基于pwm变量农药喷洒控制系统的研究

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1、2012年7月农机化研究第7期基于PWM变量农药喷洒控制系统的研究张涛涛1’2，张文爱1，王秀2(1．太原理工大学信息工程学院。太原030024；2．北京农业智能装备技术研究中心，北京100097)摘要：针对目前农药喷洒的严重浪费和污染情况，开发出了一种变量喷洒的控制系统。传统的农药喷洒大都采用机械式调节方式来进行农药喷洒。该控制系统将流量、压强以及PWM和速度通过公式联系起来，根据采集的NDVI和速度信息值调节PWM，利用霍尔传感器来采集拖拉机速度，从而保证了农药的有效利用。关键词：单片机；PWM；NDVI；农药中图分类号：T

2、P273+．5文献标识码：A文章编号：1003—188X(2012)07-0057-04时可使用较少的外部部件，既降低了成本又提高了产0引言品的性能；同时该单片机自带两个串口，通过串口扩目前，我国农药喷洒技术比较落后，造成了农药展有效地解决了串口严重不足的问题。的浪费以及环境的污染。为了解决这个问题，开发设计了一套系统，可以通过触摸屏输入水压和喷洒频J‰scb电-_^

3、ckerI—_磁率，根据单片机采集的NDVI值确定喷洒流量，然后利富阑用单片机控制霍尔传感器采集速度信息，结合NDVI—』口MSP430F和速度信息。同时，单片机

4、通过内部计算(计算公式l—叫GPs模块b扩149已经通过曲线拟合的方式获得)出PWM值，从而实现展变量喷洒。SD卡1智能控制系统设计f翟}1．1工作原理系统运行开始后，首先要进行50m速度校准，用图1主控制系玩框图1．2．1PWM模块户手动输入50m内获得的脉冲数，为后面速度的计算作参考；然后用户输入水压和喷洒频率，读取采集回MSP430f149单片机的引脚输出电压是3．3V，不来的NDVI信息，单片机会把输入的信息读进去，再结足以驱动电磁阀，需要对PWM信号进行放大处理，为合速度信息通过单片机内部的运算得出一个合适的了保证输出

5、不对输入产生影响，设计过程中使用了光PWM值；输出的PWM信号通过放大器放大后驱动电耦元件TLP521进行隔离。电路如图2所示。磁阀，从而进行变量喷洒。其中，触摸屏显示位置信息，为了进行数据分析，外接了sD卡，以记录位置和流量的对应关系。图1为整个系统的框图。1．2硬件资源主控制芯片采用n公司的MSP430f149单片机处理芯片。MSP430f149是一款高性能的单片机，内部集成了很多数字模块和模拟模块，使得用户在设计产品幽2电酸f目驱动电路图1．2．2数据采集模块收稿日期：201l一08—29数据采集主要有3个方面：一是采集植

6、被的NDVI基金项目：北京市科技项目(D101105046310003)作者简介：张涛涛(1985一)．男，山西霍州人，硕士研究生。(E-mail)指；二是获得GPS信息，在施药过程中每隔一段时zttl9851213@163．corll。间采集一次位置信息并输入到sD卡模块，为分通讯作者：王秀(1965-)，男，河北全人，研究员，博士．(E—mail)析做准备；三是采集拖拉机的行驶速度，通过霍尔传xiuwang@263．net。·57-2012年7月农机化研究第7期感器采集ls内的脉冲数，通过相关计算得到速度信平，中心点为零水平

7、。零水平为息。其中，采集NDVI和GPS信息是通过串口实现的，ZOj=(Z1』+Z2i)／2；．『=l，2，⋯，p与触摸屏通信也是使用串口。由于单片机只有2个串变化半径为I=1，所以对串口进行了扩展，使用GM8125配以相关的笱=(ZI，一Z2j)／2T；，=1，2，⋯，P外围电路实现。编码值一1和1分别对应于z0J一句与观+aj。1．2．3显示模块显示模块使用是DMGl0768S150一olw触摸屏，集●●成了标准的字库和可扩展的字库，用户还可以根据自己的需要安装不同的字库，操作模式既可以是键盘模-r式也可以是触摸模式。’一1

8、02流量公式的拟合2．1实验设计●●为了实现喷药控制系统在拖拉机行驶过程中．按照设定的频率和水压以及采集的NDVI值进行喷洒，图3试验点分布图需要拟合一条关于水压、频率、流量和PWM占空比之2．2．2二次中心组合设计的结构矩阵X和系数矩阵间的曲线关系。在实际应用中由于流量主要受水压X‘X和占空比的影响，所以可先设定频率(假定为10Hz)。P=2的中心组合设计回归模型的结构式为流量拟合公式依据的是中心组合设计二次回归。儿=岛+卢l茗d+卢2戈。+卢12x‘l膏正+实验时，首先，在压强固定(假设是40psi)的前提条件下，测量不同占

9、空比(假设占空比的变化范围是卢Il算：+卢笠算2正+8；i=1，2，⋯，厅10％-90％)时喷头在30s(如果时间间隔较小，误差结构矩阵为就会较大)内的流量。测量时首先利用量杯接水，然后使用量筒测量实际的水量(因为量杯的误差较大)，测完一组压强条件下不同占空比的