基于单片机的注入式混药控制系统设计与实验

针对电磁泵注入式施药装备设计了基于AT89S52单片机的控制系统,通过电压转化电路、电压频率采样电路、光耦隔离电路和变频输出电路来实现对直流电磁泵输入电压的控制,实现单位时间内电磁泵流量的控制,达到不同混药比的目的。同时,扩展了人工按键控制电路部分,构成一套完整的注入式施药控制系统。实验结果表明,该套控制系统能够较好地保持与基频同频,变频控制的误差整体小于1.22%,系统工作稳定,调节频率准确。

单旋翼油动无人施药直升机悬停状态下风场下洗气流分布规律研究

无人施药直升机,具有机动灵活、无需专用起降场地、对飞行空域要求低等优点,在我国航空植保中已经初步得到应用。相关文献中通过实验证明,单旋翼无人直升机施药装备进行水稻、玉米等病虫害的防治,在旋翼产生的下洗气流的辅助作用下,药液的沉积率和穿透率都大大提高,尤其是在水稻生长分蘖期和玉米生长穗期(封行)以后,防效优于常规地面机具。风场的有效覆盖范围、下洗气流风速的大小,对机载施药装备的装配布局以及施药效果有着直接的影响。该文采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD),对油动单旋翼直升机悬停状态时5、6、7m高度下的旋翼所产生的风场进行了模拟分析,重点研究了风场中对农药喷洒作业过程中主要影响雾滴沉积分布的下洗气流分布规律,并设计了一套农用无人机风场测量装备,并以单旋翼油动无人机为测试对象,对旋翼产生的风场进行了测试验证。试验中,将无人机升至距离地面5、6和7m,采用"米-环形放射状布点法",纵向(Z轴向)、径向(从原点O至与Z轴垂直面上的测量点)均以主旋翼中轴和地面相交处为圆心、0.5m为一步长,径向以45°夹角分隔测量8个方向,垂直向和径向布置测量点,测量范围以主旋翼中轴为圆心、旋翼旋转覆盖面为主。以5m高度时风场下洗气流风速数据为例进行了充分讨论,模拟结果和试验测量结果显示:随着高度的增大同一纵向剖面上风速变化总体趋势是由大变小再迅速变大,并在1m左右高度处出现下洗气流风速极小值区间,在2m左右高度处出现下洗气流风速值极大值区间;随着径向距离的增加同一径向上风速变化总体趋势是先由小变大,再由大变小,下洗气流最大测量值为11.37m/s,风速值较大区间为径向0.5~1.5m之间;接近地面(高度0.5m处)的风速变化规律不明显。对8个方向5个测量高度的试验数据进行标准差对比,结果表明标准差总体不大于0.6m/s;以测量数据为依据,计算了模拟数据与测量数据间的误差,结果表明整体最大相对误差限介于0.3~0.7之间,验证了模拟数据的可信度;结合模拟数据和实验测量数据,采用高次多项式拟合,测量高度超过1m以上时,多项式拟合决定系数R2达到或超过0.75,说明拟合方程具有参考价值,0.5m以下测量高度,多项式拟合决定系数R2值较小,介于0.4~0.7之间不等。研究将为单旋翼无人机航空施药提供优化依据。

3WP-400G喷杆喷雾机玉米田间施药试验研究

对3WP-400G型喷杆喷雾机进行了玉米生长全周期的田间喷洒性能试验,测试2个行进速度下农药覆盖率、玉米生长后期雾滴穿透性以及农药有效利用率,并对相关数据进行了分析研究。

