高效自适应喷雾植保无人机设计与研究

农作物植保无人机对植株进行喷雾作业时,多由操作手进行目测无人机与植株的垂直距离进行喷雾高度的调节完成施药,而采用人眼目测法易造成喷雾沉积量、沉积密度误差的问题。为了提高对药物充分利用及植保无人机的喷雾效率,设计了一种高效自适应喷雾植保无人机,使用超声波完成无人机至植株竖直距离的数据采集,并实时检测植株密度,自动调节植保无人机飞行姿态及喷头的施药速率。试验结果表明:设计的高效自适应喷雾植保无人机喷雾姿态自适应调节响应速率快,喷雾位置精确,药物流失少。     

无人机梯田施药路径规划设计

针对我国南方丘陵梯田等复杂地形的作物农药喷洒问题,传统方法依赖于人工喷洒,工作量繁重并且工作环境差,极易导致人中毒,安全系数低,提出采用无人机自动施药的方案。采用厘米级PTK网络连接的定位系统对无人机进行定位,飞机在用户自定义施药区域自主飞行,控制器实时检测飞机位置并记录无人机飞行路径,通过与用户定义区域实时对比,计算出未作业区域,经过激光测距测量飞机距离田面及田壁距离,调整飞机位置。控制器对无人机采集回的图像数据进行处理,确定田面上农作物有无情况,实现对复杂地形的全覆盖作业,系统安全可靠、喷药效率高,可在实际作业中广泛应用。     

果园自动对靶施药系统设计与试验

针对果园作物生长环境复杂、农药利用率低且易流失造成环境污染问题,设计了果园自动对靶施药系统。该系统采用红外光电传感器探测果树,根据传感器信号控制电磁阀状态实现自动对靶施药;采用红外测距传感器实时检测周围环境,实现避障及转弯。室内模型实验表明:该系统能够自主行走、垄间穿行、果树识别和向果树对靶施药,小车行走速度约0.5 m/s时对靶喷药时间约20 ms。该研究为在果园中实施自动对靶施药技术提供了理论依据。     

基于机器视觉的喷雾定位系统设计

为实现温室封闭环境下的自动化农药喷洒作业,设计一种基于机器视觉进行喷雾目标检测、以机械臂为喷药执行单元的精准施药系统。该系统可对目标作物大小及位置进行实时获取,并通过DSP控制机械臂完成施药动作。为尽可能保证目标作物位置检测的准确性,本文针对目标作物冠层视觉检测时的特殊性,提出采用基于冗余组合的图像分割算法和引入方差分量的改进SAD(Sum of Absolute Differences)匹配算法。算法在抑制田间背景噪声和提高匹配算法适应性上取得较好的实验效果,可以为喷雾臂控制提供稳定准确的空间三维坐标。     

高地隙施药机喷杆自动调平系统设计与试验

因田间地表起伏,高地隙施药机在作业过程中车体极易发生横滚方向的倾斜,同车体刚性连接的喷杆同时倾斜,甚至与作物、地面碰触,影响喷药均匀性和作业安全性.为此基于机电液一体化控制方法,设计了高地隙施药机喷杆自动调平系统.设计电控液压调平机构,使喷杆与车体柔性联接,实现在横滚方向上喷杆与车体的相对转动.采用姿态测量方法实时检测...     

基于遥控的温室喷雾机自适应控制系统设计与试验

在地面存在障碍及施药隐患的温室环境里,为避免喷雾机碰撞墙面或作物,防止重喷漏喷,要求喷雾机与作物之间始终保持近似平行,以保证施药效果。为此,基于串口通信,设计了无线遥控及自适应行走的实时运动控制系统。在喷雾机车体两侧及前端共布置了5个超声波测距传感器,分别用来实时检测车体到作物行两边的距离和前方路况,并设计了一种对作物行两侧距离检测的去最值平均值算法,以根据测量数据对喷雾机进行实时调整。给出了样机总体结构,介绍了运动控制系统的组成、原理及自适应调节方法,详细阐述了控制系统的软硬件设计方法,并对遥控与自适应实时运动控制系统及算法的调节性能分别进行了室内场地试验和温室环境试验。试验结果表明:自适应控制系统及算法可使喷雾机实时快速调整并沿作物行中心线行走,喷雾机实际偏移道路中心线的距离平均值为6cm,遥控系统灵敏、安全、可靠。     

