基于STM32的分控变量喷雾系统设计与试验

doi:10.13733/j.jcam.issn.2095‑5553.2024.08.016

摘要/Abstract

摘要： 为改善玉米作物吊施喷雾作业过程中农药浪费造成环境污染及药液残留的问题，设计一种分控变量喷雾控制系统。系统以STM32单片机为控制核心，以压力传感器与速度传感器采集机具行进速度与吊喷杆上、下喷口处实际喷雾压力，通过用户人为给定理论压力值的方法，单片机比较实际压力值与理论压力值的关系进而调整吊喷杆上、下喷口处电动调节阀的开度，实现吊喷杆上、下喷口处喷雾压力随行进速度变化喷雾。试验结果表明，恒速试验中上喷头喷雾流量平均相对误差为2.59%、下喷头喷雾流量平均相对误差为2.87%，变速试验中上喷头喷雾流量平均相对误差为2.6%、下喷头喷雾流量平均相对误差为3.11%。控制系统软件与硬件设计合理，控制精度可达到要求。

关键词: 玉米作物, 环境污染, 单片机, 控制系统, 变量喷雾

Abstract: In order to improve the problems of environmental pollution and chemical residue caused by pesticide waste during the spraying operation of maize crops, a sub‑controlled variable spray control system was designed. The STM32 single‑chip microcomputer was used as the control core of the system ,collecting the travel speed of the tool and the actual spray pressure at the upper and lower nozzles of the lifting rod with the pressure sensor and speed sensor, through the method of artificially giving the theoretical pressure value by the user, the single‑chip microcomputer compared the relationship between the actual pressure value and the theoretical pressure value and then adjusted the opening of the electric control valve at the upper and lower nozzles of the lifting spray rod, so as to realize the spray pressure at the upper and lower nozzles of the lifting rod with the travel speed change spray. The results were obtained by constructing physical tests as follows: the average relative error of upper nozzle spray flow was 2.59%, the average relative error of lower nozzle spray flow was 2.87%, and the average relative error of upper nozzle spray flow and lower nozzle spray flow in variable speed test was 2.6% and 3.11% respectively. The test results show that the software and hardware design of the control system are reasonable, and the control accuracy can meet the requirements.

Key words: corn, environmental pollution, microcontroller, control system, variable spray

中图分类号:

S491

徐宁, 胡敏英, 桑永英, 艾庆贺, 曹泽坤. 基于STM32的分控变量喷雾系统设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(8): 107-111.

Xu Ning, Hu Minying, Sang Yongying, Ai Qinghe, Cao Zekun. Design and test of sub‑controlled variable spray system based on STM32[J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2024, 45(8): 107-111.

