果樹智能噴藥裝置

1、果樹智能噴藥裝置 摘 要本文設(shè)計的是一種果樹智能噴藥控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)果樹的空間位置調(diào)節(jié)噴頭的高低，根據(jù)果樹的地理位置控制噴嘴的開關(guān)。從而降低勞動強(qiáng)度，提高農(nóng)藥利用率，減少環(huán)境污染。硬件系統(tǒng)由單片機(jī)及其外圍電路組成，包括信號采集模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、調(diào)控模塊、噴霧模塊，完成了對果樹信息的接收、處理和執(zhí)行。 關(guān)鍵詞單片機(jī)；電機(jī)驅(qū)動；調(diào)控；噴霧 中圖分類號：S491 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）20-0287-01 1 研究背景 我國果樹種植面積廣泛，產(chǎn)量也隨著科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用逐年增加，水果的產(chǎn)量與質(zhì)量也成為拉動經(jīng)濟(jì)的重要杠桿。市場對水果質(zhì)量的要求越來越苛刻，而農(nóng)藥的利用率

2、是保證水果質(zhì)量的必要因素。但是目前，我國噴藥設(shè)備技術(shù)落后，使藥液沉積利用率不到30%，其余的70%都被土壤和周圍的環(huán)境所吸收。這不僅造成了農(nóng)藥的流失、環(huán)境的污染， 而且人工勞動強(qiáng)度大，尤其是山區(qū)的果樹，需要手動噴灑農(nóng)藥，不僅造成了農(nóng)藥的嚴(yán)重浪費(fèi)，而且還嚴(yán)重危害了噴灑者的身體健康。嚴(yán)重時還能造成工作人員中毒。鑒于此，研制一種農(nóng)藥利用率高，勞動強(qiáng)度低、環(huán)境污染少的智能噴藥設(shè)備勢在必行。 2 方案設(shè)計思想 我國大部分果樹采用的是寬行距密株距的種植方式，行距比株距大，株行間距為4米，樹高2.5-3米，冠徑2.5-3米，干高4050厘米，冠高2-2.5米。當(dāng)對果樹進(jìn)行噴灑農(nóng)藥時大部分采用的手動式噴霧器，

3、部分果園采用了機(jī)械化噴霧，但是機(jī)械化程度不高，噴射過程中，噴嘴不間斷噴灑，噴桿高低固定。不僅造成了附著在果樹的農(nóng)藥量下降，而且還加重了環(huán)境污染。因此，本文的目的就是設(shè)計一種自控調(diào)節(jié)噴霧系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括果樹信息的檢測裝置，當(dāng)小車在果園里移動，遇到果樹時，安裝在噴霧系統(tǒng)上的紅外傳感器會根據(jù)果樹冠高給噴霧控制器控制信號，其中一部分信號用來控制噴嘴的開關(guān)，另外一部分用來調(diào)節(jié)噴桿的高低，使得噴嘴相對于樹冠處于一個有利的噴霧位置。當(dāng)小車?yán)^續(xù)移動，離開果樹時，噴霧系統(tǒng)檢測不到紅外傳感器的信息，就會停止噴灑農(nóng)藥，直至小車移動到果樹面前，系統(tǒng)將會進(jìn)行新一輪的噴灑。 3 系統(tǒng)總框架圖 如圖3-1所示，在本系統(tǒng)中，

4、系統(tǒng)的檢測信息由紅外傳感器采集，調(diào)控模塊進(jìn)行調(diào)整。選用單片機(jī)作為控制器，系統(tǒng)開始工作后，紅外傳感器將采集到的果樹位置與高低信息傳給單片機(jī)，單片機(jī)對信息處理后，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行操作，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動噴霧。 4 主控電路的設(shè)計 單片機(jī)作為主要的控制器元件，廣泛應(yīng)用與各個領(lǐng)域。根據(jù)本系統(tǒng)的需要選擇AT89S52作為本系統(tǒng)的控制器元件。 主要性能： 與MCS-51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容；8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz33Hz；三級加密程序存儲器；32個可編程I/O口線；三個16 位定時器/計數(shù)器；八個中斷源；全雙工UART 串行通道；低功耗空閑和掉電模式；掉電

