喷药系统

喷药系统（精选7篇）

喷药系统 篇1

摘要：针对甘蔗人工喷洒农药的劳动强度大、以往机动弥雾机自动化程度偏低、喷药杀虫效果不理想的现状,设计了一种智能化甘蔗喷药系统。该系统采用水位传感器、质量检测器和STC89C516单片机,在实现智能化农药对水的基础上,使用CMOS摄像头对喷药质量进行实时监测,在药液中适当加入天然红色素和运用改进型BP神经网络进行模式识别,提高了着药面积的识别效果。甘蔗叶面喷药试验结果表明,该系统的农药对水和图像识别效果理想,只是机器在转弯时灵活性略差,但可以在后续的研究中对其改进。因此,该智能化甘蔗喷药系统具有实际开发价值。

关键词：甘蔗喷药系统,药剂质量检测器,STC89C516单片机,CMOS摄像头,图像模式识别

0 引言

由于甘蔗叶长有毛刺,每个管理人员负责的甘蔗面积都比较大,人工喷药相当困难,所以蔗农十分盼望有一种高效、大型、喷洒效果比较好的甘蔗喷药机械。以往机动弥雾机喷药杀虫效果差(缺乏质量自动检测),效率低,故障率高,自动化程度不高,往往一个人不容易操作,请临时工又比较困难等,致使机具不能普及应用。研究发现,我国甘蔗产量快速大幅提高,甘蔗种植业的劳动力负荷年均增长14%,广西高达24%。劳动力数量的下降和劳动强度的剧增导致劳动力成本占甘蔗成本的比重不断提高,平均达41%~42%,对甘糖生产造成巨大压力[1]。另外,甘蔗的病虫害也较多(害虫100多种,病害30多种)[2],需要用大量农药杀虫除病。由于农药是一种有毒物质,在农药对水和农药喷洒过程中中毒的现象时有发生。另外,由于农药配制不合理,影响甘蔗生长与产量。基于以上原因,为了避免工作人员直接接触农药以及在配药时发生中毒的事故,提高农药对水的可靠性和工作效率,该机器利用STC89C516单片机[3]和液位传感器[4]进行智能化农药对水。为了提高对甘蔗喷药的工效和保证喷药质量,甘蔗喷药车安装有长度可变化的扁担式喷药臂,臂上有多个独立控制的雾化喷头,后边有CMOS摄像头[4],可以对喷药质量进行图像采集,运用人工神经网络进行质量识别。这种智能化甘蔗喷药机实现了农药从对水到喷药的全自动化作业,在提高工作效率和可靠性的同时彻底避免了人体与农药的直接接触。因此,智能化甘蔗喷药机有实际推广的应用价值。

1 农药对水系统工作原理

1.1 农药对水系统组成

农药的对水是根据农药对水的设定程序进行的。由于药水中水的比例比药多,所以首先在药罐中加入设定的水,再加药。在加药过程中,应边加药边搅动,使浓度均匀。农药对水系统由水位传感器、药剂质量检测器、电磁阀、继电器和搅拌器等组成,系统结构如图1所示。

1.农药容器2,11.药剂质量检测器3,12.加药电磁阀4.搅拌电机5.搅拌器6.农药对水容器7.水位传感器8.加水电磁阀9.水泵10.压力传感器

农药对水时加入的药剂中有水剂也有粉剂,对水时所加药剂的质量由药剂质量检测器进行监测。它是由弹簧、激光二极管、位移传感器和药剂容器等组成,如图1所示。

a.农药容器b.弹簧c.激光二极管d.CCD位移传感器e.出药口f.进药口

1.2 药剂质量检测器工作原理

质量检测器的底部连有一条弹簧,检测器的容器内放有药剂时,在重力作用下弹簧被压缩产生形变,并遵守胡克定理[4],即

式中k—弹簧的倔强系数;

△x—弹簧的形变量。

激光二及管安装在弹簧平衡时的上端点,此时光束照射到CCD位移传感器[5]的点为药剂质量零点。当有药剂时,二极管随弹簧下降,CCD位移传感器上的感光也跟着下降。通过计算下降的位移值,由计算机运算出药剂的质量。

1.3 甘蔗农药对水数据库

甘蔗常见病虫害有螟虫、条螟、白螟、大螟、绵蚜、刺根蚜、介壳虫、蓟马、金子、白蚁、风利病、黑穗病和梢腐病等。根据文献[6],建立防治甘蔗病虫害数据库,如表1所示。

1.4 甘蔗农药对水系统的硬件构成

本甘蔗农药对水系统是以单片机为核心。通过它实现智能化加水、加药和搅拌,从而达到智能化对水农药的目的。农药对水系统的硬件分别由STC89C516+单片机、水位传感器、水位电磁阀、药剂质量检测器、HD44780液晶芯片[7]、LED指示灯和电源等元器件组成,如图3所示。

