丘陵山地果園自動噴霧機(jī)的研制.pdf

1、隨著我國人民生活水平大幅提高，水果消費(fèi)不僅數(shù)量大幅增加，而且質(zhì)量要求不斷提高。果樹病蟲害是影響水果質(zhì)量的主要因素，對其果園病蟲害防治是水果生產(chǎn)管理過程中一個十分重要的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)粗放型的生產(chǎn)方式使用大量農(nóng)藥，不僅造成過量施藥，浪費(fèi)藥液，同時對周圍環(huán)境也造成極大的污染。我國西南地區(qū)多為丘陵山地，無法使用大型裝置在果園進(jìn)行作業(yè)。在丘陵山地果園施藥過程中，為了達(dá)到自動對靶，提高農(nóng)藥的利用率和減少污染的目的，本文設(shè)計了一種自動對靶噴霧機(jī)。4個超聲

2、波傳感器有效組合能準(zhǔn)確識別果樹位置；根據(jù)果樹位置通過兩根滑軌自動調(diào)整噴頭高度及距離；轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)能自動調(diào)整噴頭噴灑方向，使噴頭能更好地對準(zhǔn)果樹噴灑，提高農(nóng)藥噴灑效果；系統(tǒng)能根據(jù)有無果樹實時控制噴頭開閉，降低農(nóng)藥損耗。本文主要做了如下工作：
　?。?）查閱國內(nèi)外相關(guān)資料與文獻(xiàn)，分析國內(nèi)外自動對靶噴霧技術(shù)，確定本文噴霧機(jī)噴霧控制系統(tǒng)的方案。噴霧控制方案分為：自動控制及手動控制。自動控制系統(tǒng)利用超聲波傳感器探測到的果樹距離信息后，根據(jù)測得的

3、距離對靶標(biāo)進(jìn)行識別判斷，并控制運(yùn)動機(jī)構(gòu)調(diào)整噴頭姿態(tài)，對果樹進(jìn)行對靶噴霧。手動控制系統(tǒng)通過對相應(yīng)的按鈕進(jìn)行操作，控制運(yùn)動機(jī)構(gòu)及噴頭開閉。
　?。?）根據(jù)噴霧機(jī)功能需求設(shè)計運(yùn)動機(jī)構(gòu)、檢測機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)。本文設(shè)計的噴霧機(jī)以兩根滑軌及一個連接噴桿的步進(jìn)電機(jī)作為運(yùn)動機(jī)構(gòu)來調(diào)整噴頭姿態(tài)。本裝置選擇了深圳機(jī)電導(dǎo)向技術(shù)有限公司生產(chǎn)的 KS-109小束角超聲波傳感器作為靶標(biāo)探測器?；?STM32F103系列的兩款單片機(jī)設(shè)計了整個控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)

4、包括：數(shù)據(jù)采集模塊、自動控制模塊、手動控制模塊及電機(jī)控制模塊，各個模塊之間通過CAN總線進(jìn)行實時通訊。
　　（3）對控制系統(tǒng)中的各個模塊進(jìn)行硬件電路設(shè)計及軟件程序編寫調(diào)試，實現(xiàn)對噴頭自動控制及手動控制的功能。
　　（4）對超聲波傳感器定位精度、波束角及串?dāng)_進(jìn)行試驗分析。根據(jù)噴霧機(jī)行駛速度及超聲波傳感器的性能，利用4個超聲波傳感器合理位置組合，實現(xiàn)較準(zhǔn)確地対靶。分析了在0.5m/s的車速下，針對不同樹冠間距，選擇相適應(yīng)的對靶模

5、式。
　?。?）對原理樣機(jī)進(jìn)行室外試驗，測試分析了原理樣機(jī)不足，并對其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，將自動對靶分為2種模式：自動對靶模式1(噴桿不轉(zhuǎn)動)和自動對靶模式2(噴桿轉(zhuǎn)動)。改進(jìn)后在果園進(jìn)行了試驗，試驗結(jié)果表明：噴霧機(jī)行駛速度為0.5m/s時，當(dāng)兩樹冠間距小于0.25m時，檢測系統(tǒng)無法分辨樹冠間隙。當(dāng)樹冠間距為大于0.25時，檢測系統(tǒng)可有效分辨樹冠間距。當(dāng)間距在0.25～1m時，在自動對靶模式1下進(jìn)行噴藥，實時控制噴頭開閉，有效減少農(nóng)藥使