193基于机器视觉的精准施药平台喷药机构设计含全套说明书和CAD图纸要点K12教育文档.docx
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193基于机器视觉的精准施药平台喷药机构设计（含全套说明书和CAD图纸）要点（word版可编辑修改）
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题目：
基于机器视觉的精准施药平台喷药机构设计
摘要
本课题要求设计一个机构,这个机构主要是基于机器视觉信号上，对作物的有无进行判别，并进行药液的喷洒，药液的喷洒在离开作物时不能突然停止，以至最后的作物喷药不足。
所以采用一个PWM脉宽调制电路,控制电磁阀，使喷头喷药时能够适当的延长一点时间，以至所有的作物都能被喷药。
基于机器视觉的杂草对准喷药控制系统。
本文的主要研究内容如下：
1、施药机构的分析
2、液压元件选用
3、PWM脉宽调制控制系统
4、系统压力损失计算
关键词:
喷药控制系统,脉宽调制（PWM）,精准施药
Abstract
Thistaskshoulddesignamachinewhichbaseonthesignalofmachinevision。
ItshoulddistinguishistherehavecorpsornoAndthenspraypesticide。
Thepesticideshouldnotstopsuddenlysoastosomecropsdonotinsufflated.SoweusePWMtocontroltheelectricvalvetoprolongalittletimeofspraysothecropswillinsufflatedallfullythesprayingcontrolsystemaimingatweedinrowwheatbasedonmachinevisionwasdesignedanddevelopedonthebasisofresearchonabroadanddomestic.Thecontentsofthestudycouldbrieflysummarizedasfollows
1。
Theanalysisofthecontrolmachine
2.Theselectioncomponentliquidpress
3。
ThedesignofPWMsystem
4。
Thewastageofthesystem
Keywords:
spraycontrolsystem,Pulse—widthmodulation，Precisionspray
1.引言
长期以来，人们赖以生存的食物靠栽种植物和饲养动物等方法来提供，然而在栽种植物过程中，不可避免地要遇到防治病虫害的问题.对农田作物病虫害防治一般来说有三种方法，一是利用自然天敌，自然界很多作物害虫都有其天敌，合理地利用它的自然天敌可以有效地防止作物病虫害的发生和蔓延，而且也减少了农药的使用;二是人工清除,用手或借助一些简单机械设备来防治;三是用化学防治的方法，通过喷洒农药来消灭害虫和细菌等。
随着时代的发展,人工防治的方法已逐渐被淘汰，化学防治成为目前控制病虫危害的主要手段。
〔11,而防治效果的好坏，喷施技术十分重要。
目前，国内农民对作物喷药都是采取人工喷洒或半机械化作业，一方面对人身伤害很大,遇到恶劣天气人在作业时甚至容易中毒。
另一方面喷药时也不是精确对准农作物，往往也喷在土壤上，不仅浪费了农药，增加了作物的农药残留量，而且喷在土壤中的农药易造成土壤酸化和地下水污染.随着农药的大量使用，其残留在农作物和土壤中的农药对人身和环境的危害也与日俱增，这跟现代农业要求精准高效、绿色环保的要求是背道而驰的.因此，有必要研制一种基于机器视觉的高效可行的喷药装置，让机器代替人在田间作业的同时能比较精准地对准农作物喷药，以降低人的劳动强度，提高药效和保护农田环境。
同时国家十一五规划中己将研究高效低污染的喷药技术和植保装备技术作为重大攻关项目,而且国家中长期科学和技术发展纲要也已把农业精准作业和信息化列为重大课题。
在精准农业的不断发展壮大和农业生产从机械化、自动化逐步向智能化方向发展的趋势下，智能化农业机械必将成为未来农业生产的主要装备。
〔21。
本课题就是基于这一背景下着手准备的，研究基于机器视觉的作物对行喷药控制系统不仅对农田作物喷药自动化具有十分重要的意义，而且也是精准农业技术体系的重要组成部分和实现精准农业中变量技术中的重要环节。
2．液压回路
2。
1液压回路的原理
系统要求完成的设计是基于机器视觉基础上.因此,确定用到PWM脉宽调制控制，由信号发生器,通过PWM来使方波信号的占空比发生改变，使的在有作物的情况下可以延长喷洒，而不会出现有的作物漏喷的情况。
如图1，为液压回路
图1液压回路
原理:
药液通过水泵抽出,当信号发生器发出的方波为低电平时，电磁阀没有接通，药液通过溢流阀溢流回药液箱;当信号发生器的方波为高电平时，PWM脉宽调制工作，使得电磁阀通电，电磁阀打开，药液通过电磁阀流到喷嘴，喷出药液.