1.5 智能化甘蔗农药对水工作原理

农药对水时,首先根据表1数据把防治甘蔗病虫害的数据储存到STC89C516+单片机存储单元内。当存储器获得加水、加药的地址码,调出储存器上的加水、加药数据时,由单片机输出加水控制信号,加水电磁阀打开而加水。同时,水位传感器把水位信息传回单片机内进行对水位的识别,确定是否停止加水而关闭电磁阀。加水结束后开始加药,单片机输出加药控制信号,加药电磁阀打开,同时根据输入农药名称,确定打开水剂电磁阀而加水剂药液,或是打开粉剂电磁阀而加粉剂农药。同时,农药质量检测器上的弹簧随盛药容器内的质量减少而变长,CCD位移传感器上的光点向上端移动,把光点的变化信息传回单片机内进行对加药质量多少的鉴别,以确定是否停止加药而关闭加药电磁阀。在加药的同时,单片机输出搅拌药液信号,使搅拌电机工作,把药液搅拌让药液均匀。为了使药液充分均匀,加药结束后还继续搅动150s再停机。整个农药对水过程完成的每一程序,HD44780液晶芯片用字符显示和LED指示灯都进行提示,从而实现智能化农药对水。

1.6 农药对水程序的基本流程

系统的程序基本流程如图4所示。

2 智能化农药喷洒系统

2.1 智能化农药喷洒结构

要实现农药的智能化喷洒,其关键是能否能正确识别出甘蔗叶片上是否喷洒有药液,也就是药液在叶片上的图像识别问题,这一问题随着图像识别技术的提高已成为现实。农药喷洒系统分别由大药罐、喷药臂、输药水管、雾化喷头、CMOS摄像头、运载车和微型计算机等组成,结构如图5所示。

1.大药罐2.药液加压系统3.喷药臂和输药水管4.雾化喷头5.横杆6.CMOS摄像头

为了保证喷洒农药的均匀性和增加喷洒效率,喷药臂塔式分多级。输药水管由多个独立管组成,且安装在喷药臂下方,每管有多个雾化喷头,可绅可缩,可横可纵,能在90°角内变化,十分方便。为了提高喷洒的均匀性和机器运作的安全性,安装有压力传感器,对压力机进行智能化管理。

2.2 农药喷洒系统的硬件组成

把对水好的农药液装入大药灌内进行加压,利用压力泵使其部分药液获得0.2~0.25MPa压强,输送到农药喷洒臂的输药管,由雾化喷头把药液喷洒在作物上;再由CMOS摄像头对甘蔗叶片上获得着药面积进行模式识别,判断对甘蔗杀虫除病的质量。因此,智能化农药喷洒系统主要由运载车、药水灌、农药喷洒臂、输药管、雾化喷头、CMOS摄像头、压力传感器和微计算机等部件组成,如图6所示。

2.3 甘蔗叶片药水图像的采集

为了更好地对喷洒药液的甘蔗叶片进行图像识别,本系统采用CMOS摄像头对叶片图像拍摄法,即在雾化喷头前后安装一个CMOS摄像头,获得对甘蔗叶片喷药情况的原始图像,提供给计算机对图像数据处理和喷药质量好坏的识别。

2.4 甘蔗叶片着药图像特征的提取

该研究软件信用靠Windows xp平台下visuad c++6.0作为开发工具。图像预处理与图像识别程序的编写符合Windows应用程序和人机对话界面。由于图像采集是动态进行,一般来说图像清晰度不太好,不利于图像轮廓特征的提取,但是提取甘蔗叶片着药水面积的颜色相对比较容易。由于药水人为增加为红色,着药的为红色,不着药的为甘蔗叶片原色,利用这一特征对图像特征进行提取。选取白色作为甘蔗叶片的背景,运用中值滤波法去掉噪声干扰,运用双峰法从背景中分离出甘蔗叶片中着药的图像来进行边缘检测,从而提取着药的几何特征[8,9],实现着药图像的预处理,这样能有效地提取着药特征。

从彩色图像的成像原理知道,CMOS摄像头拍摄得到的图像是由三基色(RGB)混合而成,在图像中当R=G=B=Y时,是灰度图像的表示,Y值也称灰度值。Y在一定的范围内变,Ymin≤Y≤Ymax。定义:Y≥0,因此灰度级取为[0,255],Ymin=0为白色,Ymax=255黑色,共为256级。在PAL制式,彩色图像用灰度图像表示的关系式为

式(2)也称为灰度方程。其中,0.299,0.587和0.114为基色系数,随图像灰度的不同而各异。设图像F(x,y)设置两种灰度,一种为甘蔗叶片的着药,另一种为背景。如果叶片着药与背景的灰度直方图的概率统计呈现双峰状,以直方图的波谷灰度作为阀值θ,则二值图像S(x,y)的背景和甘蔗叶片着药的分离关系式为

从灰度直方图可知,如果用来图像边缘检测,则须计算图形的边缘曲率,图像坐点(x,y)的导数用来表示向量,即

式中Fx,Fy—x,y方向上的导数。

这样在数字图像中图像点的变化速率为

根据式(5),得图像边缘强度I和方向分别为

方向为向量H(x,y)方向。

2.5 甘蔗叶片着药样本集的训练

用CMOS摄像头拍摄各50幅喷洒过农药和没有喷过农药在甘蔗生长期叶片图像,作为对图像边缘特征提取的依据。人们利用神经网络算法作为对叶片识别的训练样本[10,11],具体方法是:

1)设网络有3层(输入层、输出层和隐层),每层有j个神经元,对权系数Wij置初值符合式(1)至式(3)。对各层的权系数置一个较小的非零随机数,其中Wi,n+1=θ(θ为阀值)。

2)样本的输入向量为

3)设一个神经元输出与输入的关系表示为

式中F—输入层所加样本;

Uki—第k层的i神经元输入的总和;

Wij—权系数;

f—各神经元的激发函数。

4)各层节点I的学习误差dki为

式中I—输出节点;

