基于机器视觉的精准施药平台喷药机构设计

1、摘 要 本课题要求设计一个机构，这个机构主要是基于机器视觉信号上，对作物的有无进行判别，并进行药液的喷洒，药液的喷洒在离开作物时不能突然停止，以至最后的作物喷药不足。所以采用一个PWM脉宽调制电路，控制电磁阀，使喷头喷药时能够适当的延长一点时间，以至所有的作物都能被喷药。基于机器视觉的杂草对准喷药控制系统。本文的主要研究内容如下:1、施药机构的分析2、液压元件选用3、PWM脉宽调制控制系统4、系统压力损失计算关键词：喷药控制系统，脉宽调制( PWM )，精准施药Abstract This task should design a machine which base on the signal

2、 of machine vision. It should distinguish is there have corps or no And then spray pesticide. The pesticide should not stop suddenly so as to some crops do not insufflated. So we use PWM to control the electric valve to prolong a little time of spray so the crops will insufflated all fully the spray

3、ing control system aiming at weed in row wheat based on machine vision was designed and developed on the basis of research on abroad and domestic .The contents of the study could briefly summarized as follows1. The analysis of the control machine2. The selection component liquid press3. The design o

4、f PWM system4. The wastage of the systemKey words: spray control system, Pulse-width modulation, Precision spray 目 录摘 要2Abstract2目录31.引言42.液压回路5 2.1 液压回路的原理5 2.2 布局图 53.液压系统6 3.1 液压元件选用6 3.1.1 喷头的选用6 3.1.2 水泵的选用6 3.1.3 溢流阀的选用7 3.1.4 单向阀的选用8 3.1.5 电磁换向阀的选用8 3.1.6 管接头的选用8 3.1.7 水管的选用9 3.2PWM 脉宽调制控制9 3

5、.2.1脉宽调制(PWM)9 3.2.2 PWM电路10 3.2.3流量控制原理10 3.3系统中的压力损失11 3.3.1管路沿程损失11 3.3.2元件的局部损失114 .总结13参 考 文 献14致 谢151. 引言长期以来，人们赖以生存的食物靠栽种植物和饲养动物等方法来提供，然而在栽种植物过程中，不可避免地要遇到防治病虫害的问题。对农田作物病虫害防治一般来说有三种方法，一是利用自然天敌，自然界很多作物害虫都有其天敌，合理地利用它的自然天敌可以有效地防止作物病虫害的发生和蔓延，而且也减少了农药的使用;二是人工清除，用手或借助一些简单机械设备来防治;三是用化学防治的方法，通过喷洒农药来消灭

6、害虫和细菌等。随着时代的发展，人工防治的方法已逐渐被淘汰，化学防治成为目前控制病虫危害的主要手段。11，而防治效果的好坏，喷施技术十分重要。目前，国内农民对作物喷药都是采取人工喷洒或半机械化作业，一方面对人身伤害很大，遇到恶劣天气人在作业时甚至容易中毒。另一方面喷药时也不是精确对准农作物，往往也喷在土壤上，不仅浪费了农药，增加了作物的农药残留量，而且喷在土壤中的农药易造成土壤酸化和地下水污染。随着农药的大量使用，其残留在农作物和土壤中的农药对人身和环境的危害也与日俱增，这跟现代农业要求精准高效、绿色环保的要求是背道而驰的。因此，有必要研制一种基于机器视觉的高效可行的喷药装置，让机器代替人在田间

7、作业的同时能比较精准地对准农作物喷药，以降低人的劳动强度，提高药效和保护农田环境。同时国家 十一五 规划中己将研究高效低污染的喷药技术和植保装备技术作为重大攻关项目，而且国家中长期科学和技术发展纲要也已把农业精准作业和信息化列为重大课题。在精准农业的不断发展壮大和农业生产从机械化、自动化逐步向智能化方向发展的趋势下，智能化农业机械必将成为未来农业生产的主要装备 。21。本课题就是基于这一背景下着手准备的，研究基于机器视觉的作物对行喷药控制系统不仅对农田作物喷药自动化具有十分重要的意义，而且也是精准农业技术体系的重要组成部分和实现精准农业中变量技术中的重要环节。2 液压回路2.1 液压回路的原理

