多功能变量喷雾机喷雾控制系统研究

摘要

精准农业是被广泛承认的可持续发展农业，并在国外已获得了显著的经济和社会效益。在精确农业技术体系中，变量喷雾是一个重要的组成部分，是解决我国农药杀虫剂，水肥，除草剂等投入不合理、农药平均利用率低和农业生态环境污染等问题的有效途径。本文结合上海市农委重点科技攻关项目，围绕变量施药技术，对变量喷雾控制系统进行了深入细致的研究。论文主要研究内容如下：(1)针对我国精准农业中变量喷雾施药技术发展需求现状，在分析变量喷雾机变量控制原理的基础上，结合项目设计要求，提出并开发了测速传感器、流量传感器、系统压力传感器、电动/电磁阀相结合的农药变量喷雾系统方案。试验表明该控制系统具有较高的可靠性，能够满足精准农业意义上的变量喷雾控制精度要求。(2)对液压回路的构建进行了分析设计，开发了变量喷雾控制系统的硬件。(3)设计开发了系统相关的上下位机软件，主要包括裁剪移植了Windows XP Embedded嵌入式系统，并基于此系统开发了变量喷雾上位机控制软件，实现了对传感器信息的自动采集和对流量控制阀的PID控制。(4)搭建了试验台，进行了变量喷雾相关试验。论文研究工作为研究开发适合我国国情、具有变量平衡施药功能的多功能、低成本变量喷雾机提供了基础，为推动精准变量喷雾提供了技术支持。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究的目的及意义

1.2 变量喷雾技术及设备的国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 变量喷雾原理与控制系统方案设计

2.1 变量喷雾的原理与系统构成

2.1.1 变量喷雾原理

2.1.2 变量喷雾系统基本组成

2.2 变量喷雾控制系统的总体方案设计

2.3 变量喷雾关键子系统及关键部件的设计与选定

2.3.1 变量喷雾执行控制子系统

2.3.2 作业位置获取子系统

2.3.3 测速传感器的选型与分析

2.3.4 喷杆高度自动调整系统设计

2.4 本章小结

第三章 变量喷雾系统的构建与硬件设计

3.1 药液回路的构建

3.1.1 喷头的选用和配型

3.1.2 喷药泵的选用

3.1.3 背压阀的选型

3.1.4 电动控制阀的选型

3.1.5 电磁开关阀选型

3.1.6 流量计的选用

3.1.7 压力传感器的选择

3.2 喷雾控制系统的硬件实现

3.2.1 主控制器选型

3.2.2 输入输出设备

3.2.3 下位机控制模块

3.2.4 下位机电源模块

3.2.5 流量、压力信号采集模块

3.2.6 通信模块

3.2.7 测速传感器信号读取模块

3.2.8 电动阀的控制模块

3.2.9 电磁开关阀控制模块

3.3 本章小结

第四章 变量喷雾系统测控软件的设计

4.1 WINDOWS XP EMBEDDED 剪裁与移植

4.1.1 Windows XP Embedded 的简介

4.1.2 基于CF 卡的windows XP Embedded 系统裁剪与移植

4.2 基于WINDOWS XP EMBEDDED 系统的上位机软件设计

4.3 基于RS-485 总线的上下位机通讯协议实现

4.4 下位机的软件实现

4.4.1 流量、压力传感信息的采集与转换

4.4.2 传感器数据的处理

4.4.3 控制阀的流量特性分析

4.4.4 控制模型的建立与算法设计

4.4.5 PID 控制算法及实现

4.5 本章小结

第五章 试验与数据分析

5.1 试验台的搭建

5.1.1 控制回路的搭建

5.1.2 药液回路的搭建

5.2 试验结果

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文