果树对靶喷雾机柔性喷臂控制设计及试验

由于生态环境问题日益严峻,农药喷雾必然是朝着低污染、高精度、智能化与安全化的趋势发展。现有的对靶喷雾机虽然可以针对有无靶标植株进行喷药,但其喷雾架通常是固定不变的,难以同时适用于不同靶标植株。为此,提出喷臂变形以使中心喷头对准靶标植株树冠中心的柔性喷雾架方案,通过安装在拖拉机侧面的激光测距传感器对靶标植株进行距离探测,采用安装在喷臂上的角度传感器对柔性喷雾架的形状进行实时检测。根据上述检测结果,通过程序内部运算,获得控制量,驱动电推杆对喷雾架进行形状调整,同时由安装在十字架上的超声波传感器对喷雾架下的靶标植株进行实时的识别探测,并设计了一种能同时满足不同靶标植株形状的对靶喷雾控制机构。为了减小调节时间和由于机构抖动造成的系统误动作,在喷臂调节算法的基础上增加了调整死区。通过试验分析,喷雾架可以根据拖拉机侧面与靶标植株树干的距离进行柔性对靶调节,喷雾架最大的调节时间为5.8s,满足对靶喷雾的实时性要求。     

温室摇摆式变量弥雾机喷雾参数响应面法优化

设计了具有喷头变速摇摆功能和自动进、排药功能的温室摇摆式变量弥雾机。为验证和优化喷雾机的施药效果,以喷雾流量、喷雾距离、喷雾机行走速度和喷头摆动速度为自变量,雾滴分布变异系数为响应值,根据Box-Behnken试验设计原理,采用四因素三水平响应面分析方法,并利用Design-Expert软件建立数学模型,对各因素及其交互作用进行分析。结果表明：4个因素的影响显著性由大到小依次为：喷头摆动速度、喷雾机行走速度、喷雾距离、喷雾流量;喷雾机的最佳喷雾参数为：喷雾流量185mL/min、喷雾距离2m、喷雾机行走速度8cm/s和喷头摆动速度5(°)/s,此时雾滴分布变异系数为1.632%。     

矮化密植果园摇摆变量喷雾机参数响应面法优化

针对矮化密植果园作业特点,设计了一种具有多角度变速摇摆喷头功能的电力驱动果园喷雾机。基于Box-Behnken原理设计四因素三水平的中心组合试验,并结合响应面分析法研究了喷雾流量、喷雾距离、喷雾机行走速度和喷头摆动速度对雾滴分布均匀性的影响;以雾滴分布变异系数为响应值创建二次多项式模型,并利用软件Design-Expert 8.0对模型进行分析和优化,得到喷雾参数的最佳组合。结果表明：各因素对喷雾分布变异系数的影响大小顺序依次是：喷头摆动速度、喷雾距离、喷雾流量、喷雾机行走速度;喷雾参数的最佳组合为：喷雾流量375.20mL/min、喷雾距离1.72m、喷雾机行走速度0.14m/s、喷头摇摆速度16.19（°）/s,此时雾滴分布变异系数为11.471%。     

喷雾机喷头流量在线测量系统设计与试验

为实现精确喷雾,需要对各类喷雾机喷雾性能进行测试并校准。为此,设计了一套喷雾机喷头流量在线测量系统,可同时测量喷雾机主管道压力值和6个喷头流量值。药液由自制转换接头引流至流量传感器,由药液收集槽收集,流量传感器输出信号经处理模块处理后上传至上位机界面显示。试验时,针对 ALBUZ-ATR80型喷头进行流量测量。结果表明,当压力为0．3～1．5MPa、流量为0．53～1．25L/m 时,最大相对误差为4．40％;当压力为0．7MPa、流量为0．83～0．91L/m时,最大相对误差为3．88％。系统具有较高测量精度,操作方便,便于对各类喷雾机喷头流量进行测量与校准。     