J—隐节点。

5)修正权系数Wij和阀值θ的计算公式为

6)当求出了各层各个权系数之后,可按给定误差指标判别是否满足要求。如果满足,则算法结束;若不满足要求,则返回执行。

2.6 甘蔗叶片着药最佳模式识别

以测量叶片着药边缘特征图形和阀值作为输入向量,通过计算得到输出向量。向量分量对应于该识别系统的F和Y值,在事先指定的甘蔗叶片着药识别概率中,最大概率值所对应的类型即为所识别甘蔗叶片着药最佳的类型。计算机根据识别的结果从窗口显示出最佳的喷药车速,供操作人参考,从而能够达到最佳的杀虫除病效果。

2.7 甘蔗叶片着药识别的主程序流程

甘蔗叶片着药识别的主程序流程图如图7所示。

2.8 对甘蔗喷药试验

由于地理位置的限制,试验在钦州市一个甘蔗种植专业户进行。2009年5月18上午10时,为了除甘蔗风利病,用50%多菌灵对水1000倍喷雾。对水药量2kg,18min完成;喷药用中拖为动力,喷臂左右宽19m,控制平台为手提电脑,喷洒药70×667m2,时间约60min(转弯时机手不熟悉,比较慢)。试验表明,喷洒药速度快,工作比较轻松,着药比人工喷洒均匀,但转弯还不够理相,待后续研究给予完善。

3 结语

农药对水系统以液位传感器和STC89C516单片机为核心,通过检测水位和药位的方法,实现智能化农药对水。在药液中适当加入天然红色素,使甘蔗叶片着药面积人为增色,使CMOS摄像头采集的甘蔗叶片上的着药面积更具图像特征,提取的效果更好。加上运用改进型BP神经网络对叶片着药面积进行模式训练,能提高喷洒农药质量的模式识别,从而监控农药喷洒效果。从农药对水和图像识别试验可知,对水和图像识别准确。本系统只是初步阶段性成果,待项目研究全部完成后,采用智能化农药喷洒系统,将实现农药从稀释到喷洒的全自动化作业,不但提高工作效率和可靠性,而且彻底避免了人体与农药的直接接触。该智能化农药喷洒系统既可以用于玉米农药喷洒,也可用于水稻、小麦等大面积农作物农药喷洒。因此,该系统有实际推广应用价值。

参考文献

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喷药系统 篇2

防治农、林、果、牧业病虫草害的植保机械是一种确保丰产丰收的重要农业机械,在农业生产中具有不可替代的作用。现代农业生产的发展表现了对植保机械很强的依赖性,现代化的农业生产离不开植保机械,它已成为农业发展不可缺少的组成部分。我国是世界上农药生产量和使用量最大的国家之一,据统计,2013年全国农药使用量总计102.44万t。但是我国农药有效利用率低,在大田作物上只有20%～30%,远低于发达国家50%的平均水平。由于化学农药的超量不合理使用,不仅浪费了大量农药,还造成严重的环境污染和人畜中毒、农产品中农药残留超标、品质下降,对可持续发展、农产品和食品安全以及人类生存健康与社会和谐发展构成了极大威胁。施药作业在我国农业生产过程中劳动力消耗量最大、劳动强度最高、作业次数最多,费时费力。

随着科学技术的进步与农业机械的发展,以降低农药使用量、减少药液从靶标上流失和实现精准防控为目的的精确植保机械成为发展方向。精确植保机械改变了不管有无防治靶标都采用均匀恒量的施药状况,以最少的农药剂量合理精确地喷洒于靶标,不仅能有效防治病虫草害,还能减少作物农药残留、节约资源和降低环境污染,是未来农业可持续绿色发展的必然。

1 国内外研究现状

1.1 国外研究现状

从20世纪90年代开始,美国、欧洲的发达国家已经开始面向农林生产的农药精确喷施技术的系统研究和测试,而且这一研究随着机电液一体化技术、信息技术和自动控制技术的发展至今长盛不衰,已有部分商品化精确植保机械供应市场。美国的John Deer公司、Case公司、丹麦的Hardi公司、德国的Holder公司等,生产的一些大中型喷药机可以变量喷药,其上装备的控制器都备有GPS和GIS或计算机接口。在一些大型自走式喷药机上都装备有GPS自动导航驾驶设备控制机器、变量喷药设备等。目前,美国一半以上的大农场已经开始使用这些设备。

总体上,国外精确植保机械的主要特点是,GPS技术被普遍应用;传统的机械传动、控制已被液压传动、电气传动和控制所替代;采用计算机监测、控制系统,机具作业中的压力、喷量、行进速度及药箱中药液余量等参数均可在计算机屏幕上显示,并被自动控制或由操作者通过仪表面板来操作控制;自走式机具大多采用四轮驱动,机动灵活;气流防飘移技术用于喷杆喷雾机已屡见不鲜;普遍使用农药注入系统;快速接头、快速转换喷头、防滴阀、自洁式过滤器和组合式控制阀等先进技术已被广泛采用。

(1)精准对靶喷雾机。精准对靶喷雾机的最关键技术是靶标传感,国外已经开发了基于光电的杂草传感器和基于机器视觉的作物行传感器产品,John Deere、Case及Class等公司的精准喷雾机上已配备这些传感器,进行精准对靶喷雾或机械除草。

