基于农药喷施溯源的精准变量喷药监控系统设计与试验

针对现有大田精准施药系统主要以药量变量控制为主,缺乏农药喷施作业数据远程监测与溯源管理等问题,本文设计了基于农药喷施溯源的精准变量喷药监控系统,可实现农药精准变量喷施,作业地块、作业时间、作业面积、农药种类与配比、喷施药量、喷雾压力、实时流量和作业速度等信息的在线监测、实时显示和溯源管理。基于该系统分别开展了施药量计算精度、作业面积计算精度、物联网数据传输稳定性、变量调控系统动态响应、变量调控精度和农药喷施均匀性等试验。试验结果表明,北斗定位测速最大误差为1.33%,平均误差为0.82%,施药量计算误差为1.73%,作业面积计算误差为2.61%,数据丢失率为3.51%;速度连续变化下系统稳定调节时间为4～5 s;不同设定施药量和作业速度下,变量调控精度误差为2.45%;雾滴沉积点密度大于20滴/cm²下,在喷雾机行走和喷雾方向上的喷雾覆盖率变异系数均小于10%,满足精准变量作业要求。本研究可在实现药量变量调控下对农药喷施数据进行溯源管理,为后续开展大田作物农药残留风险评估提供支撑。     

喷杆喷雾机变量喷雾控制与测试试验台设计*

为满足喷杆喷雾机变量喷雾技术需要,设计一种喷杆喷雾机变量喷雾控制与测试试验台,实现对已有的变量喷雾装置的实时控制以及性能测试。变量喷雾控制与测试试验台由控制系统和数据采集系统组成。控制系统以西门子S7-200 系列PLC为基础,由动力系统、驱动系统、流量系统和变量控制系统组成;数据采集系统采用数据采集模块与传感器获取管路流量、压力、转矩和行驶速度等参数,通过LabVIEW软件对采集的参数进行实时显示和存储。转速工况下的流量精度测试试验显示平均流量误差为4.0%,可作为判定变量喷雾装置性能的一个技术参考;试验表明该试验台可有效实时控制喷杆喷雾机变量喷雾控制部件,满足喷杆喷雾机变量喷雾控制部件的性能测试需求,为制定变量喷雾质量评价技术规范提供技术参考。     

基于PLC自动对靶喷雾控制系统的设计与试验

为提高喷雾装置的工作效率,实现实时对靶喷雾。本文利用PLC开发一套自动对靶喷雾控制系统,该系统利用激光测距传感器探测喷雾机和植株之间的距离,PLC根据激光测距传感器反馈回的距离数值判断是否存在植株,从而决定是否开启对应位置喷头喷雾。喷头输出口安装有液体流量传感器,用于实时监控液体流量。人机界面用于实时显示喷雾机工作状态和存储记录每次工作完毕后液体输出流量值。试验选取行间距约为3m,树龄约为4年的苹果园为试验基地,试验前调整喷雾机行驶速度为3km/h,喷雾压力为0.8MPa,分别在启用激光测距传感器和未启用激光测据传感器两种情况下进行十次喷药试验,研究发现采用对靶喷药功能比未采用对靶喷药功能情况下,喷雾效率提升34.76%。     

基于PID控制技术的喷雾机均匀化作业设计

针对喷雾机作业过程喷雾均匀化程度较低的问题,基于PID控制技术对喷雾机均匀化作业进行了设计。该喷雾机为智能喷杆喷雾机,主要组成为转向控制系统、智能平衡控制系统、变量施药系统和显示系统。喷雾机的电机采用PID控制器进行控制,利用PID控制算法—积分分离算法对电机进行闭环调速,保证喷雾机的均匀化作业。为验证喷雾机的作业性能,对其进行平衡和均匀化试验验证,结果表明:其平衡性能和均匀化作业性能良好,能够满足喷雾机的作业要求。     

基于雾滴性能农用喷雾机监控系统设计与试验

药剂喷施是种植业中一个重要的农艺操作,人工喷施的劳动强度大、作业效率低,大量药剂喷施需要利用喷雾机完成。喷雾效果主要由雾滴的性能决定,提高喷雾效果的关键在于对喷雾机作业状态进行监控。为此,基于粒径和运动速度两个因素,设计了一个自走式喷杆喷雾机的监控系统。系统以PLC为核心,根据喷雾高度的变化调节雾滴性能,可提高雾滴漂移率、沉积量和穿透能力。试验结果表明:安装了监控系统的喷雾机获得了理想的喷雾效果。     

