前言：本站為你精心整理了變量噴霧控制系統(tǒng)論文范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計及總體方案

拖拉機動力輸出軸連接藥液泵，開始噴霧前打開與藥箱連接的吸水閥門，關(guān)閉快速管接頭閥門;控制系統(tǒng)經(jīng)過上電初始化設(shè)定好電動調(diào)節(jié)閥的初始開度，通過觸摸屏設(shè)定工作模式和畝噴量，并打開與噴頭連接的電動閥;拖拉機動力輸出軸運轉(zhuǎn)后，藥液從藥箱通過吸水閥門、過濾器進入藥液泵，控制系統(tǒng)通過速度傳感器實時采集作業(yè)速度，結(jié)合設(shè)定的畝噴量和采集的噴藥壓力，計算出理論的流量值，與采集到的實際流量值進行比較;經(jīng)過PID算法調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開度，使得實際流量值盡可能與理論流量值一致，從而實現(xiàn)變量噴霧。藥箱上安裝的超聲波液位傳感器檢測藥箱液位高度，通過觸摸屏顯示實際液位，當液位低于設(shè)定的安全值時，觸摸屏顯示“液位過低”，進行報警。當行駛到地頭轉(zhuǎn)彎作業(yè)時，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)向控制傳感器的信號，關(guān)閉轉(zhuǎn)彎半徑內(nèi)側(cè)的閥門，防止重復(fù)噴藥。作業(yè)過程中，可以點擊觸摸屏的攝像頭按鈕切換到攝像頭界面來觀察噴霧效果。

2硬件電路設(shè)計

控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，包括DSP核心算法單元、電源電路、RS485、RS232、A/D轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)量輸入電路、繼電器輸出電路，以及傳感器、電動閥、電動調(diào)節(jié)閥外圍電路、觸摸屏顯示電路。

2．1核心芯片系統(tǒng)設(shè)計采用TI公司的TMS320F28335DSP作為核心控制芯片。該芯片內(nèi)置了浮點運算內(nèi)核，能夠執(zhí)行復(fù)雜的浮點運算，可以節(jié)省代碼執(zhí)行時間和存儲空間，具有精度高、成本低、功耗小、外設(shè)集成度高和數(shù)據(jù)及程序存儲量大等優(yōu)點。

2．2電源電路TMS320F28335工作時所要求的電壓分為兩部分:3．3V的Flash電壓和1．8V的內(nèi)核電壓。TMS320F28335對電源很敏感，所以選擇TI公司的雙路低壓差電源調(diào)整器TPS767D301。TPS767D301帶有可單獨供電的雙路輸出:一路固定為3．3V，另一路輸出可調(diào)。設(shè)計中選取R49為20k，R50為12k，而且TPS767D301芯片自身能夠產(chǎn)生復(fù)位信號，不需要為DSP設(shè)置專門的復(fù)位芯片。要保證系統(tǒng)可靠的工作還需要有電源管理芯片，選用TI公司的TPS3305－33D來監(jiān)控系統(tǒng)的3．3V和5V電壓。當系統(tǒng)電壓降到允許范圍以下時，產(chǎn)生復(fù)位信號使系統(tǒng)復(fù)位，保護系統(tǒng)免受低電壓影響。TPS3305－33D同時還具有看門狗功能，看門狗輸入信號WDI接DSP的XCLKOUT引腳。

2．3A/D轉(zhuǎn)換電路控制系統(tǒng)需要采集作業(yè)過程中的藥液溫度、壓力、流量、液位高度等模擬量，其中的流量、壓力轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后要進行PID運算。為了保證采集到的模擬量的準確性，選用AD公司的AD7606－4芯片完成A/D轉(zhuǎn)換。它是16位、4通道同步采樣模數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，內(nèi)置模擬輸入箝位保護，采用單電源工作方式，具有片內(nèi)濾波和高輸入阻抗，無需驅(qū)動運算放大器和外部雙極性電源，電路設(shè)計比較簡單、方便。

2．4開關(guān)量輸入電路開關(guān)量輸入電路。速度傳感器輸出的脈沖信號經(jīng)過一階RC濾波后，進入光電耦合器，經(jīng)過74HC14取反后輸出幅值為5V的脈沖信號。由于TMS320F28335的I/O電壓為3．3V，所以輸出的脈沖信號經(jīng)過74LVC4245進行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為3．3V脈沖信號送入DSP的CAP引腳。轉(zhuǎn)向控制傳感器輸出高低電平信號，經(jīng)過開關(guān)量輸入電路轉(zhuǎn)換為3．3V信號后送入DSP的普通I/O口，通過判斷I/O口的高低狀態(tài)來判斷轉(zhuǎn)向。

2．5繼電器輸出電路本文選用8路NPN達林頓管ULN2803來驅(qū)動繼電器。ULN2803內(nèi)部具有集電極開路輸出和用于瞬變抑制的續(xù)流箝位二極管，輸入電壓值為TTL或5V的CMOS值，每路輸出電流可達500mA，輸出擊穿電壓高達50V，繼電器輸出電路。DSP輸出的控制信號經(jīng)過74LVC4245轉(zhuǎn)換后進入ULN2803，驅(qū)動3路繼電器來控制3路電動閥。繼電器選用OM-RON公司的G6B－1114P，控制電壓為5V，輸出電流為5A。

