文摘

控制精度显著影响繁荣喷雾器的表演。在这项研究中,我们发展一个精确的自动控制技术基于车辆速度反馈。我们利用辅助antidrift wind-curtain式空气流量和系统变量喷雾控制系统自适应施肥和在线测量的工作条件。实验结果表明,该变量喷雾控制系统可以保持速度误差小于3%。空气流量显著提高喷涂的渗透,减少雾滴,增加农药效用。受益于辅助气流,农药的平均效用从26.76%提高到37.98%。此外,速度反馈控制减少农药的消费12%以上。

1。介绍

作为农业的一项重要技术,喷洒在全世界吸引了越来越多的关注(1- - - - - -4]。繁荣可以使用喷雾器农药减少疾病的威胁,害虫和杂草的作物。直到现在,一组研究已经开展提高喷涂的性能,包括农药减少消费,减少雾滴的大小,和增加渗透5- - - - - -7]。一般来说,精确的植物保护机械是由机电液压系统和他们通过光电控制系统。的发展遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS),它总是被称为3 s技术、气流antidrift技术已经广泛应用在繁荣喷雾器更高的控制精度。具体来说,一组参数收集在线实现智能控制的喷涂,例如,农药的压力和流量(8- - - - - -14]。在[8),一个变量喷雾控制系统提出了识别杂草从豌豆苗图像,实现智能除草。在[9),作者开发一个暂停air-assisted系统来提高繁荣喷雾机的性能。在[11),一个变量喷雾系统,提出了通过使用多个组合喷嘴喷洒。此外,地理信息技术和高压静电喷涂技术也应用于智能喷洒。控制理论,提出了各种方法提高精度(15,16)、速度(17,18),和鲁棒性19,20.]。

然而,繁荣喷雾器的研究仍然面临相当大的挑战。首先,控制系统的精度是不满足。第二,减少农药需要进一步改进。为了解决这些问题,在这项研究中,我们开发一种新型变量控制系统基于wind-curtain繁荣喷雾器气流和在线检查的工作状态。我们意识到在线监督喷淋系统的关键参数,包括喷淋管道压力,农药,农药残留在坦克和旅行速度。工作质量的关键参数,如工作条件的繁荣,也考虑。受益于antidrift wind-curtain气流技术,喷洒的普及率提高,雾滴的漂流是增加。因此,农药消费明显减少了。

本文的其余部分组织如下:部分2描述了变量控制系统开发的轮廓。部分3介绍了该控制方法。部分4提供了硬件和软件开发。部分5给出了实验结果和分析。部分6结论。

2。变量控制系统开发的轮廓

在本节中,我们首先描述变量繁荣喷雾器用于这项研究。接下来,我们简要地介绍了开发系统的轮廓。

2.1。使用变量繁荣喷雾器

在这项研究中使用变量繁荣喷雾器介绍如下:至少45千瓦电力。农药坦克的额定容量是3000 L。喷涂振幅是24米。轮距是1800毫米到2200毫米可调。喷嘴的地面间隙是0.5米到2.0米。额定喷洒压力0.3 MPa到0.5 MPa。农药的应用程序的数量的调整范围是150嗯²750 L /嗯²。农药的应用程序的控制精度±5%。工作速度是6公里/小时到10公里/小时。生产率将大于12嗯²/小时。使用机制的总体规模 。如图1、变量控制系统是由风幕气流antidrift系统和变量喷雾控制系统。

2.2。开发系统的轮廓

在线监测的工作条件、变量喷雾控制系统能够自适应调整的数量基于的旅行速度喷雾器喷洒农药。提出控制方法,设置值的使用单位面积农药是第一个输入到控制系统。然后控制系统进行监控的移动速度来计算当前数量的单位面积农药。接下来,我们测量值与设定值进行比较。如果比较之间的差异值超过阈值时,控制系统将喷涂后传动装置自动调整压力。基于这些反馈,实际的单位面积农药使用量,即。农药流,可以接近期望值。因此,精确喷洒。

以广泛的先进精简指令集计算机(ARM)控制器,工作速度、管道流,和可以获得压力传感器通过控制器区域网络总线(can总线)。用户输入的数据总和来计算所需的变量被发送到驱动电路。因此,直流电机的调速电动球阀的实现。提出了开发系统的轮廓图2。

