智能型果树仿形施药系统研究

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果园田间施药作业是果树种植业的重要组成部分,直接关系着水果的产量和品质。目前,我国果树施药装备和施药技术相对落后,大多采用淋浴式的低效喷雾方法,造成农药的大量浪费。为了解决这一问题,本文提出了仿形低量喷雾思想,运用树冠仿形施药的方法来提高果树施药作业效率和果树树冠的冠层穿透率,从而减少农药用量,降低种植成本,提高农业自动化水平,改善农业生态环境。仿形低量喷雾系统根据果树实际形状尺寸和树冠边缘来自动调节喷雾机构,使得喷雾头与果树叶冠之间在保持合适的距离和角度的情况下作业。仿形机构的调节依靠多段仿形推杆实现;由于喷雾头的工作角度较大,因此三个喷雾头同时工作即可覆盖单侧果树树冠;同时,农药喷施采用风送式来更好的雾化液滴,通过变频器调节轴流风机转速可以调整喷射距离。本文从仿形机构的设计入手,对机构进行结构优化和运动仿真,然后设计控制电路、操作面板式和菜单式两种人机界面,最后试验调试。具体工作内容包括:1.设计了一种三自由度对称式二级摇杆机构。机构能够根据果树的结构形状,在平面内调节喷雾点的分布与树冠距离,达到仿形的目的;具有结构简单、刚度大、仿形范围大、控制简单的优点。2.对该机构进行基于ADAMS仿真分析和机构优化。综合考虑杆件受力情况和喷雾点的工作空间,找出仿形推杆的最佳伸出位置。得出喷雾点的运动学和动力学特性曲线;研究机构正反解并探求奇异位置;推导出电机输入直线位移与喷雾头工作位置的运动学方程。3.根据设计要求设计了一套基于单片机的硬件控制系统,选用美国SILICON公司的C8051F020和C8051F340作为主控芯片,采用主从通讯的方式实现对喷雾参数有效控制。硬件构成主要包括通讯模块、操作与显示模块、仿形推杆控制与驱动模块等。4.编制了控制系统整套软件代码,分析了各个模块的软件流程,介绍了控制器的操作方法,同时还设计了面板操作的简约清晰人机界面。对系统进行了模拟调试和现场调试,以及试验验证。试验证明,机构能够较好的实施喷雾施药作业,果树树冠层覆盖率和穿透率明显提高;被控对象得到了方便有效地控制,系统稳定可靠,操作简单方便。
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