喷雾机喷雾系统的稳压设计与试验

喷雾机在拖拉机驱动下,在喷施药物过程中,由于隔膜泵自身的脉动工况,使得喷雾系统产生轻微的压力脉动,造成喷头压力不均衡,施药不均匀,不能做到恒压施药。为此对喷雾系统进行稳压设计是很有必要的。本文论述了蓄能器选型计算和现场试验,通过加装蓄能器,可恒定喷雾系统的压力,对提高施药的均匀性有一定辅助作用,同时也为加快推进精准施药喷雾机的发展提供了依据。     

果园对靶喷药控制系统的设计及试验

针对目前果园喷药作业现状,设计了果园对靶喷药控制系统。该系统根据霍尔(测速)传感器实时检测拖拉的行驶速度,采用红外传感器列阵探测果树树冠,根据靶标检测信息和行驶速度来控制电磁阀的频率与占空比,从而调节喷头流量,实现了基于果树树冠检测的对靶变量施药。室外对靶施药试验结果显示:在传感器探测范围内,果树靶标识别率100%,喷药覆盖率100%;当拖拉机速率不超过1.16m/s时,对于同一靶标区域,速度几乎不影响靶标的检测宽度;同等条件下,速度越大,喷药宽度的相对误差越小。     

基于单片机的施药检测系统设计与试验

传统施药系统在使用过程中存在农药利用率低、施药参数无法在线监测和存储等问题,容易造成农田和环境污染,严重影响农作物的生产质量,对人类和牲畜的人身安全构成了严重威胁。针对以上问题,设计了基于单片机的施药检测系统,在深入分析施药检测系统的需求后,完成了施药检测系统总体方案的设计,确定了合理可靠的功能模块,完成了施药检测系统的软件设计。进行系统施药速度、压力及流量的检测试验,结果表明:该系统参数检测精度高、控制效果好、人机交互性强,能够较大程度地提高农药利用率,提升农作物生产质量,具有一定的推广价值。     

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%。     

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。     

园林移动施药实时监测系统设计与试验

由于园林作物复杂,对不同植物病虫害需要的施药量以及药品类型不同,为实现实时监测,做好园林植保作业,本文以STM32F103VCT6单片机为信息处理控制器,设计园林移动施药实时监测系统,并通过车体结构设计,构建监测施药作业体系.系统由移动车体、药箱、微控制器、GPS定位系统、GSM无线通信模块、液位传感器、流量传感器、显...     

遥控喷杆喷雾机设计与试验

针对大田蔬菜种植病虫害防治需求,利用高地隙四轮转向液压底盘,设计一种遥控喷杆喷雾机。采用PID控制算法设计液压驱动系统和变量施药系统。液压驱动系统通过对比实时采集的实际车速和轮速计算各轮滑转率,以理想滑转率为控制目标进行实时动力分配;变量施药系统根据实时采集的实际车速和预设的目标单位面积施药量换算目标流量,以目标流量为控制目标进行实时喷雾流量调节。在韭菜田进行不同车速下的性能考核试验,结果表明：滑转率最大的车轮为左前轮,滑转率均值为6.14%,能稳定在理想滑转率范围内;滑转率最小的左后轮是轮上载荷最大的车轮,滑转率均值为0.76%,显著小于其他车轮;喷雾作业雾滴沉积率均值为93.4%,变异系数为21.6%,变量施药系统随速调节功能良好,但作业质量随着车速增加而略有下降。该喷雾机可为大田蔬菜种植智能化植保机械的研制提供参考。     

