精确喷施智能除草装置和控制系统设计

作     者：陆健 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：毛罕平

授予年度：2009年

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

主      题：精确喷施 嵌入式 模糊控制 ARM 

摘      要：精准农业是目前全球农业科学领域研究的热点,也是未来农业发展的趋势之一。精确施药技术是精准农业的重要组成部分,通过对农药投入的合理分配,最大限度地提高农药的利用率,提高效益;同时降低作物中农药的残留量,提高作物的品质与产量,保证粮食与食品安全,也保护了农业生态环境。 本文对精确喷施智能除草装置和控制系统进行设计,开展一系列的试验和分析,研究解决了技术难点,并在此基础上探索田间精确喷施除草的效果。主要的研究工作包括以下几个方面: 1)精确喷施智能除草装置设计:根据田间实际作业环境及除草装置的功能要求,对智能除草装置移动平台进行设计,另外,选择合适的泵、流量传感器、电磁阀和喷头等来构建喷施系统。 2)控制系统策略与方案设计:采用RS-232串口通讯方式,实现PC机与控制器间的实时数据通讯;采用旋转编码器作为速度/位移传感器,实时采集除草装置移动平台的行驶速度;利用模糊控制原理,设计模糊控制器,对电磁阀进行模糊控制,实现农药的精确喷施。 3)控制系统开发:以ARM7为硬件平台,移植了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ,并对外围接口电路进行设计,利用C语言对控制系统进行编程,完成模糊控制器、流量与速度信息采集以及人机界面等功能。 4)试验研究:根据推算定位原理对定位精度进行标定;测定控制系统的响应时间;对压力与喷施流量的关系、PWM变量喷施的流量特性进行研究;最后结合试验结果,对精确喷施系统的进一步改进工作提出自己的看法。 研制的精确喷施智能除草装置控制系统主要有以下功能:实现上、下位机的数据通讯,下位机接收视觉识别系统的杂草位置与面积信息,同时向上位机发送触发指令来获取下一幅图片;利用旋转编码器结合推算定位的方法,实现系统的精确定位;根据模糊理论对进行电磁阀控制,实现变量喷施;利用涡轮流量传感器采集系统中的喷施流量,并将结果显示在LCD上。 本文的研究为田间精确喷施除草装置的研发提供了理论和实践依据。