基于处方图的室内变量喷药除草系统设计.pdf

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1、第27卷2011生第4期4月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．27No．4Apr．2011131基于处方图的室内变量喷药除草系统设计尹东富1，陈树人蝶，裴文超1，沈宝国2(1．江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室，镇江212013；2．镇江机电高等职业技术学校，镇江212003)摘要：为提高除草剂利用率，开发了一种基于处方图的变量对靶施药除草系统。该系统以$3C2410微处理器为核心，在linux操作系统环境下，能根据MATLAB软件对机器视觉系统采集的棉田杂草图像处理后生成的喷施除草剂处方图，控制不同喷头开关及

2、实现4种喷药量。对棉花与杂草识别、杂草质心坐标及面积大小计算，网格划分、田间杂草定位以及喷头高度与间距关系等关键问题进行了研究。在室内试验台上对喷药系统进行了测试，当喷药系统压力为0．1MPa，传送带速度为0．4m／s时，50棵杂草对靶率超过90％，与传统喷药方式相比可节省除草剂用量60％以上。该喷药系统的设计，为实时变量对靶喷药除草机器人的研究提供了参考。关键词：喷药，杂草防除，农业，处方图doi：10．3969，j．issn．1002—6819．2011．04．022中图分类号：S224．1文献标志码：A文章编号：1002—6819(2011)-04—

3、013卜05尹东富，陈树人，裴文超，等．基于处方图的室内变量喷药除草系统设计【J】．农业工程学报，2011，27(4)：131—135．YinDongfu，ChertShuren，PeiWenchao，eta1．Designofmap—basedindoorvariableweedsprayingsystem[J]．TransactionsoftheCSAE，2011，27(4)：131—135．(inChinesewithEnglishabstract)0引言对靶喷药。对农田杂草的控制，目前中国植保领域仍普遍采用的平均喷施除草剂的方法，导致了土壤酸化、除

4、草剂浪费、环境污染等问题。变量喷药除草是针对田间杂草不同分布，喷施不同剂量的除草剂。R．D．Lamm、T．Bakker等设计了基于机器视觉的变量喷药除草装置，但存在杂草识别率不高、处理时间较长等问题[1。21。而采用基于处方图的喷药方式可达到较好喷药效果。张乐为、孟志军等利用GPS和GIS技术生成灌溉、施肥处方图，依据处方图信息实现变量灌溉和施肥【3卅，但处方图中划分的网格较大，而棉花苗期杂草较小，单棵杂草面积一般为几到几十平方厘米。目前灌溉、施肥等处方图制作中使用的差分全球定位系统(DGPS)定位精度仅达到亚米级【51，误差较大；而实时动态差分全球定位系

5、统(RTK-GPS)定位精度虽能达到厘米级，但价格较高且定位精度也较难满足对靶喷药除草要求。为实现变量对靶喷药，本文利用机器视觉技术获得杂草质心坐标及面积大小，经软件处理后生成除草剂喷施处方图，根据处方图信息，喷药系统实现对杂草变量收稿日期：2010-09-02修订日期：2011-04-15基金项目：镇江市农业科技计划项目(GJ2008008)；江苏省博士后科研资助计划(0601014B)作者简介：尹东富(1986一)，男，安徽淮北人，主要从事喷药除草机械的研究。镇江江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室，212013。Email：ydf-67

6、8@163．corn※通信作者：陈树人(1965一)，男，湖南攸县人，教授，博士，主要从事精确农业研究。镇江江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室，212013。Email：srchen@ujs．edu．cn1变量喷药系统组成利用机器视觉系统获取棉田杂草分布图像，使用MATLAB软件将田间杂草分布图像制成处方图，并将处方图存储在U盘中；在以$3C2410为核心的ARM处理器上移植linux操作系统，并将U盘挂载到ARM处理器上。喷药系统根据杂草质心坐标，控制不同喷头打开与关闭，实现对靶喷药；根据杂草面积大小，利用脉冲宽度调制(PWM)技术，通过

7、改变电磁阀微观时间的开、关状态实现对棉田杂草变量喷药。喷药系统组成如图1所示。视觉系统]二U盘触摸屏点一喷头Il喷头II喷头ll喷头图1变量喷药系统组成Fig．1Variablesprayingsystem2处方图生成过程2．1识别棉花及杂草在室外自然条件下，使用CCD摄像头采集到的棉花及杂草分布图像如2a所示，图像大小为700×700，采集棉田区域为1mX1m。使用MATLAB软件对采集的图像柑¨枉学m进行址日’，录用超绿(2G—R—B)特“l对彩也罔像进行扶度化．扶取超绿特征挑废幽如2b所示。将RGB榄掣转换为HSV模颦．利用最大类问疗置甜，对超绿特征

8、灰度图像进仃动忐删f^分剌．{、除土壤背景等I扰后，获取棉忙世杂毕