植保无人机实时变量喷洒控制系统设计与试验

针对目前植保无人机在手动作业时,需要人为控制农药流量大小和植保机飞行速度,无法实现农药流量和飞行速度的实时匹配,造成农药喷洒不均匀的问题,开发了一种实时变量农药喷洒的控制系统。系统以STM32F103ZET6单片机为核心,使用GPS北斗定位模块进行速度和位置信息采集,基于PWM技术控制离心喷头的转速和水泵的药液流量,通过流量计反馈实时流量,形成闭环系统,并使用PID算法对整个系统进行精准控制。工作时,基于USART HMI串口屏设计的上位机远程实时地控制离心喷头转速和农药流量,同时在上位机的液晶屏幕上显示飞行参数等信息。试验结果表明:植保无人机实时变量喷洒控制系统可行,系统开机初始化时间为3.5s;在地面站离主设备1m~1km之间,系统响应时间为10~45ms之间,且农药流量控制系统的实际流量和理论流量之间的平均误差为2.2%。

叶面施硒下荞麦冠层叶片氮含量遥感估测研究

氮是植物生长发育过程中必需的营养元素之一,快速准确地获取其含量对大田农作物监测和管理有重要意义。采用无人机(UAV)搭载多光谱传感器对田间荞麦冠层叶片氮含量(Leaf Nitrogen Content,LNC)进行定量化估测,为荞麦叶片的信息化管理提供理论依据。试验选用不同荞麦品种为研究对象,通过无人机于荞麦开花期和灌浆期获取多光谱影像并同步采集荞麦冠层叶片的LNC,分别提取了5个波段下的反射率,选用与叶片LNC相关的12个植被指数进行皮尔逊(Pearson)相关性分析,选取17个光谱变量中相关性较高的特征变量与实测LNC进行PLSR、SVM和BPNN回归建模。结果表明,适量施用叶面硒肥可促进叶片吸收氮素从而增加LNC,过量硒肥不能持续提高LNC。G、R、NIR、NDVI、RDVI、RVI、SAVI、NLI、OSAVI、GRVI和LNC相关性较高,最高为GRVI,达到了0.824。采用BP神经网络建立的回归模型表现最优,盛花-灌浆期预测集决定系数(R^(2))为0.828,均方根误差(RMSE)为2.172,验证集R^(2)为0.939,RMSE为1.100,RPD为4.587。因此,无人机多光谱遥感技术可实现大田尺度的荞麦冠层叶片LNC估测。

农用无人车自动导航系统设计

设计了一套基于STM32控制的施药农用无人车,在设定路径和施药信息后能够自动导航完成作业,与无人机施药配合能够360°无死角地消除虫害,并且无须人工操作,省时省力。该自动导航设计是基于GPS定位和三轴航向角测定的控制算法,使用SDIO总线操作SD卡记录航行操作数据,加入实时的自检代码以进行路径修正,加入避障系统以保证人员和车辆安全。系统基于STM32开发板进行开发,扩展性和兼容性强,后续可继续增添新功能。

纳米二氧化硅/POE协同增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯及其发泡行为研究

通过熔融共混两步法制备了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/乙烯-辛烯共聚物(POE)/纳米二氧化硅复合材料,并以超临界二氧化碳为发泡剂,采用釜压法制备了PET发泡材料。研究了纳米二氧化硅和POE对PET韧性和发泡行为的影响。结果表明,纳米二氧化硅和POE显示出协同增韧PET效应,当纳米二氧化硅含量为0.3份时,冲击强度从11.63kJ/m^2增至29.15kJ/m^2,增幅达到150%;三元共混体系的储能模量(G′)和复数黏度(η~*)随着纳米二氧化硅含量的增加而逐渐减低;随着纳米二氧化硅从零增加到1.0份(质量份,下同),PET发泡材料的泡孔尺寸从75.39μm逐步减低至50.49μm,泡孔密度从6.67×107个/cm^3增加到了9.61×10~7个/cm^3,纳米二氧化硅表现出异相成核作用。

聚乳酸微纳复合泡孔的结构与性能研究

通过熔融共混制备聚乳酸(PLA)/聚(己二酸丁二酯-对苯二甲酸丁二酯)(PBAT)共混物。以环氧扩链剂(CE)为相容剂,研究了CE含量对共混物的流变行为、结晶行为的影响,并研究了CE含量为5份的共混物在冷结晶温度下的发泡行为以及泡沫的拉伸性能。结果表明,共混体系的相容性、结晶速率随着CE含量的增加而增加、可发性提高,在添加了5份CE的共混物中得到了微纳复合泡孔,泡孔密度达到1013个/cm^3,相对于PLA泡沫,共混物泡沫的断裂伸长率提高了40%。

CO_2在聚乳酸中的溶解和扩散行为研究

采用统计力学的密度泛函理论,建立了CO_2在聚乳酸中的溶解度计算理论模型,并利用非原位重力法测定了CO_2在聚乳酸以及在聚乳酸/聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)合金中的溶解度及扩散系数。将实验数据和理论计算结果对比,结果表明,DFT模型可以定量预测不同温度、压力条件下CO_2在聚乳酸中的溶解度,而非原位重力法在低压下具有较高的准确性,且适用条件广泛;相比于纯聚乳酸,在不影响扩散系数的情况下,聚乳酸/PBAT合金具有更高的CO_2溶解度。

无人驾驶拖拉机底层控制系统设计

随着科学技术的不断发展,无人驾驶技术越来越多地应用到农业机械领域。以Q/CR01-2015型山地拖拉机为载体,通过设计电子系统、液压系统等,实现对无人驾驶拖拉机的底层控制,设计方案易于施行,具备与智能决策系统对接的条件,方便对传统农机进行无人驾驶改造。

超临界CO_2发泡阻燃聚苯乙烯研究

采用水滑石(HT)为热稳定剂,以超临界CO_2为发泡剂,研究了六溴环十二烷(HBCD)阻燃聚苯乙烯(PS)的阻燃机理和发泡行为。结果表明,在一定加工条件下,适量的HT可以显著提高HBCD的热稳定性,但是过量的HT会降低PS的阻燃性能;加工工艺尤其是剪切流场的强度及加工温度对HBCD的热稳定性有重要影响;采用超临界CO_2进行发泡成型后的阻燃PS泡沫的极限氧指数可达到30%以上。

Operando Observation of Structural Evolution and Kinetics of Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]O2 at Elevated Temperature

Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]O2(NCM622)is one of the best commercialized cathodes in the battery field.However,poor cyclability at relatively high temperature hinders its multiple usages.Here,operando tests were performed to investigate the phase transitions and electron/ion transfer process of lavered NCM622 at 25 and 55℃.The identified spinel structure resulting in the poor cyclability at 55℃ guides the commercialization of batteries at high temperature.