美国的NTech公司已经成功开发了WeedSeeker喷雾系统(图1),由叶色素光学传感器、控制电路和阀体组成,传感器发射770 nm近红外光和656 nm红光检测土壤背景中的杂草。该系统核心部分是phD600,阀体内含有喷头和电磁阀,当传感器通过检测叶色素判定有草存在时,即控制喷头对准目标喷洒除草剂。WeedSeeker喷雾系统是已装备喷药机械上的实用产品,适用于实时对靶喷药,用于行间、沟旁及道路两侧喷洒除草剂,可节省农药60%～80%。

加拿大的NORAC公司生产的UC5TM喷杆高度控制系统(图2)由超声波传感器、摆动传感器、交互电缆、比例阀套件、虚拟终端和显示器等组成,能自动保持预先设定的喷杆对地高度或者对作物的高度。超声波传感器能识别土壤、直立作物和田间残渣,无需光照就能监测喷杆的高度。John Deere、Case等公司生产的喷雾机上已装备UC5TM系统,以更有效地施用农药,减轻驾驶员的压力和疲劳,避免喷杆损坏和停机时间,进行精准和平稳喷雾。

(2)变量喷雾机。John Deere、Ag Leader等公司已开发了基于处方图的变量喷雾机(图3),主要组成部分包括DGPS接收器、VRT控制器软件和反馈控制回路等。

Trimble公司的Field-IOTM作物输入控制系统是一个组件式的区域控制和变量控制系统(图4),喷洒量可以人工输入也可以由处方图给定,能精准监控喷雾作业,避免重喷。

John Deere公司开发了配备在ISOBUS喷雾机上的相关配件,VRA软件、GreenStar 2630 ISOBUS显示屏和StarFire 3000接收器变量,可以按照处方图进行变量喷雾作业(图5)。

Ag Leader公司开发的DirectCommand变量控制系统(图6)。该系统利用流量计信号和雷达油门或者GPS接收器的速度信号,能根据人工设定或者变量处方图给定的施药量连续控制、调节和记录液体或颗粒固体的施用量,配备在喷雾机上进行基于处方图的变量喷雾,还能避免重喷、漏喷。

CASE公司生产了Patriot TM系列喷雾机和PS系列拖挂型精准喷雾机(图7),采用独特的喷杆吊架系统,精准控制系统由地速传感器、压力监测、喷杆控制、喷雾机应用模块、物料控制和物理监测等组成,再结合AgGPS FieldManagerTM显示器进行精准喷雾。

Farmscan公司开发的Farmlap喷雾控制系统(图8),具有自动喷杆开关和双喷雾线,与Farmlap导航系统和自动驾驶系统一起进行变量喷雾控制。Topcon精准农业公司的X20喷雾控制系统是一台单机控制器,能产生实时作业图,兼容大多数变量控制器,能同时控制3个药箱,双线喷杆控制30组喷头。

1.2 国内研究现状

在我国,精确施药技术始于20世纪80年代,当时主要用遥感技术RS和地理信息系统GIS对水稻、小麦、棉花和玉米等主要农作物的施药进行研究。20世纪90年代部分成果已达到实际应用水平。根据我国农林业对病虫草害防治的要求,应用自动对靶喷雾技术、静电喷雾技术、风送喷雾技术、低量喷雾技术和均匀喷雾技术,结合光机电一体化技术、自动化控制等技术,已成功研制出各种精确植保机械的样机,并小批量投入生产。

(1)精准对靶喷雾机。中国农业机械化科学研究院研制的智能化精准喷药机(图9),利用GPS精准定位杂草空间位置,结合机器视觉技术,给出杂草精确位置,即输出给执行机构处方图,根据处方图给出的各变量结果,结合自身行进速度,流量和压力反馈信息,利用变频器,调节电机的频率和电压有效幅值来控制电机的转速、喷嘴流量,达到变量施药的效果。

中国农业机械化科学研究院研制的Intelligent Recognition System智能对靶除草喷药机(图9),集计算机技术、图像处理技术和自动控制技术一体,是新一代先进、快速、可靠的杂草识别系统。智能识别系统能够检测小麦、玉米和大豆的田间杂草,并根据检测结果进行对靶精准喷药。其检测精度高、喷药效果好,可节省农药50%左右,能够广泛应用于小麦、玉米和大豆等主要粮食作物的田间除草作业。

(2)变量喷雾机。江苏大学在集成AgGPS 132接收机、AS-RF履带式机器人和SCS450变量喷雾控制器等基础上,研制了自主移动变量喷雾装备。提出了采用PLC控制电动比例调节阀对系统喷雾流量进行控制的新方法,构建了以电动比例调节阀为连续变流器件的连续可变量喷雾系统。华南农业大学为变量喷雾研制了实时混药装置、液位检测装置、流量检测与控制装置以及基于485总线的网络监控系统,解决了变量喷雾控制中药液精确实时计量的关键技术。

中国农业机械化科学研究院研制的大型智能化变量喷药机(图10),研发了基于作业速度实时检测的反馈式流量自动精准控制系统,喷杆折叠、升降及倾斜自动平衡技术,基于畸变校正的多行垄间杂草识别技术,该装备能够根据作业速度的变化,自动调整喷雾量,使喷雾量满足单位面积施液量设定值的要求,实现了喷雾量的精确自动控制,有利于减少农药使用量。

