發(fā)布時(shí)間：2020-11-21 00:53

　　 變量對(duì)靶噴霧是減少噴霧使用量的有效途徑,對(duì)發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。為了有效減少田間噴霧植保作業(yè)過(guò)程中農(nóng)藥的使用量,本文以脈寬調(diào)制(PWM)變量噴霧及機(jī)器視覺(jué)技術(shù)為基本技術(shù)手段,設(shè)計(jì)并優(yōu)化變量對(duì)靶噴霧機(jī)器人,設(shè)計(jì)并研發(fā)相應(yīng)農(nóng)業(yè)裝備。 論文主要研究?jī)?nèi)容如下： 1、為實(shí)現(xiàn)在線快速建立PWM噴霧流量模型,本文搭建了一套可采集測(cè)量噴頭出壓力數(shù)據(jù)的PWM高速電磁閥變量噴霧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。根據(jù)噴頭壓力與流量關(guān)系特性,利用卡爾曼濾波算法得出噴霧瞬時(shí)流量數(shù)據(jù),并對(duì)其積分得到噴霧平均流量。設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)分段線性擬合方法,將濾波后得到的噴霧平均流量與PWM占空比相關(guān)聯(lián),最終建立PWM噴霧流量模型。分別在噴霧壓力為0.2MPa、0.3MPa以及0.4MPa的條件下,對(duì)各噴霧流量模型進(jìn)行噴霧流量控制實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：三種壓力條件下所建立的PWM噴霧流量模型決定系數(shù)(R2)均在0.995以上,噴霧流量控制誤差范圍在±6%以內(nèi)。證明該方法可以為在線快速建立噴霧控制模型提供參考。 2、噴霧均勻性是噴霧植保作業(yè)過(guò)程中的重要作業(yè)指標(biāo)。由于PWM變量噴霧作業(yè)過(guò)程中噴頭不連續(xù)作業(yè),噴霧的均勻性特別是噴霧機(jī)運(yùn)動(dòng)方向上的均勻性較難控制。為了確定PWM變量噴霧技術(shù)參數(shù)對(duì)噴霧均勻性的影響,本文搭建了一套動(dòng)態(tài)PWM變量噴霧實(shí)驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行動(dòng)態(tài)霧滴分布均勻性實(shí)驗(yàn)。采用水敏試紙獲取動(dòng)態(tài)霧滴的分布狀態(tài),運(yùn)用圖像處理技術(shù),以區(qū)域內(nèi)霧滴覆蓋率的變異系數(shù)作為動(dòng)態(tài)霧滴分布均勻性判定指標(biāo),評(píng)估在不同PWM控制信號(hào)頻率、不同PWM控制信號(hào)占空比及不同噴霧壓力下單個(gè)噴頭動(dòng)態(tài)霧滴分布均勻程度。結(jié)果表明：變異系數(shù)隨控制信號(hào)占空比的增大而減小；控制信號(hào)頻率對(duì)動(dòng)態(tài)噴霧霧滴分布均勻性有較大影響,變異系數(shù)隨控制信號(hào)頻率的增大而減�。粐婌F壓力對(duì)變異系數(shù)的影響較小,噴霧壓力越大變異系數(shù)越大。 3、在對(duì)靶噴霧過(guò)程中,電磁閥是整個(gè)系統(tǒng)中至關(guān)重要且唯一的機(jī)械部件,其響應(yīng)速度是影響噴霧精準(zhǔn)性的重要因素,本文引入一種改進(jìn)型PWM控制波形并通過(guò)響應(yīng)面法(RSM)減少農(nóng)業(yè)噴霧系統(tǒng)中電磁閥的響應(yīng)時(shí)間。其控制參數(shù)及范圍為：驅(qū)動(dòng)電壓(10,12和14V)、保持時(shí)間(15,40和65ms)及高頻PWM占空比(5,15和25%)。通過(guò)壓力傳感器獲得噴霧操作壓力并由此獲得電磁閥的響應(yīng)時(shí)間。在此參數(shù)范圍內(nèi)本文獲得的最小響應(yīng)時(shí)間的條件為驅(qū)動(dòng)電壓12V,保持時(shí)間為15ms及高頻PWM占空比為5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)值一致,表明：與普通控制方法相比,RSM減少了21.2%的響應(yīng)時(shí)間。 4、搭建基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的對(duì)靶噴霧平臺(tái),以VS2010及OpenCV為開(kāi)發(fā)工具完成對(duì)綠色植株目標(biāo)的有效提取及噴霧技術(shù)參數(shù)的計(jì)算。以RS232為通訊接口完成上位機(jī)與以STM32F407為控制核心的下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)田間智能植保裝備及相關(guān)部件。 5、嘗試了對(duì)靶噴霧的機(jī)理研究。改變噴霧技術(shù)參數(shù)以提高噴霧霧滴沉積率,通過(guò)三維相機(jī)采集植株點(diǎn)云,運(yùn)用拉格朗日粒子軌跡計(jì)算方法描述霧滴粒子,研究粒子軌跡與植株點(diǎn)云的相交判別。運(yùn)用Matlab編寫動(dòng)態(tài)噴霧模擬環(huán)境并進(jìn)行可重復(fù)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),但模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步研究。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TP242.62;S49
【部分圖文】：

不能實(shí)現(xiàn)小區(qū)域的按需給藥造成農(nóng)藥的大量流失。如圖1.1所示，隨著我國(guó)糧食產(chǎn)量的逐年遞增，農(nóng)藥化肥的使用量也是逐漸升高。特別是從1991到2012年全國(guó)農(nóng)藥使用量從76萬(wàn)噸上升到180萬(wàn)噸，大量的過(guò)量農(nóng)藥在生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)性污染，如圖1.2。萬(wàn)20。 大氣 水體丄5C -1I ? XM X *I U。1 作物雙 土 壤圖1.1逐年遞増的農(nóng)藥使用量 圖1.2過(guò)量農(nóng)藥的持續(xù)性污染Fig. 1.1 The increasing pesticide usage Fig 1.2 The pollution caused by excessive pesticide1

過(guò)量農(nóng)藥的持續(xù)性污染Fig.1.1TheincreasingpesticideusageFig1.2Thepollutioncausedbyexcessivepesticide1

圖2. 1 PWM高速電磁閥變量噴霧裝置控制系統(tǒng)Fig. 2.1 Variable spray experiment platform based on PWM high speed solenoid valve箱2.過(guò)濾器3.三虹柱塞粟4.電動(dòng)機(jī)5.蓄能器6.安全閥7.調(diào)壓溢流閥8.排氣9.精細(xì)過(guò)濾器10.大球閥11.數(shù)顯禍輪流量計(jì)12.數(shù)顯壓力計(jì)13.計(jì)算機(jī)14.信號(hào)單元15.PWM控制單元16.單向閥17.小球I聞18.壓力傳感器19.噴頭20.電磁
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本文編號(hào)：2892272