3所示。提出控制方法

提出的控制方法的轮廓图所示3。系统输入参数机器前进速度值,流量值和输出结果。

假设整个农田分为一组区域,每公顷和农药消费(L /嗯²)是由 在哪里表示瞬时喷嘴(L / min)和流动表示实际的喷涂区域(m²),是由 在哪里和代表实际喷涂面积的宽度(m)和工作速度(米/秒),分别。结合(1)和(2),我们有

因此,我们可以估计提前经验。如果,喷嘴流被认为是成正比的瞬时速度工作吗在某一个时刻。确保变量达到期望值,和应该保持在喷涂成比例。

我们为了更好的雾化,控制常规雾化锥为110°使用双喷嘴。喷嘴间隔相当于或超过50厘米基于喷嘴的要求。繁荣的高度通常是50厘米高的作物。结合上面的分析,实际喷涂区域的宽度可以表示为(m) 在哪里表示数量的喷嘴,表示相邻喷嘴的距离,代表了喷嘴的离地间隙是喷嘴的喷射角度。提出了闭环控制方法,当电流接近目标流,控制器采用脉冲宽度调制方法来减少球阀马达的速度。目的是减少过度造成的延迟和减少调整时间,相当于减少了球阀的延迟特性。

我们使用的电动机控制的PWM模式如下:介绍了ARM控制器首先计算当前的反馈值根据传感器采集信息,然后根据反馈的价值判断。最后,控制器发送一个相应的函数代码FC(功能代码)。函数代码是用于控制极性,开关,和球阀输入电压的大小,从而改变直流电机运动状态并最终改变球阀开度。FC可以表示为 在哪里和表示的理论价值和测量值 ,分别系统的最大允许误差,通过实验获得。为便于描述,以下被视为一个关键值, 。如果 ,设置全速模式,球阀电机全速旋转。如果 ,设置PWM模式,球阀马达速度降低。手臂实时计算工作周期根据设计方法。如果 ,调节阀不移动的流量是固定的。

网络流是至关重要的变量喷洒。具体地说,它涉及到单位面积的流量和累积流量。因此,有必要控制调节阀马达的速度。换句话说,当发动机关闭时预期的角度,PWM放慢速度工作。闭环控制,控制器使用脉冲宽度调制减少球阀时电动机的转速电流接近期望值。它旨在减少超调变由于延迟。调制时间越少意味着更少的延迟的球阀。电机转速下降曲线反三角函数,表示为

我们曲线离散化得到责任比例,用于调节电机速度。提出了图4,它可以指出rpm随着时间的百分比的增加迅速下降。然后我们计算离散曲线的残余之间的集成和原来的曲线,表示为

因此,离散化操作的误差仅为0.04%,这在实际的可以忽略。驱动电路的输出的负载比直接从离散曲线中选择。

4所示。开发系统的硬件和软件

在本节中,我们介绍了开发系统的硬件和软件,分别。

4.1。硬件

以广泛的硬件系统主要由ARM控制器,可以收集模块,车轮转速检测模块,实时流检测模块、压力检测模块、流量调节器、电源等,如图5,中央处理器是三星Exynos 4412的手臂。底部安装可以接收和发送端口,输入和输出端口的触摸屏,外围收集装置,转换电路,驱动模块、电动球阀,等。由PIC18F2580单片机和VNH3SP30芯片,驱动电路用于驱动调节阀电机和控制电机的转速和方向。

Exynos 4412芯片低功耗。Coretex-A9四核心芯片的丰富来源,主要包括1.4 GHz频率,64 -位/ 128 -位总线,和2 gb的内存。有十个功能模块,总结如下:(1)存储和文件模块(2)多核计算机单元(3)多媒体单元(4)公共汽车(5)通信端口(6)电源管理模块(7)系统单元(8)安全模块(9)音频模块(10)GPS / GLONASS子系统