要求:
微型水泵的最大输出压力应当与喷头的最大工作压力相适应。
且溢流阀和电磁换向阀的最低工作压力应该大于微型水泵的最大工作压力.才能保证溢流阀和电磁换向阀工作时不会应工作压力过大而损坏。
2.2布局图
初定布局图如下图2：
图2布局图
3．液压系统
3.1液压元件选用
3。
1.1喷头的选用
液压系统采用市场上普遍采用的N60系列钢玉瓷喷头，如图3
图3n60喷头
规格参数：
孔径规格mm0.60
外牙TNo。
10/32unc
操作压力Mpa0。
20～0.45
喷雾量cc/Min175～320
重量g10
3。
1。
2水泵的选用
由于系统所用的液体介质不是液压油,而是药液，基体的成分是水,所以，不能选用油泵，因此选用水泵。
但是由于系统的压力不足1Mpa,所以选用微型水泵比较合适。
根据系统的工作压力范围大概在0.5mpa，选用ASP5526微型水泵.如图4
图4ASP5526外形图
该系列特点：
1、综合了自吸泵与化工泵的优点，采用耐腐蚀的多种进口材料合成，具有耐弱酸、耐弱碱、耐弱腐蚀等性能（有一定得限制性）。
2、泵具备过压保护功能，能在泵超过泵的最大输出压力时自动停机保护.
3、泵体（材料：
增强尼龙）与电机分离,工作介质不与电机接触，避免出现类似离心泵使用久以后，因液体进入电机而损坏的情况。
4、运转平稳、流量稳定，可以空转（空转时间不超过30分钟）
5、具备稳定自吸性能。
最大自吸高度可达到1米，自吸速度快，流量大。
6、独具防尘帽设计，避免异物落入进出水口内，延长寿命。
7、做工精致、体积小、重量轻、流量较大（最大可达4.0升/分钟）、压力高（最大可达5.5公斤）、性能稳定，安装方便。
根据上面技术参数表中的技术参数，ASP5526是最适合的微型水泵。
3.1.3溢流阀的选用
根据管路的压力以及实际应该选用的管路的直径，选用通径为6mm的溢流阀,最大的流量2l/min，最大的压力为40Mpa，能够满足系统的压力要求。
因此选用型号为YF-L6B，为螺纹连接。
如图5所示
图5溢流阀
3。
1.4单向阀的选用
采用通径为6mm的直通单向阀，型号为S6A1，如图6
图6直通单向阀
3。
1。
5电磁换向阀的选用
由于机器喷洒农药时电磁阀处于通电接通的状态，而不喷洒时电磁阀是关闭的。
所以选用二位二通的电磁换向阀。
其型号为WE6系列。
通径为8mm.如图7
图7电磁换向阀
3。
1.6管接头的选用
由于存在不同通径的元件，在连接水管上应该选用相应的管接头。
在连接溢流阀与单向阀时需要用到三通管接头。
所以,系统选用焊接式单通管接头和焊接式三通管接头。
选用型号为6/M10*1单通管接头及其JB972-1977型号的三通管接头。
通径为3mm，外径为6mm.如图8和图9。
图8焊接式单通管接头
图9焊接式三通管接头
3.1。
7水管的选用
由于元件有6mm和8mm的通径或者内径。
选用内径为6mm外径为8mm的硅胶水管及其内径为8mm外径为10mm的硅胶水管两种水管共2米长。
3。
2PWM脉宽调制控制
3。
2。
1脉宽调制（PWM）
脉宽调制是开关型稳压电源中的术语。
这是按稳压的控制方式分类的,除了PWM型，还有PFM型和PWM、PFM混合型.脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下,通过电压反馈调整其占空比,从而达到稳定输出电压的目的。
脉宽调制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
3。
2.2PWM电路
图10PWM控制原理电路图
3.2。
3 流量控制原理
基于PWM技术的连续喷雾流量控制原理图，如图9所示,控制原理波形图如图11所示。