无人直升机喷雾参数对玉米冠层雾滴沉积分布的影响

为了阐明喷洒药械N-3型无人直升机(N-3 UAV)在玉米生长后期雾沉积效果及应用前景,研究了喷洒参数对玉米冠层雾滴沉积分布的影响。该试验研究以染料Rhodamine-B溶解成一定浓度的溶液代替农药进行喷雾,通过改变飞机的作业高度和横向喷洒幅度进行喷雾试验;采样点设置沿玉米高度方向分4层,用聚酯卡作为雾滴取样器采集雾滴。用荧光分光光度计测定雾滴在玉米某一区域的沉积量,由此获得雾滴沉积量在玉米植株不同层间分布的规律。结果表明:作业高度为5 m时,雾滴在目标上的总沉积量最少,离散程度最大,极差值为0.17;作业高度为7 m时,雾滴在目标上的总沉积量比作业高度为5和9 m时的沉积量大,雾滴沉积量的离散程度最小,极差为0.10;不同作业高度时,雾滴在玉米顶部、上部、穂部、下部的沉积效果和分布均匀性的变异系数不同,雾滴在玉米上部和穗部的沉积量高于顶部和下部的沉积量。在同一作业高度下(7 m),横向喷幅为5和9 m时,多喷幅雾滴沉积百分比的极差为38.4%和38.1%,变异系数为41%和34.4%;横向喷幅为7 m时,多喷幅雾滴沉积百分比的极差为26.3%,变异系数为25%,雾滴分布均匀性最好。小型无人直升机在玉米生长后期喷洒农药时,作业高度和横向喷洒幅度会影响雾滴在植株上的沉积量和分布均匀性,综合考虑雾滴沉积特性和喷洒效果情况下,应该选择飞行高度为7 m,横向喷洒幅度为7 m作为作业参数。该研究可为喷雾器具的优化设计、性能改进以及正确使用等提供技术依据;对合理喷施农药、提高喷洒效率、防治病虫害大面积暴发具有重要意义。

基于响应面法的P20型多旋翼无人机施药参数优化与试验

为了找出多旋翼无人机喷洒农药时影响农药沉积的因素及其影响程度,提高雾滴在靶标上的沉积水平,并通过试验制定相应的试验方法和规范,在单因素试验的基础上,采用Box-Benhnken的中心组合试验设计理论对施药机具的喷雾参数进行研究.以飞行高度、飞行速度、喷头流量等工作参数为影响因素,以雾滴在靶标上的沉积水平为目标函数,建立雾滴沉积水平的二次多项式数学模型,并分析模型的有效性与因子间的交互作用.利用Design-Expert 8.0.5软件的回归分析法和响应面分析法对模型进行优化分析,得到施药机最优喷洒参数组合.结果表明,对雾滴沉积水平影响大小依次为飞行高度、飞行速度、喷头流量;最优喷洒参数组合为飞行高度2.0 m,飞行速度3.7m·s^(-1),喷头流量430 m L·min^(-1),此条件下的雾滴在靶标上的最大沉积水平为68.69%,且与模型预测值相比相对误差为±5%以内.

NJS-1型植保直流闭口式风洞设计与试验

针对农药雾滴飘移特性研究的需要,依照流体力学、空气动力学及相似理论设计了NJS-1型植保低速风洞。该风洞型式为直流闭口式,主要由进气段、动力段、过渡段、扩散段、稳定段、收缩段及试验段等部分组成,采用理论计算确定各段结构,风洞总体尺寸为20 m×2.7 m×4.3 m（长×宽×高）;动力段流道型式为R＋S级,叶轮直径1.2 m,叶片数为8,后导叶叶片宽度0.18 m,叶片数为7;扩散段为大角度扩散,扩散角40°;稳定段采用六角形蜂窝器和两层阻尼网组合设计;试验段长度为7.5 m,出口截面尺寸为1.8 m×1.2 m（高×宽）。通过性能试验测定了风洞试验段气流品质,试验结果表明：试验段风速1.0-10 m/s连续可调,气流动压稳定系数小于1.5%,气流紊流度小于1%;同时在1.0-9.0 m/s风速下测定试验段入口截面风场均匀性,表明随着风速的增加,风场的风速分布更加均匀。该文为进一步研究植保风洞的结构设计和飘移试验参数优化提供依据。

无人直升机农药喷洒系统的设计及应用

介绍了无人直升机农药喷洒系统的组成、工作原理、关键部件设计,整个喷洒系统由电动离心喷头、折叠式喷杆、药液箱、施药控制系统、液泵、机架等部分组成。药液箱采用双加液口、对称式流线型结构,减少了空气阻力,增加了飞机稳定性;施药控制系统采用GPS自动化导航、智能化控制等技术,可实现定点精准施药,并实时监控整个施药过程,避免漏喷、重喷。对无人直升机施药装备进行水稻病虫害防治试验,结果表明,水稻分蘖期采用无人直升机农药喷洒装备防治病虫害,其防治效果优于常规担架喷雾机,特别是施药10 d后防治效果尤为显著。