5、后中斷可喚醒；看門狗定時器；雙數(shù)據(jù)指針；掉電標(biāo)識符。 AT89S52是一種高性能、低功耗CMOS8位微控制器。此單片機(jī)包括有8k字節(jié)的可編程flash存儲器。它采用Atmel公司的高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，可以與80C51工業(yè)系列產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。單片機(jī)上的Flash不僅允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，而且也可以應(yīng)用于常規(guī)編程器。 AT89S52主要特性： 8k字節(jié)Flash；256字節(jié)RAM ；32為I/O口線；看門口定時器；2個數(shù)據(jù)指針；三個16為定時器/計數(shù)器；一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)；全雙工串行口；片內(nèi)晶振及時鐘電路；可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作；支持兩種軟件可選擇節(jié)電模式；空閑模式下

6、，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作；掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止；8位微控制器8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash AT89S52。 4.1 電機(jī)驅(qū)動電路 通過電機(jī)驅(qū)動器模塊5控制電機(jī)兩端的車速的驅(qū)動電壓來改變它的模型。該模塊采用集成電機(jī)驅(qū)動芯片控制電機(jī)。這里是由摩托羅拉MC33886驅(qū)動芯片所產(chǎn)生的。它集成了一個5A電流H橋電路通過外部輸入控制信號PWM，脈沖頻率可達(dá)10KHz，大大提高了電機(jī)控制頻率。此外，MC33886還擁有一個內(nèi)部的短路保護(hù)，欠壓保護(hù)和高溫保護(hù)。由于模型車向前不向后，所以你可以把

7、MC33886內(nèi)部集成了兩個半橋電路的并聯(lián)，從而大大提高了其驅(qū)動能力。 4.2 電源電路設(shè)計 橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是具有高輸出電壓，紋波電壓較小，管的最大反向電壓較低，同時由于電力變壓器在正極和負(fù)極半周期有一個供電負(fù)荷和電力變壓器的充分利用，效率高。因此，電路的半導(dǎo)體整流器電路被廣泛應(yīng)用。 濾波電路，我們采用電容濾波電路。因?yàn)檫@個設(shè)計為小功率源，電容的初始電壓為零，當(dāng)連接到交流電源時，V2是正半周期，通過D1，D3到充電電容器C；當(dāng)V2是負(fù)半周期，通過D2和D4到充電電容器C充電。充電時間常數(shù)c=RintC。無線電偵察Rint包括副繞組變壓器直流電阻和二極管D正向電阻。因?yàn)闊o線電偵察很少，通常很

8、快就取得了交流電壓的電容器V2。由于電容器為放電電路，所以輸出電壓是V2的平方根，它對于一個恒定直流輸出。 5 結(jié)論 本文以果樹噴霧為研究對象，設(shè)計以單片機(jī)為核心控制器的自動噴霧系統(tǒng)。整個系統(tǒng)以紅外傳感器作為檢測信號，分析和研究了國內(nèi)外噴霧系統(tǒng)的發(fā)展過程和研究現(xiàn)狀，提出了一種適合果樹噴藥的自動噴霧系統(tǒng)，并設(shè)計了各個模塊，對各個元器件進(jìn)行了選型。設(shè)計了以AT89S52為核心的控制系統(tǒng)硬件電路圖，包括信號采集電路、電機(jī)驅(qū)動電路、調(diào)控電路、電源電路等，完成了信號的采集和處理及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動控制。 參考文獻(xiàn) 1 李會芳，邱白晶，劉保玲.2004.對精確農(nóng)業(yè)中變量噴霧控制的研究.中國農(nóng)機(jī)化 2 戴奮奮.2004.我國施藥技術(shù)的發(fā)展趨勢.植物保護(hù) 3 鄭麗菌，吳春篤.2004.靜電技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用.農(nóng)機(jī)化研究 4 周浩生.1996.靜電噴霧特點(diǎn)及器械研究概述.農(nóng)機(jī)試驗(yàn)與推廣 5 耿愛軍，李法德，李陸星.2007國內(nèi)外植保機(jī)械及植保技