喷头磨损度电子评价系统的研究与开发

摘要

精准施药是现代化农业发展的一个重要组成部分和重要的发展方向之一，越来越受到广泛的关注。现代喷雾施药技术是一门综合性技术。农药喷洒技术的水平程度不仅取决于农药品种和药剂的发展，还取决于喷雾施药机械水平的发展程度。而农药喷洒均匀性主要取决于喷头的性能，研究喷头的性能是提高农业植保水平的前提。喷头磨损度的高低影响了农药的使用情况和农药使用效率。
　　针对我国农药喷头喷洒磨损度电子评价系统的不足，国内外对喷头均匀性研究较多，对喷头磨损度、一致性等喷头指标研究较少，而且一般是人工对喷头流量、一致性等指标进行测量，造成喷头性能检测精确度低、效率低的现象。本论文开发了一种喷头磨损度电子评价测试系统。系统采用FPGA系列芯片为主控制器，完成对传感器数据的处理、显示和存储。本系统可实现了对1-30路喷头磨损度、喷头喷洒流量、喷洒压力、喷洒气象条件和喷灌压力等数据进行实时显示功能。该装置具有处理任务多、操作方便，可靠性高等优点，已经在国家农业信息化技术研究中心小汤山基地使用。
　　本论文主要研究内容包括:
　　1、分析了国内外对喷雾试验平台的研究情况，掌握了对喷头磨损的试验研究方法，讲述了喷雾均匀分布的重要性及意义。
　　2、确定了喷头磨损度电子评价系统的总体设计方案、总体实现功能和各个模块的性能指标。
　　3、完成硬件设计，设计了频率转换模块电路、信号调理电路、A/D模数转换模块电路，核心控制器FPGA完成了对信号的采集、数据处理、存储和显示。
　　4、开发了基于C＃语言上位机交互界面，实时把FPGA采集的数据传送到上位机，更好的完成人机交互。实现了SOPC系统对A/D数据采集模块、LCD液晶显示模块的控制。
　　5、详细阐述了整个正交试验的过程，由试验数据分析了喷头类型、喷雾时间、喷雾压力三个水平因素对喷头的磨损度、喷头流量、喷头一致性的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 论文研究内容及安排

1．4 系统开发流程

1．5 本章小结

第二章 喷头磨损度电子评价系统的方案设计

2．1 喷头磨损度电子评价系统的总体方案

2．2 喷头磨损度电子评价系统元器件的选定

2．2．1 积液夹

2．2．2 硅胶管

2．2．3 流量传感器

2．2．4 水压力传感器

2．2．5 温湿度传感器

2．2．6 风向风速传感器

2．2．7 A／D转换芯片

2．3 本章小结

第三章 喷头磨损度电子评价系统的硬件电路设计

3．1 硬件系统结构

3．2 中央控制单元

3．3 流量传感器频率转换模块

3．4 A／D转换电路

3．5 电源电路

3．6 显示电路

3．7 UART串口通信

3．8 FPGA配置电路

3．9 SD卡电路

3．10 本章小结

第四章 喷头磨损度电子评价系统的软件设计

4．1 SOPC系统创建

4．2 数据采集控制

4．2．1 SPI逻辑控制程序

4．2．2 SPI内核配置

4．2．3 PIO控制程序

4．2．4 液晶模块驱动设计

4．2．5 液晶模块程序设计

4．3 上位机界面程序设计

4．3．1 传感器数据显示设计

4．3．2 串口通信程序设计

4．3．3 XML的使用

4．3．4 系统界面数据库设计

4．4 本章小结

第五章 喷雾综合性能平台测试试验

5．1 系统误差总体分析

5．1．1 流量传感器的误差分析

5．1．2 温湿度传感器的误差分析

5．1．3 硅胶管长度对试验数据的误差分析

5．2 喷头喷雾磨损度总体试验设计

5．2．1 总体试验方案

5．2．2 正交试验设计总体方案

5．2．3 试验结果的直观分析

5．2．4 试验结果的方差分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表学术论文