3WGZ-500型喷雾机对靶喷雾系统设计与试验

为了提高果园喷雾的农药利用率,减少因农药地面流失而造成的环境污染,针对果园传统连续喷雾作业时存在过量喷洒和树间无效喷雾的特点,基于3WGZ-500型风送自走式喷雾机设计了自动对靶喷雾系统。该系统采用超声波传感器测距方式探测果树(传感器量程为0.35~2 m,发射角为60°,喷药机两侧分别以15°均布5个)。根据传感器信号,控制与相应位置喷头对应的上、中、下3组管路电磁阀的开合,实现自动对靶喷雾。以5 a树龄的苹果园为试验对象,在喷雾压力0.5 MPa时,开展不同作业速度(1.3、1.7、4.5、7.2 km/h)下果树冠层的有、无对靶喷雾试验,并与传统喷雾机喷药对照,结果表明:作业速度对3WGZ-500型喷雾机有、无对靶喷雾时的农药利用率影响不大,自动对靶喷雾系统开启时的农药利用率为35.8%,比关闭时的27.6%提高了29.7%,较传统喷雾机18.7%的农药利用率提高了91.4%,可大幅减少农药用量;3WGZ-500型喷雾机在不同作业速度的农药地面流失率十分接近,有对靶时地面流失率平均13.3%,相对无对靶时的18.86%降低了42%,说明对靶喷雾系统有效降低了对生态环境的污染。     

喷雾机设计中喷头的选型

喷头在喷雾装置中起着非常关键的作用。喷雾装置通过喷头控制液体的流量,使液体雾化成雾滴并将雾滴分布在目标的表面上。喷头是喷雾机实现喷雾作业的终端件,因此在喷雾机设计时,喷头的选型对喷雾机的性能尤为重要。为此,对喷头的类型、特点及选型进行了论述。     

基于靶标叶面积密度参数的变量喷雾控制系统开发与性能试验

变量喷雾技术是提高农药利用率、节省农药用量的重要手段之一。为达到果园施药减量增效的效果,本研究开发了一种变量喷雾控制系统,提出了叶面积密度参数与执行机构脉宽调制（Pulse Width Modulation,PWM）占空比的计算方法。该系统上位机基于激光LiDAR传感器探测的点云密度表征叶面积密度作为施药参数,并根据喷药处方计算各喷头对应电磁阀的PWM占空比,通过RS485通讯实时发送施药处方到下位机的可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC）,下位机PLC根据接收的PWM占空比控制对应电磁阀的开关频率实现喷头喷雾流量的调节。通过试验测量了施药单元网格尺寸、系统延时时间以及PWM占空比与喷头流量之间的模型参数三部分关键系统参数。结果表明在0.2、0.3和0.4 MPa压力下PWM占空比与喷头流量之间均为线性关系,线性拟合优度均在0.98以上。最后,通过喷雾试验验证变量喷雾样机的有效性,试验结果表明,采样点水敏纸上单位面积（cm²）最少雾滴个数为35滴,达到了有效喷雾效果;当靶标冠幅与总冠幅比为39.9%时,变量喷雾模式相比于连续恒定式喷雾省药71.96%,相比于对靶开关式喷雾省药29.72%,达到了减量效果。     

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。     

如何选购喷雾机

喷雾机是用于农田化学喷药除草、灭虫及喷施液体肥料的植保机械。目前,我国农田常用的机动液力杆式喷雾机,主要由机架、药罐、液力泵、传动系、操纵系、过滤系、喷架、喷管、输液胶管、联接件及喷头等组成。喷雾机选购要点如下:１．性能可靠性能可靠主要是指选购喷雾机时,应尽可能选择专业厂家制造的,并通过有关部门质量鉴定,市场上信誉较好的机型。２．功能齐全在选购喷雾机时,重点要看喷雾机是否具备如下保证喷雾效果的功能。（１）调压稳压功能。喷雾机的工作压力应为０．３～０．５ＭＰａ,应具有较强的调压和稳压能力,一般需配有压力表;…     