8、系统要求完成的设计是基于机器视觉基础上。因此，确定用到PWM脉宽调制控制，由信号发生器，通过PWM来使方波信号的占空比发生改变，使的在有作物的情况下可以延长喷洒，而不会出现有的作物漏喷的情况。如图1，为液压回路图1 液压回路原理：药液通过水泵抽出，当信号发生器发出的方波为低电平时，电磁阀没有接通，药液通过溢流阀溢流回药液箱；当信号发生器的方波为高电平时，PWM脉宽调制工作，使得电磁阀通电，电磁阀打开，药液通过电磁阀流到喷嘴，喷出药液。要求：微型水泵的最大输出压力应当与喷头的最大工作压力相适应。且溢流阀和电磁换向阀的最低工作压力应该大于微型水泵的最大工作压力。才能保证溢流阀和电磁换向阀工作时不会

9、应工作压力过大而损坏。2.2 布局图初定布局图如下图2：图2 布局图3 液压系统3.1 液压元件选用3.1.1喷头的选用液压系统采用市场上普遍采用的N60系列钢玉瓷喷头，如图3图3 n60喷头规格参数：孔径规格mm 0.60外牙 T No. 10/32unc操作压力Mpa 0.200.45管路中总的压力损失 =0.00091m+ m+ m+ m=0.00104m1.04mm （水柱）由此可以得出，液压沿程损失是很小的，所以微型水泵以及整个液压回路是可以正常工作。4. 总 结在这次毕业设计的过程中，让我复习了以前学过很多知识，比如说液压传动，电工学等，让我进一步熟悉了设计的资料查询方法，资料的运

10、用等。也让我重新熟悉了AUTO CAD和PROE以及OFFICE软件的应用。这些都将会是在我以后的工作中起积极地作用。此次毕业设计，还没有达到很理想的地步，有些地方还是有些缺陷，比如说压力损失计算方面，CAD图的处理方面等细节处。今后将在我的工作中注重加强。参 考 文 献1 上海煤矿机械研究所编.液压传动手册,上海人民出版社 。 2 陈奎生主编.液压与气压传动,武汉理工大学出版社。3 机械设计手册 2第二版 ,机械工业出版社。4 机械设计手册 5第二版 ,机械工业出版社。5 闻徳荪主编.工程流体力学（水力学）第二版 上册,高等教育出版社。6 余桂英 郭纪林主编. AUTO CAD 2006中文

11、版实用教程,大连理工出版社。7 谭建荣,张树有,陆国栋,施岳定编.图学基础教程,高等教育出版社。8 中南五省（区）九院（校）机械制图写作编写组编. 机械制图,人民教育出版社。9 饶洪辉.基于机器视觉的作物对行喷药控制系统研究，南京农业大学博士学位论文，2006.12:152-15710 傅泽田,祁力钧,王俊红.精准施药技术研究进展与对策, 农业机械学报.2006.5:61-6511 李会芳、邱白晶、刘保玲等.对精确农业中变量喷雾控制的研究，中国农机化报. 2007.5:24-4312 陈勇,郑加强.精确施药可变量喷雾控制系统的研究, 农业工程学报.2005.3:142-15013 王兆安,黄俊. 电力电子技术,机械工业出版社。14 邓巍丁为民.基于PWM技术的连续式变量喷雾装置设计与特性分析， 南京农业大学博士学位论文，2007, 43 (6): 156-15915 肖安岂，刘玲腾.自动控制系统及应用,北京:清华大学出版社。16 邓巍.喷雾图像处理及脉宽调制甲WM)变量喷雾的雾化特性研究，南京农业大学博士学位论文，2007, 12: 461 - 462致 谢在此，我要向我的指导老师饶洪辉博士致以崇高的敬意!饶老师深厚渊博的知识、严谨踏实的治学态度和平易近人的性格使我受益匪浅!从本文的选题到课题的深入，导师都给以精心的指导