一种数字式可控整流电路相序相位检测方法

提出一种基于数字电路的可控整流电路中换相点及相序的检测方法。利用数字电路,通过对采样电压值进行比较,来判断出换相点,并在EDA软件中进行了仿真,验证了该方法的正确性和精度;检测电路中流过各相电流的有无,将检测的结果送入控制单元来判断相序。这种方法可用于可控整流电路,有源逆变和PWM整流等电路中。

植保无人飞机作物病害防治模式研究——以泗洪示范基地小麦防治为例

为保证植保无人飞机高效作业,在泗洪农业示范基地,选用电动单旋翼植保无人飞机CE20,主要从作业参数、作业效率、防治时期、农药制剂、作业经济性和防治效果等方面进行了综合考虑,进行防治模式探索研究。研究结果表明,不同参数组合下有效幅宽、喷洒雾滴穿透率以及雾滴沉积均匀性各有差异。有效喷幅总体上呈现与飞行速度、飞行高度和喷洒流量变化的负相关性,其中飞行速度对幅宽结果影响极显著(P-value<0.01),飞行高度对幅宽结果影响显著(0.01<P-value<0.05),在3.0 m/s,2.0 m,2.0 L/min流量下有效幅宽最大值为5.78 m。飞行高度对雾滴穿透率影响极显著(P-value<0.01),飞行高度和飞行速度交互对雾滴穿透率影响显著(0.01<P-value<0.05),最大穿透率为63.8%(3.0 m/s,1.5 m,2.0 L/min)。飞行高度、飞行速度和喷洒流量对雾滴沉积均匀性影响均不显著(P-value>0.05),但随着飞行高度的增加,沉积均匀性变差,变异系数最小值为23.3%(3.0 m/s,1.5 m,2.0 L/min)。在优化的参数组合下,进行了作业效率的实际田间考核,考核结果显示最大作业效率为6.37 hm2/h。主要防治时期集中在返青期至盛花期之间,主要预防蚜虫、白粉病和赤霉病,同时兼顾预防纹枯病和条锈病。依据每个防治时期小麦的生长特性,兼顾防治需求、作业效率和作业经济性,选用常规的杀虫剂(阿维·高氯,噻虫嗪)、杀菌剂(噻呋酰胺,氰烯菌酯,氟环唑)进行喷洒防治作业,经查定防治效果能够达到预期。综合以上因素形成了适合泗洪示范基地小麦病虫害植保无人飞机的防治模式,为植保无人飞机更好地应用提供了一定的参考依据。

圆锥雾喷头静电电极优化设计与试验

设计一种空心圆锥雾仿形静电喷头,通过在雾滴形成区域施加仿形静电电极,并对电极加以高压绝缘外套设计,使得雾流与电极间以最佳感应距离获得最大静电感应电荷。试验结果证明:对于选用的流量为290mL/min、锥角80°的空心圆锥雾喷嘴,其荷质比可达0.79mC/kg,而韩国同类静电喷头的荷质比仅为0.27mC/kg。

航空喷雾用电动离心喷头试验研究

简述电动离心喷头的结构和工作原理,并利用专用试验台对电动离心喷头进行性能试验。试验表明:雾化盘的转速、喷嘴流量和喷雾高度对雾滴体积中径和喷幅影响较大,而对雾滴分布均匀影响不大。确定无人直升机喷雾最佳作业参数:喷雾高度5m,流量850mL/min,雾化盘转速3094r/min,雾滴体积中径为296.29μm,喷幅3.5m。

植保无人飞机油菜杂草防治与效果评估研究

为探索油菜田杂草看麦娘的有效防治,进行植保无人飞机低量施药防治试验,分析不同雾滴粒径、不同飞行高度、不同飞行速度和不同施药液量下雾滴沉积覆盖率、雾滴密度等,结果表明在其他条件相同时,小雾滴粒径(195μm)喷洒的雾滴覆盖率和沉积密度明显大于大雾滴粒径(235μm)喷洒。选取雾滴粒径195μm、高度1.5 m、速度4 m/s、施药液量12 L/hm^2条件下植保无人飞机施药(UAV)与空白对照(CK)、人工施药(Manual)对比,采用反射光谱信息和植被指数进行防治后10天的效果评估,敏感波段区间光谱反射值和植被指数(NDVI、PRI)值均是CK>UAV>Manual,表明常规药液量的人工施药较优,建议植保无人飞机防治杂草看麦娘应增加单位面积的施药液量以提高防效。研究结论为植保无人飞机防治油菜田杂草看麦娘提供参考。