喷杆式喷药机喷杆高度调控系统设计与试验

为提高大田喷雾药液利用率,喷杆式喷药机作业过程中喷杆需要与作物冠层顶端保持某一设定距离并保持近似平行。为此,针对大田喷药喷杆仿形控制应用需求,设计了一种喷杆高度调节闭环控制系统。系统由喷杆机械机构、喷杆高度探测模块、液压调控系统、控制电路和控制软件组成,使用超声波传感器实时探测喷头与作物冠层之间的距离,与用户设定目标距离进行比较后控制液压阀动作,以实时调节喷杆高度。对喷杆高度调控系统调节性能进行了试验,结果表明:调节高度为20～60cm时,系统调节过程无超调,最大调节时间为10.1s,最大稳态误差为3.1%。系统调节精度高,运行稳定,可有效实时调节喷杆高度,为喷杆喷雾机仿形喷雾控制提供了算法支持。     

喷杆喷雾机智能控制系统设计及试验

为提高喷雾均匀性和农药的有效利用率,针对大田作物施药的农艺要求,设计了一种安装于大田常用喷杆喷雾机的喷雾机智能控制系统,并介绍总体方案和工作原理。该系统主要包括变量施药、喷杆高度自动调节等功能,变量施药系统通过变量调节阀调节喷雾流量,通过喷雾量与作业速度自适应控制模型,实现作业过程中药液均匀喷施;喷杆高度调节系统采用超声波传感器检测喷头与作物顶端的距离,根据设定的目标高度,控制电动缸动作,调节喷杆高度。试验表明:变量喷雾控制系统能够根据设定喷量和作业速度的变化准确发出调控指令,控制流量调节阀动作进行流量调节,提高了喷雾作业的均匀性,喷雾精度误差最小为2.24%,能够有效提高喷药作业质量;喷杆高度调节最大误差为5.40%,提高了喷杆与作物顶端距离调整的准确度。     

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。     

基于模糊PI控制的变量施药系统设计与试验

针对国内现有农田喷药机的定量施药方式,设计了一套基于模糊PI控制的变量施药系统。该系统采用多传感器实时采集喷药机车速、流量、压力等参数,并以此为控制依据,通过改变比例阀开度实时调整管道内药液流量,同时控制多组喷头的开闭。该系统采用主路流量调节方案,5组开关电磁阀控制多组喷头。喷药机喷头流量控制试验与田间喷药试验结果表明,单个喷头流量误差＜2.5%,模糊PI控制优于传统PI控制,田间喷药误差＜2.2%。      

基于机器视觉和北斗定位的小麦变量喷雾系统研究

针对传统植保喷杆喷雾机作业时各喷头以同等药量喷洒的方式导致农药浪费、利用率低和污染环境等问题,以生长前期的小麦为研究对象,设计一种基于北斗定位系统和机器视觉的小麦变量喷雾作业系统。通过双平面高度投影法完成对感兴趣区域获取,研究了速度、植株密度对喷雾的影响,提出变量喷雾流量的控制方法。在定位系统规划的目标区域内,通过机器视觉处理实现变量喷雾,试验结果表明,相同机组速度下,植株密度稀疏区相对植株密度正常区的平均雾滴覆盖率平均减少12.06%;相同植株密度下机组前进速度0.75 m/s相对1.50 m/s的平均雾滴覆盖率平均增加3.94%。在满足喷雾标准的情况下,可以在不同速度、不同植株密度下实现变量喷雾。为验证目标区域边界行驶速度对等级变换准确度,进行定位传感器实时判断在目标区域边界喷头相对位置并控制开闭,试验结果表明,在行驶速度为0.50 m/s时准确度最高,区域边界行驶超出量误差平均值为48.72 cm;为验证行驶方式对喷雾等级变换准确度的影响,使用北斗定位系统在目标区域边界开展行驶方式对喷雾等级变换准确度的影响试验,试验结果表明,驶入目标区域超出量误差平均值为7.20 cm。     

