發(fā)布時間：2020-11-21 00:53

　　 變量對靶噴霧是減少噴霧使用量的有效途徑,對發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)具有重要的理論意義和實用價值。為了有效減少田間噴霧植保作業(yè)過程中農(nóng)藥的使用量,本文以脈寬調(diào)制(PWM)變量噴霧及機器視覺技術(shù)為基本技術(shù)手段,設計并優(yōu)化變量對靶噴霧機器人,設計并研發(fā)相應農(nóng)業(yè)裝備。 論文主要研究內(nèi)容如下： 1、為實現(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量噴頭出壓力數(shù)據(jù)的PWM高速電磁閥變量噴霧實驗平臺。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流量數(shù)據(jù),并對其積分得到噴霧平均流量。設計一個自動分段線性擬合方法,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,對各噴霧流量模型進行噴霧流量控制實驗。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)過程中的重要作業(yè)指標。由于PWM變量噴霧作業(yè)過程中噴頭不連續(xù)作業(yè),噴霧的均勻性特別是噴霧機運動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)對噴霧均勻性的影響,本文搭建了一套動態(tài)PWM變量噴霧實驗平臺,進行動態(tài)霧滴分布均勻性實驗。采用水敏試紙獲取動態(tài)霧滴的分布狀態(tài),運用圖像處理技術(shù),以區(qū)域內(nèi)霧滴覆蓋率的變異系數(shù)作為動態(tài)霧滴分布均勻性判定指標,評估在不同PWM控制信號頻率、不同PWM控制信號占空比及不同噴霧壓力下單個噴頭動態(tài)霧滴分布均勻程度。結(jié)果表明：變異系數(shù)隨控制信號占空比的增大而減��；控制信號頻率對動態(tài)噴霧霧滴分布均勻性有較大影響,變異系數(shù)隨控制信號頻率的增大而減小；噴霧壓力對變異系數(shù)的影響較小,噴霧壓力越大變異系數(shù)越大。 3、在對靶噴霧過程中,電磁閥是整個系統(tǒng)中至關(guān)重要且唯一的機械部件,其響應速度是影響噴霧精準性的重要因素,本文引入一種改進型PWM控制波形并通過響應面法(RSM)減少農(nóng)業(yè)噴霧系統(tǒng)中電磁閥的響應時間。其控制參數(shù)及范圍為：驅(qū)動電壓(10,12和14V)、保持時間(15,40和65ms)及高頻PWM占空比(5,15和25%)。通過壓力傳感器獲得噴霧操作壓力并由此獲得電磁閥的響應時間。在此參數(shù)范圍內(nèi)本文獲得的最小響應時間的條件為驅(qū)動電壓12V,保持時間為15ms及高頻PWM占空比為5%。實驗結(jié)果與預測值一致,表明：與普通控制方法相比,RSM減少了21.2%的響應時間。 4、搭建基于機器視覺技術(shù)的對靶噴霧平臺,以VS2010及OpenCV為開發(fā)工具完成對綠色植株目標的有效提取及噴霧技術(shù)參數(shù)的計算。以RS232為通訊接口完成上位機與以STM32F407為控制核心的下位機之間的數(shù)據(jù)傳輸。在此基礎(chǔ)上,設計田間智能植保裝備及相關(guān)部件。 5、嘗試了對靶噴霧的機理研究。改變噴霧技術(shù)參數(shù)以提高噴霧霧滴沉積率,通過三維相機采集植株點云,運用拉格朗日粒子軌跡計算方法描述霧滴粒子,研究粒子軌跡與植株點云的相交判別。運用Matlab編寫動態(tài)噴霧模擬環(huán)境并進行可重復性驗證實驗,但模擬結(jié)果的準確性有待進一步研究。
【學位單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TP242.62;S49
【部分圖文】：

不能實現(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年全國農(nóng)藥使用量從76萬噸上升到180萬噸，大量的過量農(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.過濾器3.三虹柱塞粟4.電動機5.蓄能器6.安全閥7.調(diào)壓溢流閥8.排氣9.精細過濾器10.大球閥11.數(shù)顯禍輪流量計12.數(shù)顯壓力計13.計算機14.信號單元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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1 畢功兵;基于變量屬性分類的DEA模型研究[D];中國科學技術(shù)大學;2007年

2 艾麗;中國公共服務均等化研究[D];武漢大學;2012年

3 周原;藥物取代基參數(shù)的構(gòu)建及應用[D];重慶大學;2006年

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2 周鳴川;脈寬調(diào)制（PWM）變量噴霧及視覺輔助對靶植保技術(shù)研究[D];浙江大學;2015年

本文編號：2892272