每个探测系统和管理单元集成在开发板作为一个节点可以连接到总线上的控制器和接收器。可以网络发送参数的在线轮速度、流量和压力。速度检测传感器利用霍尔元件获得脉冲频率来计算工作速度。实时流量监控实际上是涡轮流量传感器。当测试流体流经传感器叶片,叶片开始旋转,定期改变管道的不情愿。压力监控使用diffusion-silicon压力变送器测量管道从0到1 MPa的压力,与在12 ~ 36 VDC电源电压,精度为±0.50%,二线从0到5 V输出电压信号。输出信号是通过端口连接到模拟收集模块。实时流流量控制阀的控制。此外,流量调节器由电动调节阀、驱动电路和电源。电动调节阀控制阀体的流体流动。 The drive circuit of the regulator valve is employed to drive the DC motor of the regulator valve and to control the speed and directions of the DC motor. The power supply is 12 VDC. The installations are shown in Figure6。

4.2。软件

主机是由使用Qt开发SDK。如图7喷雾器的工作条件,显示在左边的窗口,包括管道压力,向前移动的速度,和当前农药消费。中间的窗口,流动时间曲线由“Qt部件技术应用”(QWT)提供。当前时间和喷雾器的输入参数提出了在窗口的右边从上到下,分别。内部计算参数是依赖于数量的喷嘴,繁荣的高度、喷嘴间隔。提供的功能按钮是在窗口的底部,包括“+”“-”“汽车”,“手册”和“启动/停止”,可用于在线调整参数改善工作条件。

主人和奴隶电脑通过CAN总线通信网络。因为没有可以在PC总线端口,可以首先转化为USB,然后PC与CAN总线网络连接的计算机的奴隶。主人和奴隶之间的网络通信实现计算机使用安全SHell文件系统(SSHFS)。

5。实验结果

在本节中,我们给出了该系统的实验结果和分析。首先,我们进行实验来验证开发的变量控制方法基于不同的工作速度。第二,我们验证农药消费的减少。

首先,我们认为是速度控制的准确性。我们进行了实验在农业领域和放牧区域国家农业高科技示范区。我们在实验设置不同的工作速度。每个值的速度,实际的速度和速度控制系统记录。然后我们计算它们之间的相对宽容。这项研究的结果发表在表1。结果表明,不同速度的相对公差根据设置值都小于3%。因此,监测系统的准确性是满意。

接下来,我们专注于喷涂的准确性。同样,我们选择了不同的工作速度和设置不同的预期消费单位面积农药。对于每个设置的参数,我们记录了理论的喷涂,喷涂的实际数量和计算喷涂的错误。提供的结果表2和3。它可以指出,得益于该方法,喷涂压力可以自动调整,这样喷洒控制误差小于5%,不管参数设置。结果表明,工作速度控制的准确性和喷洒压力控制可以满足农业生产的要求。表中给出的结果3演示速度反馈控制减少了农药消费12.7%至15.2%为不同实验设置。

最后,我们进行实验来验证农药消费的减少通过使用提出的控制系统。这部分的实验进行了玉米田陕西农业和放牧农场。行间距为70厘米,玉米间距是20厘米。叶面积指数(LAI)是1.78。实验描述如下:环境风速是2 ~ 2.5 m / s。温度是30°C。农药使用罗丹明B(荧光示踪剂)的浓度为0.1%。对两个条件变量繁荣喷雾器,使用没有辅助气流,如图8和9,分别。为变量繁荣喷雾器,喷压力为0.4 MPa。工作速度设置为6.7公里/小时,空气流动速度是15米/秒。

评估的效率喷洒农药,我们定义了“农药效用,”用 ,如下所示, 在哪里代表的农药在农作物和沉积表示使用农药的喷雾器。这项研究的结果发表在表4。

从结果中,我们可以注意,提出系统显著增加了农药效用。这主要是因为wind-curtain气流使农药更彻骨的,减少滴的漂流。与辅助气流,农药的平均效用为不同实验设置为37.98%。另一方面,基于系统的结果没有辅助气流只有26.76%。因此,我们认为该变量繁荣喷雾器能够减少喷洒农药的消耗和减少环境污染,增加其农药效用。

6。结论

在本文中,我们提出一种新颖的基于辅助antidrift系统繁荣喷雾器wind-curtain类型的空气流。发达变量喷雾控制系统达到自适应施肥和在线测量的工作条件。通过使用变量喷雾控制系统开发,速度误差可以控制在3%。空气流量显著提高喷涂的渗透,减少雾滴,增加农药效用。受益于辅助气流,农药的平均效用从26.76%提高到37.98%。此外,速度反馈控制减少农药的消费12%以上。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是支持下的吉林省科技发展计划资助20190701055 gh。