基于機(jī)器視覺的精準(zhǔn)施藥平臺噴藥機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、摘 要 本課題要求設(shè)計(jì)一個機(jī)構(gòu)，這個機(jī)構(gòu)主要是基于機(jī)器視覺信號上，對作物的有無進(jìn)行判別，并進(jìn)行藥液的噴灑，藥液的噴灑在離開作物時不能突然停止，以至最后的作物噴藥不足。所以采用一個PWM脈寬調(diào)制電路，控制電磁閥，使噴頭噴藥時能夠適當(dāng)?shù)难娱L一點(diǎn)時間，以至所有的作物都能被噴藥?；跈C(jī)器視覺的雜草對準(zhǔn)噴藥控制系統(tǒng)。本文的主要研究內(nèi)容如下:1、施藥機(jī)構(gòu)的分析2、液壓元件選用3、PWM脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)4、系統(tǒng)壓力損失計(jì)算關(guān)鍵詞：噴藥控制系統(tǒng)，脈寬調(diào)制( PWM )，精準(zhǔn)施藥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 錄摘 要2Abstract2目錄31.引言42.液壓回路5 2.1 液壓回路的原理5 2.2 布局圖 53.液壓系統(tǒng)6 3.1 液壓元件選用6 3.1.1 噴頭的選用6 3.1.2 水泵的選用6 3.1.3 溢流閥的選用7 3.1.4 單向閥的選用8 3.1.5 電磁換向閥的選用8 3.1.6 管接頭的選用8 3.1.7 水管的選用9 3.2PWM 脈寬調(diào)制控制9 3

5、.2.1脈寬調(diào)制(PWM)9 3.2.2 PWM電路10 3.2.3流量控制原理10 3.3系統(tǒng)中的壓力損失11 3.3.1管路沿程損失11 3.3.2元件的局部損失114 .總結(jié)13參 考 文 獻(xiàn)14致 謝151. 引言長期以來，人們賴以生存的食物靠栽種植物和飼養(yǎng)動物等方法來提供，然而在栽種植物過程中，不可避免地要遇到防治病蟲害的問題。對農(nóng)田作物病蟲害防治一般來說有三種方法，一是利用自然天敵，自然界很多作物害蟲都有其天敵，合理地利用它的自然天敵可以有效地防止作物病蟲害的發(fā)生和蔓延，而且也減少了農(nóng)藥的使用;二是人工清除，用手或借助一些簡單機(jī)械設(shè)備來防治;三是用化學(xué)防治的方法，通過噴灑農(nóng)藥來消滅

6、害蟲和細(xì)菌等。隨著時代的發(fā)展，人工防治的方法已逐漸被淘汰，化學(xué)防治成為目前控制病蟲危害的主要手段。11，而防治效果的好壞，噴施技術(shù)十分重要。目前，國內(nèi)農(nóng)民對作物噴藥都是采取人工噴灑或半機(jī)械化作業(yè)，一方面對人身傷害很大，遇到惡劣天氣人在作業(yè)時甚至容易中毒。另一方面噴藥時也不是精確對準(zhǔn)農(nóng)作物，往往也噴在土壤上，不僅浪費(fèi)了農(nóng)藥，增加了作物的農(nóng)藥殘留量，而且噴在土壤中的農(nóng)藥易造成土壤酸化和地下水污染。隨著農(nóng)藥的大量使用，其殘留在農(nóng)作物和土壤中的農(nóng)藥對人身和環(huán)境的危害也與日俱增，這跟現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要求精準(zhǔn)高效、綠色環(huán)保的要求是背道而馳的。因此，有必要研制一種基于機(jī)器視覺的高效可行的噴藥裝置，讓機(jī)器代替人在田間

7、作業(yè)的同時能比較精準(zhǔn)地對準(zhǔn)農(nóng)作物噴藥，以降低人的勞動強(qiáng)度，提高藥效和保護(hù)農(nóng)田環(huán)境。同時國家 十一五 規(guī)劃中己將研究高效低污染的噴藥技術(shù)和植保裝備技術(shù)作為重大攻關(guān)項(xiàng)目，而且國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展綱要也已把農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)和信息化列為重大課題。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展壯大和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從機(jī)械化、自動化逐步向智能化方向發(fā)展的趨勢下，智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械必將成為未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要裝備 。21。本課題就是基于這一背景下著手準(zhǔn)備的，研究基于機(jī)器視覺的作物對行噴藥控制系統(tǒng)不僅對農(nóng)田作物噴藥自動化具有十分重要的意義，而且也是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的重要組成部分和實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中變量技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)。2 液壓回路2.1 液壓回路的原理