参考文献

[ 1 ] 顾家冰，丁为民，邱威, 等．果园变量施药机械及施药技术研究现状与趋势［J］．果树学报， 2014， 31（6） :1154-1157.
[ 2 ] 丁天航，曹曙明，薛新宇，等．风送式果园喷雾机发展现状及趋势［J］．中国农机化学报， 2016， 37（10）: 221-226.
Ding Tianhang， Cao Shuming，Xue Xinyu， et al. Current situation and development trend of air assisted orchard sprayer [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization,2016, 37（10）： 221-226.
[ 3 ] 邱白晶，闫润，马靖，等. 变量喷雾技术研究进展分析[J]. 农业机械学报， 2015， 46（3）： 59-72．
Qiu Baijing，Yan Run，MaJing，et al. Research progress analysis of variable rate sprayer technology [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2015， 46（3）： 59-72．
[ 4 ] 刘雪美，刘兴华，崔慧媛，等. 作物冠层雾滴沉积研究进展与展望[J]．农业机械学报， 2021， 52（11）: 1-20.
Liu Xuemei， Liu Xinghua， Cui Huiyuan， et al. Research progress and trend analysis of crop canopy droplet deposition [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2021， 52（11）: 1-20.
[ 5 ] Hirooka T，Ishii H.Chemical control of plant diseases [J].Journal of General Plant Pathology， 2013， 79: 390-401．
[ 6 ] Tackenberg M， Volkmar C， Schirrmann M， et al. Impact of sensor‑controller variable‑rate fungicide application on yield, senescence and disease occurrence in winter wheat fields [J]． Pest Management Science， 2018， 74（6）: 1251 -1258．
[ 7 ] 艾剑锋，章海亮，刘雪梅，等. 基于AT89C52单片机的变量喷雾控制系统的设计[J]. 中国农机化学报， 2011（2）： 90-93.
Ai Jianfeng, Zhang Hailiang, Liu Xuemei, et al. Design of variable spray control system based on the AT89C52 single‑chip microcomputer [J].Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2011（2）: 90-93.
[ 8 ] 玄子玉，杨方，刘立意. 基于单片机的变量喷雾控制系统的设计[J]. 东北农业大学学报， 2009， 40（8）： 110-112.
Xuan Ziyu, Yang Fang, Liu Liyi. Design of controlling system for variable rate spraying based on microcontroller [J]. Journal of Northeast Agricultural University， 2009， 40（8）： 110-112.
[ 9 ] 张慧春， Dorr Gary，郑加强，等 .扇形喷头雾滴粒径分布风洞试验[J]. 农业机械学报， 2012， 43（6）： 53-57， 52.
Zhang Huichun，Dorr Gary，Zheng Jiaqiang，et al. Wind tunnel experiment of influence on droplet size distribution of flat fan nozzles [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2012， 43（6）： 53-57， 52.
[10] 李宁. 基于MDK的STM32处理器开发应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社， 2009.
[11] 孙书鹰，陈志佳，寇超. 新一代嵌入式微处理器STM32F103开发与应用[J]. 微计算机应用， 2010， 31（12）： 59-63.
[12] 鲁伟，刘士兴，孙操，等. 基于STM32的增量式编码器测速设计及试验验证[J]. 计算机测量与控制， 2019， 27（12）： 259-263.
[13] 叶成彬，陈贤钰，陈凌峰. 立创EDA在高校电子类创新实验室的应用[J]. 微型电脑应用， 2022， 38（1）： 164-166， 177.
[14] 李龙龙，何雄奎，宋坚利，等. 基于高频电磁阀的脉宽调制变量喷头喷雾特性[J]. 农业工程学报， 2016， 32（1）： 97-103.
Li Longlong， He Xiongkui， Song Jianli， et al. Spray characteristics on pulse‑width modulation variable application based on high frequency electromagnetic valve [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Engineering, 2016, 32（1）: 97-103.
[15] 蒋焕煜，张利君，刘光远，等. 基于PWM变量喷雾的单喷头动态雾量分布均匀性试验[J]. 农业机械学报, 2017， 48（4）： 41-46.
Jiang Huanyu， Zhang Lijun， Liu Guangyuan， et al. Experiment on dynamic spray deposition uniformity for PWM variable spray of single nozzle [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017， 48（4）： 41-46.
[16] 王少君，刘永强，杨绍普，等. 基于光电编码器的测速方法研究及试验验证[J]. 自动化与仪表， 2015， 30（6）： 68-72.
[17] 王相友，胡周勋，李学强，等. 多回流式变量喷药控制系统设计与试验[J]. 农业机械学报， 2019， 50（2）: 123-131.
Wang Xiangyou, Hu Zhouxun, Li Xueqiang， et al. Design and experiment of multi‑reflux variable spraying control system [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2019， 50（2）: 123-131.
[18] 王润涛，刘瑶，王树文，等. 基于模糊控制的车速跟随变量喷雾系统设计与试验[J]. 农业机械学报， 2022， 53（6）: 110-117.
Wang Runtao, Liu Yao, Wang Shuwen， et al. Design and experiment of speed‑following variable spray system based on fuzzy control [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2022， 53（6）: 110-117.

[1]	张万帆, 任力生, 王芳, . 基于SO-BP神经网络的温室环境预测模型研究[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(8): 94-99.
[2]	陆丽琼, , 朱德兰, , 李柱, , 韩煜琪, . 面向自动控制的日光温室卷膜控制决策方法研究[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(6): 82-89.
[3]	杨进, 王萌, 孙成波, 王昊, 冯博, 刘长卿. 基于STM32的牡蛎重量分级机控制系统设计[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(5): 111-115.
[4]	周良富, 宋海潮, 周彬彬, 于鹏, 代祥. 基于二维激光雷达的果树冠层结构信息检测方法研究[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(5): 147-153.
[5]	赵鹏飞, 高巧明, , 曾俊豪, 向浩, 许鹏, 韦增健. 丘陵山地智能混动割草机控制系统设计[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(4): 123-131.
[6]	章海亮, 聂训, 黄招娣. 基于麻雀搜索算法优化的模糊PID控制方法研究[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(4): 141-148.
[7]	蒋振晗, , 王钰旭, , 魏逸飞, , 于艳, 孙永佳, , 孙宜田, . 电驱式玉米高速作业播种机控制系统设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(3): 24-30.
[8]	胡建平, 刘育彤, 张永辉, 徐华岗, 刘伟, 韩绿化. 草莓移栽机控制系统设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(2): 101-106.
[9]	王焱清, , 汤旸, 杨光友, . 面向机器人柑橘采摘的控制系统设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(9): 146-153.
[10]	王果, 张晓, 陈晓, 刘德江, 龚艳. 农药精准施用技术与装备研究现状及展望[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(6): 68-73.
[11]	王亚林, 印祥, 杨爽, 姚海斌, 马文鹏, 金诚谦, . 基于PWM的电控精量喷雾控制系统设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(5): 81-88.
[12]	陈宇, 杨创, 唐维东, 张九通, 蒋猛. 小蚕共育自动饲育机控制系统设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(3): 55-63.
[13]	熊钦, 肖丽萍, 蔡金平, 董伟, 张鸿, 陶中岩. 基于物联网的果园药水肥一体化控制系统设计与实现[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(3): 73-81.
[14]	王宜雷, 宋智, 刘永华. 基于水动力学模型的渠道流量控制系统研究[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(2): 195-199.
[15]	王文杰, 郑志安, 吴敏, 陈兵旗, 张雄楚, 姜大龙, . 基于PLC的茯苓自动去皮机控制系统设计[J]. 中国农机化学报, 2022, 43(9): 88-94.