喷雾均匀性自动化检测系统的研究

摘要

农药的过量施用会造成农业生态环境的污染和食品的安全问题，落后的喷药设施及技术成为过量施用农药的主要原因。喷头作为化学农药喷雾的关键部件，其性能的好坏直接关系到农药喷雾的品质。喷雾均匀性是喷头性能的重要指标之一，因此，研究喷头喷雾的均匀性具有十分重要的意义。
　　 由于我国对农业基础理论和基础元件的研究投入不足，与国外相比，我国研制的喷头性能试验仪器相对缺乏，且检测误差较大，自动化程度低。目前，国内用于研究喷头性能试验平台主要为V型集雾槽喷雾试验台，利用量筒或称重传感器检测数据，试验台结构简单，操作方便，能检测喷头一维的均匀性，比较适合检测扇形喷头，但不适合检测圆锥形喷头的喷雾完全分布情况，且测量精度不高。针对以上的问题，本文研发了基于超声距离传感器的喷雾分布检测系统。该系统在上位机设定喷雾压力，通过单片机实现对压力的精确控制以及数据采集，使用集液皿收集药液，利用步进电机精确运动带动超声距离传感器检测喷头喷雾的二维分布均匀性，并在上位机完成数据的显示、存储及图形显示。
　　 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，掌握了喷雾均匀分布的试验研究方法，讲述了喷雾均匀分布的重要性及意义;
　　 2、通过对国内外喷雾均匀性测量方法的深入分析，制定了二维均匀性分布检测系统的设计方案;
　　 3、完成硬件设计，设计了以MSP430f149为核心处理器，压力控制模块、数据采集模块、电源模块、串口通信模块等外围模块的下位机硬件系统;
　　 4、完成上位机软件设计，设计了简洁的人机交互界面，确定了步进电机的运动方案，采用首尾相连完全遍历的运动轨迹算法，可以实时显示数据，并将数据保存到数据库中长期存储，而且可以显示喷雾分布图形;
　　 5、对本系统的误差进行了分析计算，设计了三因素三水平的正交试验，分析了喷头类型、喷雾压力、喷头高度对喷雾分布均匀系数的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景、目标及意义

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 技术路线

1．4 研究内容

1．5 本章小结

第二章 喷雾均匀性自动化检测系统的方案设计

2．1 喷雾均匀性自动化检测系统的整体设计方案

2．2 喷雾均匀性自动化检测系统主要组件确定

2．2．1 集液皿

2．2．2 超声距离传感器

2．2．3 比例调压阀

2．2．4 空气压缩机及无杆气缸

2．2．5 步进电机运动平台

2．2．6 超声距离传感器的精准定位设计

2．3 喷雾均匀性自动化检测系统的结构

2．4 本章小结

第三章 喷雾均匀性自动化检测系统的硬件设计

3．1 硬件设计方案分析

3．2 控制系统中央处理单元

3．3 电源模块

3．4 I／O接口设计

3．5 PC机串口通信

3．6 比例调压阀

3．7 超声距离传感器

3．8 本章小结

第四章 喷雾均匀性自动化检测系统的软件设计

4．1 上位机软件设计

4．1．1 上位机界面系统

4．1．2 上位机与下位机通信接口设计

4．1．3 VC++与数据库接口、界面参数配置设计

4．1．4 VC++与Matlab混合编程实现图像显示

4．2 单片机程序设计

4．2．1 系统软件开发环境

4．2．2 压力控制模块程序

4．2．3 A／D转换程序设计

4．2．4 串口通信接口程序设计

4．2．5 单片机主程序

4．3 本章小结

第五章 系统误差分析及试验设计

5．1 系统分布测量误差分析

5．1．1 比例调压阀控制误差分析

5．1．2 超声距离传感器测量误差分析

5．1．3 集液皿安装误差分析

5．2 喷雾均匀性试验设计

5．2．1 试验设计

5．2．2 正交试验方案

5．2．3 试验结果的直观分析

5．2．4 试验结果的方差分析

5．2．5 试验结果回归分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．1．1 喷雾均匀性自动化检测系统的设计

6．1．2 圆锥形喷头喷雾试验设计

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表学术论文