蔬菜精整地机镇压部件设计与试验

为有效改善土壤细碎程度和平整度较低等问题,对蔬菜精整地机的镇压器、镇压高度调节装置进行设计及优化。设计两套镇压器高低调节装置,一种镇压高度调节装置是由双作用液压缸、控制阀、液压管路、液压操作机构、监测轮、压力传感器等部件组成,可以实现压深反馈自动调节;另一种镇压高度调节装置是通过转动手柄来改变镇压辊与土壤的间距,可调节的最大距离为10 cm,结构简单紧凑,便于维修。阐述蔬菜整地机具的镇压部件工作原理,重新设计镇压辊轴等部件,并进行田间试验研究。田间试验结果表明:土壤含水率在20.5%的相同情况下,牵引速度为1.2 m/s、碎土辊转速为439 r/min时,土壤平整度效果最佳,牵引速度和碎土辊转速对土壤平整度的影响是极显著;牵引速度为1.1 m/s,动力输出轴转速为720 r/min,土壤含水率相同时,双轴机具土壤平整度明显优于单轴机具。试验结果符合优化参数,且能够达到目前蔬菜整地机的作业质量标准。

基于MVS序列图像的油菜三维模型

为实现油菜作物模型的可视化研究,给油菜作物的数字化管理提供数据基础,以感染虫害的苗期油菜为研究对象,采用MVS序列图像技术,搭建MVS技术的序列图像采集平台。根据SFM和PMVS算法获得虫害油菜的稀疏点云数据和稠密点云数据,同时,探索序列图像数量对于特征点匹配的影响。对MVS序列图像技术获得的虫害油菜三维点云数据,采用滤波、精简、Alpha-Shape曲面重建等处理,得到虫害油菜的三维形态曲面模型。结果显示,使用图像数目多和8邻域匹配两者相结合的方法可以又快又好地匹配图像特征点;在获得合适的Alpha值情况下,Alpha-Shape算法可以真实形象地表现出虫害油菜的生长状态。

N-3型农用无人直升机航空施药飘移模拟与试验

为了判定N-3型农用无人直升机在进行病虫害防治作业时所需的安全农药飘移缓冲区,该文通过模拟和试验,研究了飞机在飞行速度为3 m/s、侧风风速分别为1、2和3 m/s、飞行高度为5、6和7 m时在非靶标区域的药液飘移情况。采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,在约束条件下对作业过程中旋翼风场和农药喷洒的两相流进行了模拟,并设计了条件相似的对应试验进行验证。模拟的结果表明,在无人机飞行速度3 m/s,侧风风速相同的情况下,作业飞行高度为5、6、7 m时,药液在侧风下方(Z轴正向)的最大飘移距离和在无人直升机后方(X轴负向)的最大沉积量位置差异不大;在作业飞行高度相同的情况下,侧风风速为1、2、3 m/s时候,药液在侧风下方的最大飘移距离和在无人直升机后方的最大沉积量位置发生变化明显。通过相应试验,对飘移量(飞行高度6 m,飞行速度3 m/s)的模拟数值与试验值的变化趋势进行了比较,并进行线性回归分析,拟合直线决定系数R2分别为0.7482、0.8050和0.6875。本文提出一种较传统检测方法更为方便的CFD模拟方法,来对N-3型无人直升机施药作业中药液的飘移情况进行分析,模拟研究可以比较准确地定性地模拟出实际飘移情况,对实际生产具有一定的指导意义。

我国植保无人飞机发展与应用

植保无人飞机,是以无人机为载体,融合电子通讯、自动控制等技术,搭载药液喷洒系统的一种新型植保机具,以其突出的机动性和农田适应性,近年来在我国发展得十分迅猛,已然成为现代农业机械的典型代表之一。一、发展历程植保无人飞机的发展,最早可追溯到2008~2010年农业部南京农业机械化研究所(今农业农村部南京农业机械化研究所)承担的我国首个"863"课题——"水田超低空低量施药技术研究与装备创制",当时的工作可谓探索性和前瞻性研究,所形成的技术、样机等虽不成熟,但实践证明这些研究给后来的行业发展奠定了基础、指出了方向,具有里程碑意义。