3WP—650型智能变量喷杆喷雾机的设计与试验

针对中国大田作物病虫害防治存在的智能化程度低、劳动强度大、均匀喷药造成药液浪费和环境污染等问题,采用机电一体化技术和自动控制技术,研制3WP—650型智能变量喷杆喷雾机。该机可以实时监测并通过智能控制系统的人机交互界面显示作业速度、喷雾压力和流量、药液箱液位等参数。样机性能试验表明,在作业状态下,液位测量准确度误差在6%以内;药液不足时报警准确率为100%,能够防止因药液不足发生漏喷;同时能够实现根据机组作业速度变化实时调节的变量喷雾,提高喷量一致性和农药利用率,且变量喷雾下定量喷雾的一致性最大为4.4%,满足设计要求。     

自动控制技术在喷杆喷雾机变量喷施作业中的应用

植保作业是农业生产的重要工作,对于农作物病虫害的防治意义重大,是农作物丰产丰收的保障性手段,随着农机技术的不断发展,喷雾机逐渐成为农业植保的主力机型,宽幅喷杆喷雾机在我国的普及率逐渐提升,其高效率、高质量的喷施作业逐渐获得了农民的认可与好评,在大面积作业过程中合理利用农药实现精准喷施是植保机械发展的主要目标之一,因此,宽幅高效的喷杆喷雾机具有广阔的市场前景。为进一步提高自动控制技术在喷杆喷雾机上的应用效果,从喷杆喷雾机结构特点与功能需求出发,分析了变量喷雾的自动化硬件与软件应用情况及功能特点,说明了未来变量喷雾技术在喷杆喷雾机上应用与普及的可行途径。     

基于PLC的喷杆喷雾机变量喷雾自动控制系统设计

针对农业精准喷雾的要求,提出了一种基于PLC的喷杆喷雾机变量喷雾自动控制系统的设计方案,分析了变量喷雾自动控制系统的工作流程,介绍了自动控制系统的硬件及软件设计,实现了对喷头流量和工作压力的自动控制,提高了喷雾作业的自动化和精准化水平。     

喷雾机内药液晃动横向力测量系统的设计

喷杆式喷雾机作为主要的农田施药装备,药箱内液体和喷雾机组构成了液固耦合系统,该系统在作业时产生的附加载荷会影响喷雾机整机性能。因此,研究喷雾机药箱内液体晃动载荷对喷雾机底盘技术、整机安全性能,喷雾作业性能的提升有着重要意义。为了研究喷雾杆式喷雾机在田间作业时药箱内药液晃动产生的横向力,对喷雾机药箱药液晃动进行了力学分析,并设计了一种测量药箱药液晃动横向力的测量系统。该横向力测量系统的线性度为0.915%F·S,重复性误差为1.597%F·S,迟滞为0.83%F·S。     

一种智能遥控变轨式喷杆喷雾机的设计

针对大面积菠萝种植人工喷药或施叶面肥作业劳动强度大、效率低等问题,基于作物种植垄距不同、生长高度不同等特点,课题组设计了一种智能遥控变轨式喷杆喷雾机。喷雾机采用履带式液压驱动,喷雾机底盘根据作物种植垄距和高度的不同,采用液压升降和液压变轨距调节适应作业要求;喷杆采用平行四边形机构液压升降调节喷雾高度,采用电动推杆实现展开与折叠;喷雾系统采用电磁离合器、电磁球阀和电控调压阀智能控制,从而可以远程控制喷雾启停并实现变量喷雾;增加倾斜报警系统,超过设定坡度值时,机器发出危险报警;喷雾机配置全景摄像头,在遥控器中显示多视角界面以及整机状态与参数,能实现200 m无线遥控远程操控作业。研究结果表明,智能遥控变轨式喷杆喷雾机应用于菠萝田间喷药或施叶面肥等植保作业,无需作业人员下地工作,通过远程控制喷杆喷雾机即可完成,能有效避免菠萝带刺叶片以及喷雾对人的伤害,大大促进了菠萝种植机械化智能化发展。     

高地隙喷雾机自动导航驾驶管理系统

我国是农业大国,近年来农业科技发展迅速,高地隙喷雾机因其高效节能、省时省力等优点逐渐被广泛应用。目前,我国仍需要大量劳动力来驾驶喷雾机,驾驶期间也并未将人与机器分离,导致农药对人体造成的直接伤害不可小觑。自动导航驾驶不需要人为驾驶,将人与喷雾机分离,节省了劳动力又保障了人身安全。为此,研究了一种高地隙喷雾机自动导航驾驶人机交互管理系统,旨在实现上位机软件与下位机实时通信,控制下位机实现自动导航,同时协助下位机实现喷药作业。高地隙喷雾机自动导航驾驶管理系统具有自动备份车辆配置和作业记录的功能,能够在喷药结束后查看作业数据,以方便后期导航控制算法的优化与改进。     