2 变量喷药控制系统的关键问题

2.1 变量喷雾调节技术

多变量输入控制下,喷雾量的变化与输入量相互耦合,既要实现输入变量间的解耦,又要充分利用各种调节方式的优点。喷药系统中的流量与压力的平方根成正比,所以可以通过改变系统喷雾压力来改变喷雾流量。但是,此控制方式对流量的调节范围很小,而且由于压力的改变导致影响喷雾效果的参数也随之改变。如果在压力控制方式下配合使用变量喷头,则可以降低由于压力改变造成的喷雾参数发生改变的不良现象。

变量喷雾技术有PWM(脉宽调制)流量调节方式、喷雾泵变频控制方式以及变量喷头与组合式喷头控制方式。PWM流量调节方式是利用PWM控制方式,通过控制电磁阀在变量喷药系统管路中启闭时问和动作频率来控制系统中药液流量。此控制方式对系统喷药压力的影响较小,从而对喷雾雾化效果影响也较小,但其在低频调节下存在喷雾状态不连续的问题,而高频调节则对电磁阀的寿命、可靠性提出了更高要求,成本也相应提高。

2.2 自动对靶喷雾技术

目前,国外主要有两种方法实现对靶施药,一是基于图像识别的对靶喷药技术。该系统由摄像头、计算机与电磁阀组成。计算机实时处理采集到的数据,并与专家库中的特征值进行对比,确定对象是草还是作物,从而控制电磁阀的开闭进行喷药。二是基于光学传感器的对靶喷药技术。该系统由叶色素光学传感器、控制电路和阀体组成。阀体内含有喷头和电磁阀。当传感器通过测试叶色素判别有草存在时,控制喷头对准目标喷洒除草剂。

2.3 田间杂草识别技术

由于农田杂草具有多样性,杂草在田间的分布是随机的、不均匀的,而且具有簇生性,如何在复杂的开放式非结构的农田环境中识别作物植株之间的杂草是难点之一。农田杂草特征提取易受光照变化、叶片遮挡及图像处理误差积累等因素影响,而作物的种植生长具有一致性,机械化种植管理致使农作物的株距、行距、形态等基本相同,因此,农作物植株的特征提取算法是提高杂草识别的准确性、实时性和鲁棒性的关键问题。

3 结论

本文主要介绍了植保机械变量喷药控制系统的国内外研究现状与变量喷药控制系统的关键问题。国内外植保机械变量喷药控制系统在产品层面的水平差距较大,因此,研究变量喷药控制系统的前景是非常广阔的。今后可以从以下几个方面进行研究。

(1)植保机械装备多传感器数据监测技术。研究植保机械对系统各个参数的实时监测技术,以及多传感器之间数据的获取和通讯技术。

(2)植保机械装备自动控制技术。研究基于作业速度实时检测的反馈式流量自动精准控制技术。

喷药系统 篇3

此研究报告刊登于《农业工程学报》2010年第26卷第4期, 题为“基于ARM的变量喷药控制系统设计”第一作者为生物与农业工程学院博士研究生王利霞, 通讯作者为张书慧教授。

该系统具有自动控制、手动控制和试验标定三种工作模式, 以及系统作业参数实时记录功能。当该系统配以相应的喷药机进行变量喷药作业时, 操作人员可借助触摸屏选择该系统的工作模式。中央处理器根据所选的工作模式采集相应的传感器信号, 换算处理后, 输出响应指令控制变量执行器动作, 实现变量喷药作业。

农药作为农产品病虫草害防治最为有效的手段, 其投入量直接影响着农产品的产量和品质。投入不当, 不仅增加农产品生产成本, 而且会破坏周围环境的生态平衡, 但是, 到目前为止, 我国大部分农村地区在农田病虫草害防治过程中, 没有考虑病虫草害的空间变异性, 仍采用常量喷洒方式。随着生活水平的提高, 农药过量使用对人体和环境造成的危害日渐引起人们的关注。因此, 为了有效防治农田病虫草害, 提高农产品品质, 国内外农学专家以及相关领域学者设计出一系列变量喷药控制系统。

根据变量喷药控制系统变量控制实施途径不同可将该类控制系统分为两大类:即基于机器视觉的变量喷药控制系统和基于处方图的变量喷药控制系统。基于机器视觉的变量喷药控制系统是通过光学传感器实时采集作物图像, 通过图像处理技术完成目标 (病虫草害) 与作物的分割和识别, 以图像处理结果为依据进行喷药决策运算, 以此来控制喷头喷药量的, 其中央处理器多以计算机为主。基于处方图的变量喷药控制系统是利用GPS (全球定位系统) 和GIS (地理信息系统) 技术, 在农学专家进行田间病虫草害调查的基础上, 生成作业处方图, 以处方决策数据为标准控制喷头喷药量, 实现变量喷药作业, 其中央处理器多以51系列单片机为主。

格兰IxterB系列喷药机 篇4

Ixter B系列有多种喷头选择, 适用于各种作物;喷杆选择多样, 带倾斜自调整功能, 可在倾斜地块喷洒, 同样得到理想的喷洒效果;单侧折翼和分段折翼, 可实现单侧折叠功能, 单侧喷洒;对称折叠和不对称折叠功能, 可在不规则地块作业。带快速挂接装置, 药箱内清洁器, 可选装外部加水装置, 外部清洗装置;附属件集中在左侧, 清洗水箱180L, 洗手水箱18L, 加药箱30L。抗腐蚀柱塞隔膜药泵, 药泵流量可选: 150L/min, 200L/min和260L/min。Easyset控制面板可凭直觉操作, 分别控制每一个喷杆, 所有阀都保护在盖板后, 避免操作区域受到农药污染。