8、系統(tǒng)要求完成的設(shè)計(jì)是基于機(jī)器視覺基礎(chǔ)上。因此，確定用到PWM脈寬調(diào)制控制，由信號發(fā)生器，通過PWM來使方波信號的占空比發(fā)生改變，使的在有作物的情況下可以延長噴灑，而不會出現(xiàn)有的作物漏噴的情況。如圖1，為液壓回路圖1 液壓回路原理：藥液通過水泵抽出，當(dāng)信號發(fā)生器發(fā)出的方波為低電平時，電磁閥沒有接通，藥液通過溢流閥溢流回藥液箱；當(dāng)信號發(fā)生器的方波為高電平時，PWM脈寬調(diào)制工作，使得電磁閥通電，電磁閥打開，藥液通過電磁閥流到噴嘴，噴出藥液。要求：微型水泵的最大輸出壓力應(yīng)當(dāng)與噴頭的最大工作壓力相適應(yīng)。且溢流閥和電磁換向閥的最低工作壓力應(yīng)該大于微型水泵的最大工作壓力。才能保證溢流閥和電磁換向閥工作時不會

9、應(yīng)工作壓力過大而損壞。2.2 布局圖初定布局圖如下圖2：圖2 布局圖3 液壓系統(tǒng)3.1 液壓元件選用3.1.1噴頭的選用液壓系統(tǒng)采用市場上普遍采用的N60系列鋼玉瓷噴頭，如圖3圖3 n60噴頭規(guī)格參數(shù)：孔徑規(guī)格mm 0.60外牙 T No. 10/32unc操作壓力Mpa 0.200.45管路中總的壓力損失 =0.00091m+ m+ m+ m=0.00104m1.04mm （水柱）由此可以得出，液壓沿程損失是很小的，所以微型水泵以及整個液壓回路是可以正常工作。4. 總 結(jié)在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，讓我復(fù)習(xí)了以前學(xué)過很多知識，比如說液壓傳動，電工學(xué)等，讓我進(jìn)一步熟悉了設(shè)計(jì)的資料查詢方法，資料的運(yùn)

10、用等。也讓我重新熟悉了AUTO CAD和PROE以及OFFICE軟件的應(yīng)用。這些都將會是在我以后的工作中起積極地作用。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，還沒有達(dá)到很理想的地步，有些地方還是有些缺陷，比如說壓力損失計(jì)算方面，CAD圖的處理方面等細(xì)節(jié)處。今后將在我的工作中注重加強(qiáng)。參 考 文 獻(xiàn)1 上海煤礦機(jī)械研究所編.液壓傳動手冊,上海人民出版社 。 2 陳奎生主編.液壓與氣壓傳動,武漢理工大學(xué)出版社。3 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 2第二版 ,機(jī)械工業(yè)出版社。4 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 5第二版 ,機(jī)械工業(yè)出版社。5 聞徳蓀主編.工程流體力學(xué)（水力學(xué)）第二版 上冊,高等教育出版社。6 余桂英 郭紀(jì)林主編. AUTO CAD 2006中文

11、版實(shí)用教程,大連理工出版社。7 譚建榮,張樹有,陸國棟,施岳定編.圖學(xué)基礎(chǔ)教程,高等教育出版社。8 中南五省（區(qū)）九院（校）機(jī)械制圖寫作編寫組編. 機(jī)械制圖,人民教育出版社。9 饒洪輝.基于機(jī)器視覺的作物對行噴藥控制系統(tǒng)研究，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，2006.12:152-15710 傅澤田,祁力鈞,王俊紅.精準(zhǔn)施藥技術(shù)研究進(jìn)展與對策, 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào).2006.5:61-6511 李會芳、邱白晶、劉保玲等.對精確農(nóng)業(yè)中變量噴霧控制的研究，中國農(nóng)機(jī)化報(bào). 2007.5:24-4312 陳勇,鄭加強(qiáng).精確施藥可變量噴霧控制系統(tǒng)的研究, 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào).2005.3:142-15013 王兆安,黃俊. 電力電子技術(shù),機(jī)械工業(yè)出版社。14 鄧巍丁為民.基于PWM技術(shù)的連續(xù)式變量噴霧裝置設(shè)計(jì)與特性分析， 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，2007, 43 (6): 156-15915 肖安豈，劉玲騰.自動控制系統(tǒng)及應(yīng)用,北京:清華大學(xué)出版社。16 鄧巍.噴霧圖像處理及脈寬調(diào)制甲WM)變量噴霧的霧化特性研究，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，2007, 12: 461 - 462致 謝在此，我要向我的指導(dǎo)老師饒洪輝博士致以崇高的敬意!饒老師深厚淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的治學(xué)態(tài)度和平易近人的性格使我受益匪淺!從本文的選題到課題的深入，導(dǎo)師都給以精心的指導(dǎo)