果园对靶变量喷雾机结构设计

摘要：目前，在果园病虫害防治的方法中，起效最快捷，最经济的仍然是化学防治，然而传统施药方式太过浪费，过多的农药不能直接作用在植株上，反而渗透进水源，土壤等，造成一系列问题。因此精准的施药技术需要紧跟时代进步，根据目前的研究技术与国外经验参考^[1]，选用WiFi 遥控精确对靶喷雾控制系统，利用二维激光雷达扫描传感器，并利用叶面积密度法，针对体积参数难以解决不规则的外轮廓和内部孔隙产生的误差的问题，实现精准对靶变量喷雾，对不同体积的植被，控制农药喷洒量，实现覆盖率高，消耗少，污染低。采用上下位机结构以使喷雾感应精准，改善喷雾质量。将人机交互、靶标探测与喷头控制功能分离，并通过 Mat Lab 仿真及上下位机联合调试等实验来检测系统性能。实现保护环境，节约农药资源，提高效率，提升果园的现代机械化与智能化。

关键词：对靶、变量、果园、喷雾机

1课题研究目的和意义

中国属于农业大国，但在果树病虫害防治过程中农药过量使用和农药在农产品中的残留问题较为突出。中国应该借鉴国外相关经验，提高其植保机械与施药技术向着智能化和机械化，达到“保证效果、减量减污”的目的。在施药过程中，精确施药技术能减少雾滴的飘移、提高药液在作物上的沉积率、降低对土壤及水体污染，但大容量淋洗式连续喷药仍是中国果园目前常用的施药方式，其药剂使用量大，喷雾有效率低。解决该问题的有效途径之一是将连续喷药改成间歇喷药，将自动化技术与喷雾技术相结合，识别靶标果树后再进行自动对靶喷药，达到只对目标物喷施农药的目的。据统计，2015 年我国农药利用率为 36． 6% ，农 药 流 失 量 达 60% ～ 70%^[2]。对靶施药技术是降低农药残留的有效手段，现有对靶喷雾控制系统多采用超声波、红外、摄像头等来获取靶标信息。刘雪美等利用安放于喷杆上超声波测距传感器来采集喷杆到作物冠层的距离和喷杆到地面的距离。翟长远等人采用红外光电传感器探测幼树树干，同时结合速度传感器来计算靶标的位置。陈勇等采用基于机器视觉和模糊控制的方法来实现精确喷雾。上述对靶喷雾控制系统有着各自的不足: ①靶标检测传感器精度不高。超声波传感器测量精度较低，红外光电开关探测效果易受树株外形、光照强度、探测器行走速度和树株间距等因素影响，图像探测器件的镜面容易沾上灰尘、水珠和药滴等，不利于树木靶标识别; ②人机交互效果一般，无遥控方式。而随着无线通信技术的快速发展，无线通信在农机上已有较为广泛的应用，据新华社报道，早在2004年 ，美国就已经实现通过无线互联网遥控拖拉机的操纵杆，使拖拉机自动工作^[3]。屈川^[4]等设计的农机工作状态实时无线监测系统通过无线网络对农机的工作状态进行实时监测。薛金林等设计的基于无线网络的大田农业机械遥控操作控制平台通过无线网络与农业机械进行通信。因此，在农业上引入无线网络通信已经逐渐成为一种趋势。

因此精准的施药技术需要紧跟时代进步，根据目前的研究技术与国外经验参考，选用WiFi 遥控精确对靶喷雾控制系统，利用二维激光雷达扫描传感器，并利用叶面积密度法，针对体积参数难以解决不规则的外轮廓和内部孔隙产生的误差的问题，实现精准对靶喷雾。并设置研究上下位机的合理配置以使喷雾感应精准，改善喷雾质量。实现保护环境，节约农药资源，提高效率，提升果园的现代机械化与智能化。

2国内外研究现状

2.1当前国家植保研究背景

自上个世纪八十年代以来，我国植保机械伴随着改革开放迎来了发展的契机，植保机械快速发展，我国植保功能日趋完善，作业范围及作业效率不断提高，植保技术更加高效，植保机械的大步发展为我国的农业增产增收做出了杰出贡献。我国植保机械大体上分为以下几类：