不同喷杆选择满足不同需求

HC型喷杆长度18、20、21、24m, 垂直折叠、钢结构多功能喷杆。三角形钢结构, 即使在艰难的地表条件也能进行高速作业。HC喷架选择不同的电液控制系统, 可实现单侧折叠, 对称折叠和不对称折叠。

Hose型喷杆长度15m, 铝合金喷架, Z型折叠, 侧向移动, 可快速减少喷架宽度, 躲过障碍。喷架铝合金表面设计成最小阻力, 无焊接, 异常坚固。阳极电镀表面坚固, 抗刮伤, 抗腐蚀。

附属件集中在左侧

HPT喷杆长度15、18m, 水平折叠, 钢结构的非常紧凑的喷架, 质心低, 减少运输高度。保护杆为标准配置, 保护喷嘴不被损坏。单侧折叠, 倾斜纠正。这一功能可实现在树林带, 建筑物, 围墙或其他障碍物附近实现单侧喷洒作业。

简介全面的功能控制

有足够的空间连接PTO输出轴和液压管路, 电器线路。挂接装置带有一个锁定装置, 确保连接正确。带指示器的20L农药药箱, 悬挂于钢结构轨道上。指示器地点密封于上板下, 无需盖板。旋转清洗喷嘴当往下推时, 喷嘴喷水。标准回水搅拌系统始终保持药箱充分混合状态。涡流搅拌系统 (选装) , 实现强力搅拌, 当使用粉末药剂长时间不使用时造成沉淀时, 这一系统十分有效。远程控制EC:7段喷杆喷洒开关功能、回水搅拌关闭、压力控制、液压桁架预选功能所有操作有一组远程控制阀控制

格兰专业终端面板, 可安装到喷药机, 撒肥机, 播种机等。大而清晰地显示屏, 所有参数可视性强, 可记忆40个不同地块。使用Starguid系统将永远不会重复作业, 这将改变您的喷洒概念:地头喷药, 将自动控制喷杆, 喷洒没有喷过的地点。喷洒结束, 地边界重叠和地头管理控制剩余的地块, Starguide III将重建喷洒计算机。

i Xclean Comfort是半自动控制系统, 与电子水位计和吸水阀联合使用为驾驶员提供舒适和精准的操作。当程序设定水位达到时, 自动停止填充, 拖拉机驾驶室外ENFO远程控制清洗和水泵启动准备功能Simply prime the spray lines开始作业之前和清洗之后, 甚至遇到意想不到的坏天气, 驾驶员都不用走出驾驶室。

i Xclean Pro, ISOBUS喷药机, 全电磁阀控制, 所有功能可在驾驶座上完成。开关控制填充、搅拌、喷药、稀释、启动水泵和清洗。药箱清洗十分简单, 只按一下按钮, ENFO所有功能将进行标准启动。除了自动填充停止功能, 还有整个喷药机完全自动多步骤的清洗清洁程序。操作者只是坐在驾驶室里等待喷药机喷出最后一滴液体。只按一个按钮, 程序启动, 使用最小量的清洁水, 能够清洗喷药机所有元件, 简单且安全。i Xclean Pro填充和清洗, 每升水都计数。

在所有喷药计算机上ENvironmental FOcus (ENFO) 都是标准配置。这一巧妙地技术使填充和清洗最优化。精准的操作, 无农药浪费, 节省用水, 有益于环境。

ISOBUS精准农业系统

ISOBUS精准农业系统 (仅FMA控制器) 可确保ISOBUS系统从拖拉机到喷药机和从喷药机到拖拉机信息的互换性, 从机器采集的数据可被控制, 并且可容易传输到驾驶室内的控制面板, 易连接和操作。

抗腐蚀柱塞隔膜药泵

Iso Match GEO控制系统是Iso Match Tellus附加软件而得到。Iso Match GEO控制系统提供以下性能:喷杆控制 (自动喷杆开关) , 喷量变化控制 (自动调整输出喷量) 和记忆 (农场管理系统和Iso Match GEO控制系统进行数据交换)

喷架Boom Guide Pro系统:所有ISOBUS系统可与喷架高度控制系统进行数据交流, 超声波控制喷架高度控制系统, 操作喷架提升高度, 对倾斜的喷架和油缸进行纠正。此系统优势在于:解放了操作者, 当喷架水平时可以集中精力, 专注于喷洒作业。

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变量喷药技术的研究与发展 篇5

随着经济的发展, 人们对环境和健康越来越关注, 开始着眼于环境污染和农药残留引发的健康问题。我国是农药生产和使用大国, 年产量高达80~100万吨, 但其使用效率仅为20%~40%, 损失量达60%~80%[1]。在我国, 防治病虫害主要依靠化学防治, 由于其施药设备落后, 混药技术粗放, 所以造成农药大量浪费、水体污染及农药残留超标等等问题, 人畜安全受到威胁。

1 变量技术的研究与应用

变量技术 (VRT, Variable Rate Technology) 源于精准农业的思想, 是指农机具根据它所处的位置自动调节农业物料投入速率的一种技术, 变量调节的依据包括土壤性状、作物生长状况以及季节气候等因素[2]。在精准农业体系中VRT是一项重要的研究内容, 在耕作、播种、施肥、病虫草害控制及作物灌溉等农业生产中得到了广泛应用。