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。     

WiFi遥控精确对靶喷雾控制系统设计

目前,我国施药技术落后,造成了农药浪费和环境污染。为此,提出了WiFi遥控精确对靶喷雾控制系统的设计方案,并针对无驾驶室喷雾机设计了基于Android对靶喷雾控制系统遥控软件、喷雾控制器,以及基于二维激光传感器的靶标检测算法。Android遥控软件通过socket将喷雾启停等参数传递给喷雾控制器,控制喷雾控制器进行激光数据采集及数据处理等工作。引入软件延时,将喷头状态通过串口延时发送给下位机并通过socket延时发送给Android遥控器显示,确保靶标检测与喷雾的一致性。本文的靶标检测算法经过MatLab软件仿真,能准确实现各喷头区域内靶标的检测。试验表明:Android遥控器能在WiFi环境下远程控制喷雾控制器,软件界面能实时显示各喷头状态,下位机模块的LED能实时模拟喷头状态。     

果园变量施药系统设计

针对果园变量施药以及果园内果树生长状况的监测和评估等问题,设计了一款基于ROS(机器人操作系统)且能在果树田间实现自动导航的果园变量施药系统。利用三维雷达通过SLAM(同步定位与建图)进行果园环境及果树的感知与避障;通过多光谱相机及搭载的高速CPU硬件设备进行作物长势及病虫害的实时分析,并发送果树病虫害状况处方图至施药车,施药车根据监测车传送的处方图对每棵果树进行变量施药,最终总结出果园变量施药系统的设计方案。     

自动对靶精准施药机研究——基于图像边缘检测和目标识别

为了提高施药作业的效率和实际着药量,降低喷药成本和给环境造成的负担,提出了准确精量的对靶施药系统的设计理念,并给出了施药平台的原理和结构构成,最后对施药平台的图像处理系统进行了重点设计。为了验证方案的可行性,以传统的施药机械为搭载平台,将PC图像处理器嵌入到了精准对靶控制系统中,选择地势平坦的果园为实验场地,对施药平台进行了实验研究。实验结果表明:基于图像边缘检测和目标识别的自动对靶施药平台即使在光线不好的条件下,仍可以准确地得到果树果实和枝叶的位置信息,施药平台的实际着药量要比传统施药平台更高,而成本却更低,从而验证了方案的可行性。     

基于UG的车载式施药机械联轴器的仿真动画设计

近年来,车载式施药机逐步在农业病虫害防治中推广使用,但由于技术相对落后,在施药过程中普遍存在喷施不均、漂移、蒸发、污染和施药者中毒等问题。为此,在车载施药机桁架结构的设计分析过程中,引入了UG三维建模和仿真软件,通过计算机仿真分析,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降低农业生产成本。为了验证方案的可行性,采用UG软件创建了桁架结构两中心线不相重合的轴的联轴器模型,并进行了运动仿真分析。结果表明:采用UG软件可以成功实现车载施药机机械零部件的运动仿真,且仿真结果符合实际运动规律,对于车载施药类机械结构的研究具有重要的意义。     

基于Visual C++的精确定时技术与应用

为了保证实时控制系统的控制精度,往往要求能精确定时。在Visual C＋＋中提供多种定时方案,对常见的几种定时方法进行了对比、分析。针对精准施药系统的定时要求,分别采用Ouery Performance—Frequency（）和QueryPerformancecounter（）函数及多媒体两种方法进行定时。经过测试,表明两种方法均能够满足系统提出的定时精度要求,但前者与计算机的硬件配置有关,因此在精准施药系统中采用基于多媒体的定时方法。     

智慧农业背景下高原夏菜虫害识别与施药算法研究

高原夏菜在种植过程中虫害严重,传统的施药方法无法精准施药,会造成大量的农药浪费。课题组根据高原夏菜的实际生长情况,借助机器人来完成施药作业。机器人在作业过程中可以实现虫害识别和蔬菜作物行分析。在机器人上安装相机,行进过程中对作物进行拍照,根据图片自动解译虫害类别及受害程度,并根据Hough 算法识别作物行。将获取的信息作为智能施药的依据,在不改变施药量与压力的情况下,通过机器臂上的控制器进行变量施药。结果显示,该机器人施药稳定性良好,实现了精准施药。