单旋翼植保无人飞机小麦返青期施药作业参数优选

以CE20型电动单旋翼植保无人飞机为研究对象,结合小麦返青期植保作业要求,对植保无人飞机常用作业参数组合(作业速度、作业高度和喷施流量)进行了全因素试验与优选。依据国内首个植保无人飞机行业标准《植保无人飞机质量评价技术规范NY/T3212-2018》,分析了不同作业速度、作业高度和喷施流量下的作业喷幅与作业喷幅内的雾滴覆盖率变异系数。结果表明:作业速度与喷施流量对该型植保无人飞机的作业喷幅影响显著,作业高度和喷施流量对作业喷幅内雾滴覆盖率变异系数影响显著。结合作业喷幅与覆盖率变异系数,经过对比分析,筛选出作业速度4m/s、作业高度2m、喷施流量2L/min作为较优作业参数组合。在该组合下,作业喷幅为5.75m,雾滴覆盖率变异系数为26.2%,对应的施药液量为14.5L/hm^2,单日综合作业效率为36.8hm^2/天。

浅析我国植保无人飞机标准

标准是行业健康发展的重要基石。近年来,我国的植保无人飞机发展迅猛,关键技术、市场保有量和应用面积都已经做到世界第一,成为我国农业生产领域具有中国特色的新兴高新技术产业。然而,在行业快速发展的同时,相关标准制定工作相对滞后导致企业缺乏入行门槛约束,行业一度技术装备水平良莠不齐。

植保无人机喷头开启策略对喷雾沉积效果的影响

合理的喷头安装位置对植保无人机的喷雾沉积具有重要意义。除调整喷头安装位置外,控制喷头喷雾时刻也是变相调整喷头位置的另一种方法。该研究采用安装有四个离心转盘式喷头的四旋翼植保无人机对破口期水稻进行了田间试验。喷头分为前后两组可以控制独立开启,然后分析采集纸卡上的喷雾覆盖率和雾滴密度,以分别研究其喷雾沉积效果。试验在不同的转盘转速和飞行速度下,研究喷头位置对沉积分布的影响。转盘转速同时还影响雾滴大小。结果表明,平均覆盖率和平均累积雾滴密度与飞行速度呈负相关;平均雾滴密度还与雾滴大小呈负相关。在相同喷雾参数下,前喷头组的喷雾沉积效果明显差于后喷头组,特别是当雾滴尺寸过大或飞行速度过快时。另外,雾滴损失主要集中在喷幅中心区域。前喷头组的平均累积雾滴密度相比后喷头组总体降低了25.96%,其中,雾滴粒径小于100μm的,平均雾滴密度降低了18.54%;雾滴粒径在100μm和200μm之间的,平均雾滴密度降低了25.02%;雾滴粒径大于200μm的,平均雾滴密度降低了一半以上。该研究可为植保无人机喷头的安装和喷雾控制策略设计提供指导。

N-3型无人直升机施药方式对稻飞虱和稻纵卷叶螟防治效果的影响

为了阐明喷洒药械N-3型无人直升机(N-3 UAV)对稻飞虱和稻纵卷叶螟的防治效果及应用前景,进行了飞机不同作业高度和不同喷洒浓度的田间药效试验。结果表明,在水稻分蘖后期,飞机每公顷喷洒48%毒死蜱.锐劲特EC 432 g(有效成分,下同),施药后3、5、10 d对稻飞虱的防治效果为96.93%、92.21%、88.12%,对稻纵卷叶螟的保叶效果为63.29%、54.00%、58.33%,均优于传统担架式喷雾机喷洒防治效果。在水稻孕穗期,无人机在3 m和5 m的作业高度下,每公顷喷洒25%吡蚜酮SC 75 g,施药后10 d对稻飞虱的防治效果与每公顷喷洒60 g和52.5 g时防治效果无显著差异;每公顷施用40%二嗪.辛硫磷EC 480 g和384 g防治稻纵卷叶螟,施药后10d,3m作业高度下的杀虫效果均达90.90%,优于5 m和7 m的杀虫效果。