变雾滴参数农药喷洒系统设计及试验研究

摘要

农作物的农药喷洒作业是确保农业生产顺利进行的必要作业任务，对我国国计民生有重要的影响。传统的地面农药喷洒方法由于喷洒效率低、农药残留严重和污染环境等缺点，逐步被航空喷雾方法所代替。此外，低量或超低量喷雾作业中，小粒径雾滴在沉降过程中很容易因挥发而改变雾滴参数，雾滴挥发与喷雾环境有关，不同病虫害需要用具有不同参数的雾滴去灭杀，雾滴参数需要满足生物最佳粒径理论，喷洒系统必须做到精准施药，然而，现有的农药喷洒系统很少考虑到雾滴挥发对雾滴参数的影响。为了解决以上这些问题，本课题设计了一种以多旋翼无人机为载体的变雾滴参数农药喷洒系统，并制作了样机，开展试验评估了样机。
　　本研究针对农药喷洒作业内容和设计要求，探讨了系统设计所用到相关理论，根据植保机械使用者的迫切需求，针对现有农药喷洒系统的缺陷，制定了样机整体技术方案，设定了样机主要技术指标。整体设计方案包括药液水路系统、下位机和上位机。根据整体设计方案，搭建了样机的药液水路系统，设计了下位机系统硬件电路，完成了下位机和上位机的嵌入式软件开发，通过测试验证了系统整体技术方案的可行性，初步完成样机的制作。雾滴参数与试验因素之间的关系以及雾化盘转速的精确调节是样机最终完成的关键，论文对此开展了相关试验设计。根据无刷直流电机的特性，利用 STM32精确测量了雾化盘转速，设计了旋转正交试验验证了大气温湿度和雾滴沉降距离是否对雾滴挥发有影响及影响程度，得到了雾化盘转速与试验因素之间的回归方程式。此外，雾化盘转速与脉宽调制信号占空比之间并不是严格的线性关系，用五次多项式对两者重新进行了精确标定。由于喷雾环境时常变化，雾化盘转速实际值跟随理论值比较困难，采用变速积分增量式 PID算法优化了雾化盘转速系统，并通过MATLAB仿真验证了算法的可行性，最终完成了样机的制作。设计了喷雾试验进行样机评估，评估结果表明：手动和自动喷雾模式下，试验结果都满足最初设定的技术指标，雾滴参数的误差在可接受的范围内。该课题设计的样机是生物最佳粒径理论的成功应用，为精准施药领域的研究提供了一个研究思路，论文中的数据和结论可以为实际农药喷洒作业提供指导。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 理论分析及整体方案设计

2.1 引言

2.2 相关理论

2.3 样机整体方案

2.4 样机主要技术指标

2.5 本章小结

第3章 样机药液水路及硬件部分设计

3.1 引言

3.2 样机药液水路部分设计

3.3 样机硬件部分设计

3.4 本章小结

第4章 样机软件部分设计

4.1 引言

4.2 各个模块的软件设计

4.3 本章小结

第5章 样机试验及评估

5.1 引言

5.2 雾化盘转速的测量

5.3 雾化盘转速和PWM信号占空比的标定

5.4 雾化试验设计

5.5 基于PID算法的雾化盘转速调节

5.6 样机评估

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