变量喷药是精准农业中与环境污染和食品卫生联系最为密切的一个环节, 将其核心技术应用于农田喷药过程中, 根据获取农田小区域内病害信息, 按需施药就是变量喷药。采集病害信息, 获得处方图, 利用计算机视觉技术, 使这一关键技术得以解决。例如, 采用数字图像处理技术和模式识别方法来研究农作物病害变量, 结合农作物染病时叶部病斑所呈现的纹理、形状和颜色等生物特征, 对农作物病害做出准确判别。其次对自动施药机和农田小区域进行精确定位。随着GPS、GIS、RS及其他传感技术的发展, 实时定位的精确性得到保证。结合处方图和施药机的位置信息对施药机进行控制, 使得单位面积上获得精确的施药量。同时, 还要考虑各喷头之间的均匀性及液滴的雾化程度等。

2 国内外变量喷药技术研究与应用

研发农业物料按需投入的硬件以及软件是精准农业的理念中最为重要的方面之一。近年来, 各个国家在此领域展开了很多研究项目, 我国不少公司也开始生产变量作业的装备。

2.1 国外研究与应用现状

以德国、美国、日本为代表的发达国家经过20多年的研究探索, 基于地图或实时传感技术的用药可变更系统已经比较成熟。德国Biller等[3]在喷药装置上安装了利用光电传感器设计出的杂草识别装置。美国加利福尼亚大学戴维斯分校研发了基于视觉传感器的精量喷雾系统, 该系统专门针对成行作物。Giles等[4]研发了基于机器视觉的喷药装置, 与传统方式相比, 利用该装置杀虫剂使用量降低了66%~80%, 目标作物的雾滴沉降率提高了2.5~3.7倍, 飘移量降低了62%~93%。美国依利诺大学农业工程系田磊等[5]开发了“基于机器视觉的西红柿田间自动杂草控制系统”和“基于差分GPS的施药系统”。美国的Lee等[6]研制出的智能杂草控制系统由机器视觉系统和精准喷施系统等组成。日本的Dohi等[7]研制出基于用计算机视觉技术的杂草定位系统。

Carrara等[8]利用ITAF变量施药系统对西西里岛的小麦进行除草剂变量施用研究。在收获等量作物产量的条件下, 利用该系统比传统方法节约了29%的除草剂, 经济投入降低, 环境污染减少。德国的农业工程研究所 (ATB) [9]研制出一种杂草检测光电传感器, 开发出适用于谷物和豆类田间管理的实时变量施药系统。试验表明在保证作物产量的前提下, 该系统使除草剂平均用量降低了24.6%。西班牙的Gil等[10]将3组超声波传感器和电磁阀安装在风送式喷雾机上, 利用传感器测定葡萄树的形状、尺寸, 根据反馈信息实时调节施药量。

2.2 国内研究与应用现状

欧美国家作物生产系统集约化、规模化程度高, 率先提出变量作业机械。与其相比, 我国农业发展规模小, 机械化水平较低, 大范围的推广变量作业技术比较困难, 实现农业机械化的目标也是个漫长的过程。我国可以先将目标放在研制与开发与小地块, 小区域相适应的定位变量作业机械, 配套小机具的研制和开发为全面实现机械化奠定基础。

尹东富等[11]研发出基于处方图的变量对靶施药系统。该系统利用MATLAB软件, 对棉田杂草图像处理, 形成处方图, 通过控制不同的喷头实现4种喷药量。经测试, 系统压力0.1MPa, 传送带速度0.4 m/s时, 对靶率超过90%, 施药量降低60%以上。该喷药系统为实时变量对靶喷药除草机器人的研制打下了基础。邹伟[12]等研发了可变流量喷药控制系统, 通过控制脉冲信号, 电机转速, 实现对喷药量的精确控制, 该系统可用于便携式喷药机和手推式喷药机。毛罕平[13]等设计出以S3C2410处理器为核心, 基于模糊控制算法的变量对靶施药系统, 具有自动识别杂草, 根据采集车速、杂草密度等信息自动改变流量的功能。

3 存在问题及展望

3.1 完善相关的法律法规

自《农药管理条例》颁布以来, 经历了10几年, 针对目前我国农药行业现状很多条例不适用, 与我国目前社会发展状况不匹配, 因此造成管理困难, 效率不高, 消费者维权难, 环境污染, 食品安全隐患等不良后果。

3.2 明确监管主体, 提高执法人员素质。

农药管理部门偏多, 监管人员数量大, 素质不够高, 造成系统管理难, 执法不严的后果。农药进入市场在到达农民用户之前, 都有相关规定来限制厂商的经营资格、收费标准和农药许可等, 监管在所有环节中不可或缺。

3.3 优化市场良性竞争+

正确引导从事农药制造业的企业, 严厉打击为了谋取高额利益, 制造销售假冒伪劣农药给农民的企业或个人。我国处于从高毒低效农药向绿色高效农药发展的过渡阶段, 完善市场经济, 纠正不良竞争之风势在必行。

3.4 提高农民安全意识, 忌经验用药

大多数农民凭借自身经验, 在使用过程中仅凭经验配药。往往为了追求防治效果而增大药量, 造成了农药的浪费和农产品过高的残留量。同时, 配药过程中, 农民与农药直接接触, 存在安全隐患。建议相关部门, 提高农药使用安全意识;针对农药的存储及使用和农民的认识程度, 适当举办学习和培训班, 提高农民的认识水平, 正确储存和使用农药, 降低由于不正当存储和使用所带来的农药残留危害[14]。