图11控制原理波形图
PWM控制电路输出方波信号V（t），负载为电磁比例调节阀,是电感性负载。
图11中示出三段不同占空比的方波信号。
当方波信号为高电平时（图11a中ton时段）,控制电路给负载供电，感性负完成充电过程，负载电流逐渐上升,如图11b所示，当方波信号为低电平时，即输出电压处于断态时（图11a中toff时段），控制电路不给负载供电，感性载由于反向电动势会通过反向并联在负载两端的极管反向放电，形成续流，使负载上的电流不会断，如图11b所示。
在PWM控制电路中一般称此极管为续流二极管。
因为有了续流二极管，使负载上的电流连续。
如果感性负载中的感抗足够大，即ωL》R,则负载电流io（t）就会接近、甚至成为恒流,即图11c中的Io。
当PWM方波信号的占空比不同时,可改变电感的充放电时间，从而改变负载上的输出电流Io的大小,使输出功率得到调节，电磁比例调节阀的阀门开度得到控制,实现流量Q（t）的控制.
3.3系统中的压力损失
3.3。
1管路沿程损失
根据公式
在圆管中层流Re=2000--3000
（水柱）
3。
3。
2元件的局部损失
断面突然变大损失：
根据公式
微型水泵出水口采用的是外径为8mm内径为6mm的水管,当水泵连接到三通管接头，接到外径为要10mm内径为8mm的水管，这里有断面突然变大的一个压力损失。
因为共有2处由内径6mm的管流到内径为8mm的管，分别在管路进入溢流阀和进入电磁换向阀时。
所以有
=
0。
1914
=
m
在水流进入单向阀,为内径为6mm的管接头流入内径为10mm的单向阀,有一个断面突然变大的损失。
=
0。
4096
=
m
断面突然变小损失：
从单向阀中流入管接头。
断面突然变小，所以当从内径10mm流入6mm内径的水管时6mm内水流速度为
m/s
根据公式
=0。
5*（1-0.36）=0。
32
所以
m
管路中总的压力损失
=0。
00091m+
m+
m+
m
=0.00104m
1。
04mm（水柱）
由此可以得出，液压沿程损失是很小的，所以微型水泵以及整个液压回路是可以正常工作。
4。
总结
在这次毕业设计的过程中,让我复习了以前学过很多知识，比如说液压传动，电工学等，让我进一步熟悉了设计的资料查询方法，资料的运用等。
也让我重新熟悉了AUTOCAD和PROE以及OFFICE软件的应用。
这些都将会是在我以后的工作中起积极地作用。
此次毕业设计,还没有达到很理想的地步，有些地方还是有些缺陷,比如说压力损失计算方面，CAD图的处理方面等细节处.
今后将在我的工作中注重加强。
参考文献
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[16]邓巍.喷雾图像处理及脉宽调制甲WM）变量喷雾的雾化特性研究，南京农业大学博士学位论文,2007，12:
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致谢
在此，我要向我的指导老师饶洪辉博士致以崇高的敬意！
饶老师深厚渊博的知识、严谨踏实的治学态度和平易近人的性格使我受益匪浅！
从本文的选题到课题的深入，导师都给以精心的指导。
在此我再次向饶洪辉老师表达最衷心的感谢！
感谢他在论文遇到难题后抽空指点我.他丰富的知识和敏捷的思维和乐于助人的精神是我学习的榜样。
感谢我的搭档鲁永华同学，我们一起在饶老师的指点下共同克服困难，解决难题。
感谢我的师妹陈斯文同学在电脑制图上给我的帮助。
谢谢所有教过我们机制班的老师，没有你们的悉心教导,我们就不可能学有所成;感谢工学院的各位领导对我们的关心和帮助。
谢谢你们!
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