果树智能喷药装置

龙源期刊网果树智能喷药装置作者：韩飞刘荣军于佳王福仁王远洋高翔来源：《中国科技博览》2015年第20期[摘要]本文设计的是一种果树智能喷药控制系统，能够根据果树的空间位置调节喷头的高低，根据果树的地理位置控制喷嘴的开关。从而降低劳动强度，提高农药利用率，减少环境污染。硬件系统由单片机及其外围电路组成，包括信号采集模块、电机驱动模块、调控模块、喷雾模块，完成了对果树信息的接收、处理和执行。[关键词]单片机；电机驱动；调控；喷雾中图分类号：S491文献标识码：A文章编号：1009-914X（2015）20-0287-011研究背景我国果树种植面积广泛，产量也随着科学技术的应用逐年增加，水果的产量与质量也成为拉动经济的重要杠杆。市场对水果质量的要求越来越苛刻，而农药的利用率是保证水果质量的必要因素。但是目前，我国喷药设备技术落后，使药液沉积利用率不到30%，其余的70%都被土壤和周围的环境所吸收。这不仅造成了农药的流失、环境的污染，而且人工劳动强度大，尤其是山区的果树，需要手动喷洒农药，不仅造成了农药的严重浪费，而且还严重危害了喷洒者的身体健康。严重时还能造成工作人员中毒。鉴于此，研制一种农药利用率高，劳动强度低、环境污染少的智能喷药设备势在必行。2方案设计思想我国大部分果树采用的是宽行距密株距的种植方式，行距比株距大，株行间距为4米，树高2.5-3米，冠径2.5-3米，干高4050厘米，冠高2-2.5米。当对果树进行喷洒农药时大部分采用的手动式喷雾器，部分果园采用了机械化喷雾，但是机械化程度不高，喷射过程中，喷嘴不间断喷洒，喷杆高低固定。不仅造成了附着在果树的农药量下降，而且还加重了环境污染。因此，本文的目的就是设计一种自控调节喷雾系统。该系统包括果树信息的检测装置，当小车在果园里移动，遇到果树时，安装在喷雾系统上的红外传感器会根据果树冠高给喷雾控制器控制信号，其中一部分信号用来控制喷嘴的开关，另外一部分用来调节喷杆的高低，使得喷嘴相对于树冠处于一个有利的喷雾位置。当小车继续移动，离开果树时，喷雾系统检测不到红外传感器的信息，就会停止喷洒农药，直至小车移动到果树面前，系统将会进行新一轮的喷洒。3系统总框架图如图3-1所示，在本系统中，系统的检测信息由红外传感器采集，调控模块进行调整。选用单片机作为控制器，系统开始工作后，红外传感器将采集到的果树位置与高低信息传给单片机，单片机对信息处理后，控制执行机构执行操作，从而实现系统的自动喷雾。龙源期刊网主控电路的设计单片机作为主要的控制器元件，广泛应用与各个领域。根据本系统的需要选择AT89S52作为本系统的控制器元件。主要性能：与MCS-51单片机产品兼容；8K字节在系统可编程Flash存储器；1000次擦写周期；全静态操作：0Hz～33Hz；三级加密程序存储器；32个可编程I/O口线；三个16位定时器/计数器；八个中断源；全双工UART串行通道；低功耗空闲和掉电模式；掉电后中断可唤醒；看门狗定时器；双数据指针；掉电标识符。AT89S52是一种高性能、低功耗CMOS8位微控制器。此单片机包括有8k字节的可编程flash存储器。它采用Atmel公司的高密度非易失性存储器技术制造，可以与80C51工业系列产品指令和引脚完全兼容。单片机上的Flash不仅允许程序存储器在系统可编程，而且也可以应用于常规编程器。AT89S52主要特性：8k字节Flash；256字节RAM；32为I/O口线；看门口定时器；2个数据指针；三个16为定时器/计数器；一个6向量2级中断结构；全双工串行口；片内晶振及时钟电路；可降至0Hz静态逻辑操作；支持两种软件可选择节电模式；空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作；掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止；8位微控制器8K字节在系统可编程FlashAT89S52。4.1电机驱动电路通过电机驱动器模块[5]控制电机两端的车速的驱动电压来改变它的模型。该模块采用集成电机驱动芯片控制电机。这里是由摩托罗拉MC33886驱动芯片所产生的。它集成了一个5A电流H桥电路通过外部输入控制信号PWM，脉冲频率可达10KHz，大大提高了电机控制频率。此外，MC33886还拥有一个内部的短路保护，欠压保护和高温保护。由于模型车向前不向后，所以你可以把MC33886内部集成了两个半桥电路的并联，从而大大提高了其驱动能力。4.2电源电路设计桥式整流电路的优点是具有高输出电压，纹波电压较小，管的最大反向电压较低，同时由于电力变压器在正极和负极半周期有一个供电负荷和电力变压器的充分利用，效率高。因此，电路的半导体整流器电路被广泛应用。龙源期刊网滤波电路，我们采用电容滤波电路。因为这个设计为小功率源，电容的初始电压为零，当连接到交流电源时，V2是正半周期，通过D1，D3到充电电容器C；当V2是负半周期，通过D2和D4到充电电容器C充电。充电时间常数τc=RintC。无线电侦察Rint包括副绕组变压器直流电阻和二极管D正向电阻。因为无线电侦察很少，通常很快就取得了交流电压的电容器V2。由于电容器为放电电路，所以输出电压是V2的平方根，它对于一个恒定直流输出。5结论本文以果树喷雾为研究对象，设计以单片机为核心控制器的自动喷雾系统。整个系统以红外传感器作为检测信号，分析和研究了国内外喷雾系统的发展过程和研究现状，提出了一种适合果树喷药的自动喷雾系统，并设计了各个模块，对各个元器件进行了选型。设计了以AT89S52为核心的控制系统硬件电路图，包括信号采集电路、电机驱动电路、调控电路、电源电路等，完成了信号的采集和处理及执行机构的自动控制。参考文献[1]李会芳，邱白晶，刘保玲.2004.对精确农业中变量喷雾控制的研究.中国农机化[2]戴奋奋.2004.我国施药技术的发展趋势.植物保护[3]郑丽菌，吴春笃.2004.静电技术在农业中的应用.农机化研究[4]周浩生.1996.静电喷雾特点及器械研究概述.农机试验与推广[5]耿爱军，李法德，李陆星.2007国内外植保机械及植保技术研究现状.农机化研究[6]赵茂程，郑加强.2003.树形识别与精确对靶施药的模拟研究.农业工程学报[7]邱白晶，李佐鹏，吴吴等.2007.变量喷雾装置响应特性的试验研究.农业工程学报[8]侯金荣，土泽勇.2005.喷施农药如何节约用药增强药效.农业新技术龙源期刊网