丘陵山地果园自动喷雾机的研制
随着我国人民生活水平大幅提高，水果消费不仅数量大幅增加，而且质量要求不断提高。果树病虫害是影响水果质量的主要因素，对其果园病虫害防治是水果生产管理过程中一个十分重要的环节。传统粗放型的生产方式使用大量农药，不仅造成过量施药，浪费药液，同时对周围环境也造成极大的污染。我国西南地区多为丘陵山地，无法使用大型装置在果园进行作业。在丘陵山地果园施药过程中，为了达到自动对靶，提高农药的利用率和减少污染的目的，本文设计了一种自动对靶喷雾机。4个超声波传感器有效组合能准确识别果树位置；根据果树位置通过两根滑轨自动调整喷头高度及距离；转动机构能自动调整喷头喷洒方向，使喷头能更好地对准果树喷洒，提高农药喷洒效果；系统能根据有无果树实时控制喷头开闭，降低农药损耗。本文主要做了如下工作： （1）查阅国内外相关资料与文献，分析国内外自动对靶喷雾技术，确定本文喷雾机喷雾控制系统的方案。喷雾控制方案分为：自动控制及手动控制。自动控制系统利用超声波传感器探测到的果树距离信息后，根据测得的距离对靶标进行识别判断，并控制运动机构调整喷头姿态，对果树进行对靶喷雾。手动控制系统通过对相应的按钮进行操作，控制运动机构及喷头开闭。 （2）根据喷雾机功能需求设计运动机构、检测机构及控制系统。本文设计的喷雾机以两根滑轨及一个连接喷杆的步进电机作为运动机构来调整喷头姿态。本装置选择了深圳机电导向技术有限公司生产的 KS-109小束角超声波传感器作为靶标探测器。基于 STM32F103系列的两款单片机设计了整个控制系统，控制系统包括：数据采集模块、自动控制模块、手动控制模块及电机控制模块，各个模块之间通过CAN总线进行实时通讯。 （3）对控制系统中的各个模块进行硬件电路设计及软件程序编写调试，实现对喷头自动控制及手动控制的功能。 （4）对超声波传感器定位精度、波束角及串扰进行试验分析。根据喷雾机行驶速度及超声波传感器的性能，利用4个超声波传感器合理位置组合，实现较准确地対靶。分析了在0.5m/s的车速下，针对不同树冠间距，选择相适应的对靶模式。 （5）对原理样机进行室外试验，测试分析了原理样机不足，并对其进行优化改进，将自动对靶分为2种模式：自动对靶模式1(喷杆不转动)和自动对靶模式2(喷杆转动)。改进后在果园进行了试验，试验结果表明：喷雾机行驶速度为0.5m/s时，当两树冠间距小于0.25m时，检测系统无法分辨树冠间隙。当树冠间距为大于0.25时，检测系统可有效分辨树冠间距。当间距在0.25～1m时，在自动对靶模式1下进行喷药，实时控制喷头开闭，有效减少农药使用量，与连续喷药相比减少施药量14.2%。当树冠间距大于1m时，可根据实际情况选择对靶模式。当选择自动模式1进行喷药，与连续喷药相比减少施药量34.3%。当选择自动对靶模式2进行喷药，控制喷杆转动，增加树冠侧面农药覆盖率，使其覆盖农药更加均匀，并实时控制喷头开闭，使树冠侧面覆盖率由10%提高到20%以上；与连续喷药相比整个施药量减少8.8%。 （6）结合丘陵山地特点，加装人工施药系统，对履带车难以到达的区域进行人工作业。
丘陵山地;超声波;自动对靶;单片机;自动喷雾机;果园农药喷洒
西南大学
硕士
农业电气化与自动化
李光林
2017
中文
S491
75
2018-04-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）