四轮转向喷杆喷雾机平移换行导航控制系统设计与试验

针对传统喷杆喷雾机在转弯、换行过程中调头空间有限、转向半径大、易碾压作物等问题，提出了一种可利用车辆平行移动来实现换行作业的控制方法。基于平移换行方式设计了四轮转向喷杆喷雾机的导航控制系统，该控制系统采用RTK(Real time kinematic)定位模块和姿态传感器进行组合导航，以喷雾机位置信息和姿态信息作为输入，在四轮转向运动学模型基础上，结合运动学解算实现了喷杆喷雾机非转弯调头换行的自动导航跟踪控制，根据喷雾作业要求设计了基于有限状态机的自动作业策略。开展了传统PID(Proportion integration differentiation)控制器与单神经元PID控制器的实地对比测试。在常规方形硬质平整地块试验时，搭载常规PID控制器的喷雾机在平移换行过程中的最大跟踪偏差、平均绝对偏差为7.63、4.27 cm,而搭载单神经元PID控制器的喷雾机在平移换行过程中的的最大跟踪偏差、平均绝对偏差为6.48、3.24 cm。在常规方形田间地块试验时，搭载常规PID控制器的喷雾机在平移换行过程中的最大跟踪偏差、平均绝对偏差为11.01、6.66 cm,而搭载单神经元PID控制器的...     

基于PWM控制的变量喷药技术体系及流量控制试验研究

以精准农业技术理论和研究为基础,讨论了我国喷药实施现状,分析了传统喷药技术的弊端,并提出了基于国产变量喷药机的PWM变量控制技术.变量控制系统包括脉宽调制(PWM)电磁阀、变量控制器及以地理信息系统为核心的变量实施上位计算机.通过试验证明,采用PWM方法实现变量喷药,流量控制范围可达到4:1,基于PWM的变量喷药控制方法符合变量喷药机对流量控制要求.     

喷杆喷雾机变量控制特性测试系统设计与试验

为精准高效地完成喷杆喷雾机变量喷雾控制系统的控制特性测试,研制一种喷杆喷雾机变量控制特性测试系统,通过网络RTK采集机具行进速度,采用高精度流量与压力传感器获取管路流量和压力,利用CAN总线和无线数传的方式完成数据和指令的传递,通过Android设备进行人机交互完成数据的实时监测,结合数据处理软件完成测试结果的统计分析...     

在线自动对靶喷雾控制系统研究

为了提高喷雾装置的自动对靶精度,实现流量控制的实时自动化调节过程,提出了一种基于二值化图像分割和微波测距的自动对靶喷雾控制系统。该系统利用植物叶间灰度的动态阈值来调控电磁阀,实现了实时变流量喷雾过程。为了提高微波测距的精度和图像二值化过程的效率及鲁棒性,使用了神经网络算法对测距误差进行修正,采用了动态阈值方法对图像的二值化进行迭代计算。最后,对实时自动对靶喷雾控制系统进行了测试,由测试结果可以看出:采用神经网络和动态阈值二值化方法可以大大提升控制系统的精度,提高了喷雾的效率和准确性,为现代化农药喷雾技术的研究提供了理论参考。     

基于机器视觉的高地隙喷雾机自动导航系统设计

针对高地隙喷雾机在玉米中后期喷药植保作业对行难的问题,设计了一种基于机器视觉的高地隙喷雾机自动导航系统,并进行了可行性分析和仿真试验.系统整体由前置的CCD摄像头、车载计算机、STM 32微控制器、蓄电池组、步进电机及控制器,以及传感器模块组成,通过Labview编程软件实现程序的开发及数据的储存工作,车载计算器进行图...     

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。     

机电式流量阀的模糊控制实现与测试

为在线混药式变量喷雾农药流量检测设计一种机电式流量控制阀和流量控制系统。采用模糊控制算法,依托STC12C5410AD单片机实现对农药流量的模糊控制。对所设计的系统进行静态跟踪测试和动态响应测试,静态跟踪误差为±3.0%;初始流量为1.5 mL/s,目标流量为3.1 mL/s,阶跃响应曲线上升时间为0.35 s,绝对稳态误差为 ±0.1 mL/s,相对稳态误差在±3.2%以内。测试结果表明该流量阀采用模糊控制,其控制性能,超调量、响应时间和稳态误差能达到变量喷雾的要求。