蠕动泵(直流电机)进行控制,实现纯药量精确输出,再利用限流阀控制单位时间水的通过量,二者在管路中混合实现浓度匹配.用户在使用时,只需通过键盘输入单位面积喷洒药量,控制系统会通过预先设计好的算法,得到驱动蠕动泵(直流电机)工作的占空比值,便可控制电机的转速.同时,控制系统不断通过采样电机转速和车速对实际喷洒药量进行校验控制.     

基于移动激光扫描的靶标叶面积计算方法

针对疏枝果园的变量对靶施药问题,提出基于移动激光扫描(Mobile laser scanning,MLS)技术的靶标叶面积计算方法,为变量施药实时提供基础数据。为消除激光雷达(Light detection and ranging,LiDAR)探测距离和施药车辆行驶速度对点云密度的影响,在车辆行驶方向和激光雷达扫描方向上计算每个测量点的分辨率,为MLS点云数据建立变尺度格网,以格网面积作为被激光束覆盖的叶面积,建立靶标总体格网面积(Total grid area,TGA)与真实总体叶面积(Total leaf area,TLA)的线性回归模型。采用仿真树模拟疏枝果树靶标,搭建移动激光扫描测量系统,采集靶标点云数据,改变探测距离及移动速度,获取了4种不同疏枝程度靶标的108个样本数据。试验结果表明,随着探测距离的增加和移动速度的降低,靶标点云数显著减少,变异系数最小为0.9209,靶标格网面积能稳定提取,变异系数最大为0.0537,TGA与TLA的拟合优度为0.9090,叶面积测量相对误差均值为9.16%。     

基于激光扫描三维图像的树上苹果识别算法

为消除不同光线和复杂背景的影响,提出了一种自动识别树上苹果的算法.使用激光视觉系统获取果树局部的三维图像,参考设定的场景知识对图像背景进行简化;采用基于平滑频率曲线的自动阈值检测方法实现图像的二值化;通过轮廓跟踪技术记录目标边界的走向,据此计算链码和与链码差,并根据两者在果树各部分的变化规律确立相应的准则,以提取苹果的轮廓像素点;利用随机圆环法获得果实的形状特征完成对苹果的识别.实验结果表明,该算法具有较好的实时性,当枝叶遮挡面积小于40％时,果实的正确识别率高于93.75％,且识别效果不受光照条件与果实表面颜色的影响.     

基于单片机的定量农药喷洒控制系统

针对目前农药定量喷洒技术缺乏的情况,开发了一种农药定量喷洒的控制系统.该控制系统利用单片机和L298芯片通过控制直流水泵的工作时间来实现其功能.用户只需通过键盘输入校核时间并开启系统,再输入校核量和实际需要的农药量,单片机会通过内部设计的算法计算出直流水泵的工作时间,从而达到定量喷药的目的.通过大量的实验发现,利用此控制系统,可以达到农药的定量精准喷洒.     

基于地基激光雷达的玉米真实叶面积提取方法研究

叶面积指数(LAI)是定量描述植物叶片生长状态的重要参数,相较于受叶片聚集情况影响较大的有效LAI,真实LAI更能准确反映作物真实的生长状态。地基激光雷达(TLS)可以快速获取高精度植物的高度、密度、叶倾角、叶面积等作物结构信息,但在叶面积信息获取上主要得到的是有效LAI。借鉴体素化的思想,提出了基于体素内叶片及其投影数学关系的真实叶面积获取方法。该方法充分利用TLS在获取垂直结构信息上的优势,将表征玉米真实生长状态的点云数据作为数据源,利用体素将玉米叶片回波点云分割成一系列叶片单元,基于体素内叶片及其投影数学关系求取叶片单元面积,进而实现玉米真实叶面积的获取。通过利用不同激光雷达扫描仪分别于北京和河北两地获取的不同品种、不同尺度的4个样本点的玉米TLS点云数据进行验证:样本点1、2、3的试验数据为单木尺度,采用不同体素大小计算叶面积。结果表明,该方法计算所得叶面积与实测叶面积具有较高的相关性,决定系数均在0.8以上,方法可信度较高;最优体素大小分别为0.17、0.15、0.15 cm,在相应最优体素大小下,RMSE分别为61.898、44.058、42.844 cm2,植株总叶面积之间的相对误差分别为-2.678%、0.619%、-0.474%,误差较小,精度较高。样本点4的玉米点云数据属于群体尺度,叶面积计算结果与实测叶面积之间的绝对误差为-14.663%,计算结果偏小。由此可知,基于体素内叶片及其投影数学关系的真实叶面积获取方法切实可行,且精度较高。     

基于PWM调速的变流量喷药系统

针对目前便携式和手推式喷药机的不足,设计了可变流量的喷药控制系统.采用控制器调节PWM,控制电机转速,从而控制喷药系统的流量,实现根据实际需要对喷药流量的精确控制.在相同试验条件下,通过设置不同占空比和频率,做了流量的相应试验.试验和实际运行结果表明,该系统运行可靠,自动化程度高,有利于对喷药技术的改进,适用于便携式喷药机和手推式喷药机.     

基于机器视觉的室内农药自动精确喷雾系统

建立了基于机器视觉的室内农药自动精确喷雾系统,对信号采集、图像处理、施药决策、数据交换等主要问题作了较深入的研究,提出了基于相对色彩因子的树木图像分割算法,和传统方法相比,在不影响分割效果的同时大大提高了图像分割的实时性。测试表明该系统运行良好,有很好的户外应用前景。     

基于DSP的激光互相关测速系统

提出基于DSP的激光互相关测速方案.以电动机带动的皮带为测速研究对象,对其进行软硬件设计和仿真分析,验证此方案的正确性、可行性和优越性.为物体速度的非接触式在线测量提供一种有效方法,具有较大的理论研究和应用价值.     

基于三维激光扫描点云的树冠体积计算方法

针对树冠形状不规则,树冠体积难以测量和计算的问题,提出一种基于三维激光扫描点云的树冠体积计算方法——体元模拟法,即以固定大小的体元模拟不规则的树冠形状.首先将树冠沿树高方向以k为步长进行等距离分段,把每一段树冠的点投影到垂直于树高方向的平面上,再对该平面划分成大小为k×k的像元,根据投影到各个像元内点的数量,判断该像元的有效性,统计有效像元的数量T,则树冠体积为T个k×k×k的体元之和.经试验,当体元边长等于冠径的1/10时,计算的树冠体积达到稳定.该算法对于任何树种不用考虑树冠的形状,减少了人为判别导致的差异,适用于三维激光扫描树木树冠体积的计算.