丘陵山地果園自動(dòng)噴霧機(jī)的研制.pdf

1、隨著我國(guó)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(shù)病蟲(chóng)害是影響水果質(zhì)量的主要因素，對(duì)其果園病蟲(chóng)害防治是水果生產(chǎn)管理過(guò)程中一個(gè)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(guò)量施藥，浪費(fèi)藥液，同時(shí)對(duì)周圍環(huán)境也造成極大的污染。我國(guó)西南地區(qū)多為丘陵山地，無(wú)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(guò)程中，為了達(dá)到自動(dòng)對(duì)靶，提高農(nóng)藥的利用率和減少污染的目的，本文設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)對(duì)靶噴霧機(jī)。4個(gè)超聲

2、波傳感器有效組合能準(zhǔn)確識(shí)別果樹(shù)位置；根據(jù)果樹(shù)位置通過(guò)兩根滑軌自動(dòng)調(diào)整噴頭高度及距離；轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)能自動(dòng)調(diào)整噴頭噴灑方向，使噴頭能更好地對(duì)準(zhǔn)果樹(shù)噴灑，提高農(nóng)藥噴灑效果；系統(tǒng)能根據(jù)有無(wú)果樹(shù)實(shí)時(shí)控制噴頭開(kāi)閉，降低農(nóng)藥損耗。本文主要做了如下工作：
　?。?）查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料與文獻(xiàn)，分析國(guó)內(nèi)外自動(dòng)對(duì)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(dòng)控制及手動(dòng)控制。自動(dòng)控制系統(tǒng)利用超聲波傳感器探測(cè)到的果樹(shù)距離信息后，根據(jù)測(cè)得的

3、距離對(duì)靶標(biāo)進(jìn)行識(shí)別判斷，并控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整噴頭姿態(tài)，對(duì)果樹(shù)進(jìn)行對(duì)靶噴霧。手動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)相應(yīng)的按鈕進(jìn)行操作，控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及噴頭開(kāi)閉。
　?。?）根據(jù)噴霧機(jī)功能需求設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的噴霧機(jī)以兩根滑軌及一個(gè)連接噴桿的步進(jìn)電機(jī)作為運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)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(cè)器?；?STM32F103系列的兩款單片機(jī)設(shè)計(jì)了整個(gè)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)

4、包括：數(shù)據(jù)采集模塊、自動(dòng)控制模塊、手動(dòng)控制模塊及電機(jī)控制模塊，各個(gè)模塊之間通過(guò)CAN總線進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。
　?。?）對(duì)控制系統(tǒng)中的各個(gè)模塊進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)及軟件程序編寫(xiě)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴頭自動(dòng)控制及手動(dòng)控制的功能。
　?。?）對(duì)超聲波傳感器定位精度、波束角及串?dāng)_進(jìn)行試驗(yàn)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(gè)超聲波傳感器合理位置組合，實(shí)現(xiàn)較準(zhǔn)確地対靶。分析了在0.5m/s的車速下，針對(duì)不同樹(shù)冠間距，選擇相適應(yīng)的對(duì)靶模

5、式。
　?。?）對(duì)原理樣機(jī)進(jìn)行室外試驗(yàn)，測(cè)試分析了原理樣機(jī)不足，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，將自動(dòng)對(duì)靶分為2種模式：自動(dòng)對(duì)靶模式1(噴桿不轉(zhuǎn)動(dòng))和自動(dòng)對(duì)靶模式2(噴桿轉(zhuǎn)動(dòng))。改進(jìn)后在果園進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：噴霧機(jī)行駛速度為0.5m/s時(shí)，當(dāng)兩樹(shù)冠間距小于0.25m時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)法分辨樹(shù)冠間隙。當(dāng)樹(shù)冠間距為大于0.25時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)可有效分辨樹(shù)冠間距。當(dāng)間距在0.25～1m時(shí)，在自動(dòng)對(duì)靶模式1下進(jìn)行噴藥，實(shí)時(shí)控制噴頭開(kāi)閉，有效減少農(nóng)藥使