喷雾性能试验台的设计与研究

主要介绍了喷雾性能试验台测试与控制系统的研究与设计.同时,提出了通过数字图像处理和最小二乘法测量喷雾雾锥角、采用超声波精确测距技术进行喷雾均匀性检测以及应用传感器融合技术获取液泵性能参数的理论和方法.由计算机与PLC系统实现实时监控.本试验台的试验条件满足国家标准要求,能自动完成各种类型的农业植保用液力喷杆式喷雾机喷头及液泵的性能试验.     

自走式旋翼气流静电喷杆喷雾机喷雾性能测试

设计了一款自走式旋翼气流辅助式静电喷杆喷雾机,应用静电喷雾技术提高了雾滴在靶标上的附着性,利用气流辅助技术提高雾滴的穿透性。该机具有水平和垂直两种工作方式,可针对不同高度、不同长势的作物进行喷洒。对喷雾机开展了流量、水平喷幅测试,进行了雾滴沉积效果及雾滴穿透性等试验研究。研究结果表明:整机静态和动态流量接近,稳定性较好;随着喷头与靶标距离增大,喷雾幅宽增大。在整个幅宽范围内雾滴覆盖较均匀,当喷雾高度为1m时,9#~11#水敏纸上的覆盖率和沉积量最大;雾滴粒径为150~300μm,平均雾滴粒谱宽度1.1~1.8,说明雾滴分布较均匀。旋翼气流对雾滴在植株内的穿透性有直接影响,喷头距离靶标越近,雾滴穿透沉积效果越好。试验结果对优化旋翼气流静电喷杆喷雾机的结构,提高其应用效果具有重要意义。     

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。     

脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统施药量控制

采用6013型直动式高速电磁阀、TR80-05型圆锥雾喷头、DBEE6-1X/50型先导式比例溢流阀和自制的PWM变量喷施控制器,设计了一套PWM间歇喷雾式变量喷施系统.就隔膜泵输入轴转速、喷头位置、喷雾压力、PWM控制信号频率和占空比等因素对喷头喷雾流量的影响进行了试验测试,采用单因素线性拟合法建立了0.2、0.3和0.4 MPa喷雾压力下TR80-05型圆锥雾喷头的喷雾流量计算模型,得出了相应的施药量控制模型,并对整个PWM变量喷施系统的施药量控制性能进行了试验测试.测试结果表明:喷雾流量受喷头位置和PWM控制信号频率的影响很小,而受喷雾压力和PWM控制信号占空比的影响很大;在启用喷雾压力稳定控制功能的情况下,隔膜泵输入轴转速对喷雾流量的影响很小;在该电磁阀与喷头组合下,系统流量调节范围约为10∶1;当目标喷雾流量大于等于0.3 L/min时,喷雾流量控制误差在±4％范围内;整个系统的施药量控制误差在±6％范围内.     

基于实时传感器的精密变量喷雾发展概况

精密变量喷雾是保证农作物高品质生长的必要步骤,也是现代农业喷雾技术的研究热点。从喷雾靶标实时检测和药液变流量输出控制两个主要技术方面,对其研究进展进行阐述和分析。针对喷雾靶标对象的检测,分别讨论基于红外传感器、超声波传感器和激光传感器的植株目标探测技术,强调激光传感器在植株目标实时探测、密度高精度估计等方面的优势。在喷雾药液变流量输出控制环节,依次讨论变压力式和变浓度式等传统流量控制技术以及脉宽调制(PWM)变流量控制技术的特点,重点分析流量调节范围大、雾化特性好的PWM变流量控制技术的优势和应用前景。最后,总结指出基于实时传感器探测的变流量喷雾技术是现代农业精密喷雾的发展方向。     

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。