2．6RS485電路電動調(diào)節(jié)閥是實現(xiàn)變量噴霧的主要執(zhí)行機構(gòu)，本系統(tǒng)選用IEV2B智能電動閥門。該閥門采用伺服控制、絕對值定位、增量式調(diào)節(jié)等技術(shù)，能有效消除電動及機械部分由于慣性、機械間隙、材料應(yīng)力彈性等原因造成的誤差;采用RS485總線控制，設(shè)計中選用美國MAXIM公司生產(chǎn)的MAX1480B作為RS485數(shù)據(jù)通訊接口芯片。該芯片將光電耦合器、變壓器、DC－DC轉(zhuǎn)換器和二極管等器件組裝于單一28引腳封裝內(nèi)，構(gòu)成一個完整的RS485收發(fā)器，可通過擺率限制來降低電磁干擾和反射，允許數(shù)據(jù)傳輸速率最大可達250kbps

2．7RS232電路本系統(tǒng)選用MAX3232CSE作為RS232數(shù)據(jù)通訊接口芯片。該芯片配備專有的低漏失電壓發(fā)射器輸出狀態(tài)，通過雙電荷泵，在3．0～5．5V供壓下，表現(xiàn)出真正的RS232協(xié)議器件性能。

3觸摸屏設(shè)計

本文設(shè)計的變量噴霧控制系統(tǒng)所有的工作參數(shù)都通過觸摸屏進行設(shè)置和顯示。觸摸屏(主界面如圖8所示)顯示作業(yè)過程中的流量、行駛速度、藥液液位、噴藥壓力、藥液溫度、作業(yè)面積等參數(shù)。點擊齒輪狀的設(shè)置按鈕進入設(shè)置頁面來選定工作模式和設(shè)置作業(yè)參數(shù)，點擊閥右側(cè)對應(yīng)的開關(guān)可打開各個電動閥，點擊1號和2號攝像頭可以切換到攝像頭界面來觀察實際的噴霧效果。觸摸屏與控制器之間通過RS232串口進行通訊?？刂破鹘?jīng)過串口初始化后，首先判斷接收是否超時，未超時則讀取接收緩沖區(qū)中第1個數(shù)據(jù)，并判斷該數(shù)據(jù)的低8位是否是通訊協(xié)議首字節(jié)0x5A，是則繼續(xù)讀取剩下的有效數(shù)據(jù);當所有數(shù)據(jù)讀取完后，計算有效數(shù)據(jù)的CRC校驗和，判斷校驗和是否相符，相符則說明接收到的數(shù)據(jù)準確無誤;然后解析出數(shù)據(jù)幀中的心跳位并進行處理，通過心跳位來判斷系統(tǒng)是否存在通訊故障，心跳位處理完后，數(shù)據(jù)寫入各自對應(yīng)的寄存器。

4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，采集的流量作為反饋，與根據(jù)畝噴量和作業(yè)速度計算出的理論流量進行比較，經(jīng)過PID運算后調(diào)整電動調(diào)節(jié)閥的開度，保證實際流量與理論流量盡可能一致。

5試驗結(jié)果

本文設(shè)計的控制系統(tǒng)在山東衛(wèi)士植保機械有限公司研制的3WP－650噴桿噴霧機上進行了應(yīng)用，并在山東省德州市齊河縣延剛家庭農(nóng)場做了大量田間試驗，控制系統(tǒng)全程工作正常。3WP－650噴桿噴霧機的作業(yè)幅寬為12m，以實際流量與理論流量的誤差率為例，噴霧機行駛在不同作業(yè)速度下，取作業(yè)幅寬L=12m，噴量設(shè)定N=20L/畝，記錄觸摸屏顯示的作業(yè)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，所測數(shù)值和理論值之間的對照及計算出來的相對誤差本文設(shè)計的變量噴霧控制系統(tǒng)實際流量與理論流量的誤差在3%以內(nèi)，并且在不同的作業(yè)速度下流量值能隨著速度的變化而變化，實現(xiàn)了變量噴霧的目的。

6結(jié)語

本文設(shè)計的基于TMS320F28335的變量噴霧系統(tǒng)具有測量精度高、操作簡單、工作穩(wěn)定可靠等特點，可根據(jù)噴藥作物需要的藥量設(shè)定畝噴量，實現(xiàn)在不同作業(yè)速度下變量噴霧施藥的目的。該系統(tǒng)避免了噴藥過程中藥物的浪費，提高了農(nóng)藥利用率。田間試驗結(jié)果表明:該系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，誤差率低，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和提高經(jīng)濟效益具有重大的意義。

作者：孫永佳孫宜田竇青青沈景新李青龍陳剛單位：山東省農(nóng)業(yè)機械科學(xué)研究院