4 结语

喷药系统 篇6

凯斯SPX3150发动机为中置式5.9L 6缸柴油机, 采用凯斯低转速发动机提供动力, 发动机使用寿命长, 燃油经济性好。功率为152马力 (113kW) 。

该机为静态液压四轮驱动, 带有先进弹簧减振系统。轮距具有可调性, 调整范围为305~386cm之间。轮距的可调性大大方便了中耕作物的追肥、喷药作业。适合农垦大面积地块作业, 不用考虑垄距的大小, 使喷药机的宽幅能够充分利用。在驾驶室内手柄液压调整轮距, 操作方便, 简单快捷。

该机离地间隙为122cm, 田间通过性好。喷杆调整高度为51~152cm, 能够满足不同阶段作物高度的喷药作业, 适应性好。

凯斯SPX3150自走式喷药机的喷杆为自定中心喷杆。采用AIM Command喷药控制系统 (选装设备) , 能够保持恒定的喷药压力, 产生最理想的液滴尺寸。简单地说, 凯斯AIM Command专利技术可以提供独立的“压力控制”方式。流量控制器通过单个的喷嘴的工作来实现, 确保单位面积的喷雾量保持恒定, 与田间作业速度无关。在传统的喷雾技术中, 作业速度反应的是系统的压力, 而现在应用AIM Command专利技术, 压力可以独立于作业速度和流量之外进行控制。

流量控制器与单个喷嘴一起控制药滴的数量, 系统的压力通过喷嘴控制药滴的大小。AIM Command系统与流量控制器相互配合, 在作业速度为4.8~38.4km/h的速度范围内, 单位面积内的药滴的数量和大小可以保持一致。在任何地方都实现恒定喷雾量。在爬坡和通过水沟时不会造成损失。地头转弯和离开拐角时不会重复喷药。速度上升、下降都可以保证喷药压力和单位面积的喷药量不发生变化, 仅用一个喷嘴实现多种不同的喷药量。

综上所述, 凯斯SPX3150自走式喷雾技术的优势在于以下几点:

1.工作灵活, 田间通过性好。

2.操作灵活方便, 轮距的可调性会具有更大的生产效率。

3.可实现单独的漂移控制。

5.在拐角、启动、停车或者山坡上工作时, 不会过多或者过少的喷药, 实现恒定喷雾量。

6.操作方便, 提高坡地作业能力。

7.更少的维修, 无需超负荷作业以保证系统压力和喷雾方式。

8.需要更少的喷嘴。

约翰迪尔4630型自走式喷药机 篇7

4630采用负载感应压力流量补偿液压系统, 为喷杆、行走马达和其他液压功能提供动力, 仅使用了64升的液压油, 所以只有少量的油料需要冷却和更换。双静液压泵可以提供出色的驱动力。

由于田间类型多样, 4630配置了3个喷药速度范围, 再加上1个第4挡运输速度范围, 施肥喷药可达每小时32公里, 公路上的行驶速度可达每小时40公里。液压系统制动和脚踏后钳式制动器可以保证4630稳定可靠的制动效果。

源自飞机悬挂系统的启发, 4630的悬挂系统提供了整整21厘米的行程, 选装的自动气囊弹簧调节装置有助于保持平稳舒适的驾乘和直线的行进。车轴和车架部件是用高强度的8×8和4×8英寸的钢材制造, 其强度足以应付恶劣的喷药条件下产生的巨大扭力和挠曲力。1.32米的车身底架间隙, 使4630有足够的空间跨过行作物和密植的作物。

坐在4630舒适的气囊减震座椅上, 宽敞的驾驶室玻璃窗使驾驶员可以清楚地看到喷杆、标帜、轮胎和作物。厚厚的隔音衬和门窗周围3层隔音密封条, 使驾驶室内相当安静。

当您将昂贵的药剂喷洒在敏感的作物上时, 迪尔绿色之星2农业生产管理系统 (AMS) 可以确保您的喷药精度, 并实现自动驾驶, 保证导向喷药, 现在可以提供变量喷药应用软件。AMS设备以GPS为基础导向, 运行和记录保存增强功能使您在作业中获取最大的利润。

(1) 采用四气门6缸 柴油发动机。4630型发动机额定功率165马力, 通过软件升级调整发动机额定功率可达173马力;高压共轨燃油系统。

(2) 采用变量静液压传动系统。

(3) 采用农业生产管理系统, 实现精确喷药。

(4) 底盘和悬挂系统。1.32米的车身底架间隙有足够的空间跨过高秆作物和密植的作物;高强度钢体车架和加重车轴承受任何田间条件带来的扭曲力、挠曲力或扭矩;选装的自动气囊弹簧调节装置可以保持机器的平衡、舒适的驾乘及直线的行进;选装液压行距调节装置, 按下按钮可以改变行距, 前后轮可以设置不同的轮距。

(5) 喷杆和悬挂系统。坚固耐用、性能可靠, 无可比拟的喷药准确性。

a.创新的底盘悬挂和独立喷杆吊架装置, 有助于将喷杆保持在恒定的高度及与地面的平行度, 以获得更均匀的喷药幅宽和降低漂移。

b.大功率液压储能器和悬挂装置油缸, 有助于防止喷杆上下振动, 同时也能保持与作物间的距离恒定。

c.中间轴摆动吊架也可以保持喷杆与地面的平行。