農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝 Agricultural machinery and Agronomy2021年8月上 作物的生長(zhǎng)需要陽光 空氣 溫度 濕度和養(yǎng)分五大 要素 設(shè)施農(nóng)業(yè)則是采用人為干預(yù)的方式 改變作物生產(chǎn) 需要的各要素條件值 以滿足作物全天候生長(zhǎng)的條件 目 前 設(shè)施農(nóng)業(yè)的調(diào)控技術(shù)主要有光照調(diào)控 溫度調(diào)控 氣 體環(huán)境調(diào)控以及水分 養(yǎng)分調(diào)控等 其中合理的水肥平衡 供應(yīng)能挖掘作物最大的生產(chǎn)潛力 因此 實(shí)現(xiàn)水肥同步供 應(yīng)和控制的水肥一體化技術(shù)是當(dāng)前精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的主要技術(shù) 方向之一 1 1 水肥一體化技術(shù) 水肥一體化技術(shù)是在作物水肥供給的過程中 實(shí)現(xiàn) 水肥有機(jī)的同步供給 充分發(fā)揮水和肥料的相互作用 在 提供作物水分的同時(shí)最大化地發(fā)揮肥料的作用 要實(shí)現(xiàn)水肥一體化澆灌 其前提條件是將肥料溶于 水中 然后通過水肥結(jié)合的方式施用 根據(jù)灌溉方式不 同 可以分為滴灌水肥一體化技術(shù) 噴灌水肥一體化技 術(shù) 微噴灌水肥一體化技術(shù) 膜下滴灌水肥一體化技術(shù) 等 項(xiàng)目組開發(fā)的農(nóng)業(yè)自走式噴灑小車則屬于噴灌水肥一 體化技術(shù)的一種應(yīng)用形式 小車通過傳感器信號(hào) 判斷處 理后執(zhí)行行走動(dòng)作 噴灑裝置則將混合溶解好的水肥通 過加壓噴灑于作物表面或者地面 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉施肥的 功能 自走式噴灑小車的適用范圍主要為大棚內(nèi)作物或 設(shè)施園林作物 2 自走式噴灑小車的布置 自走式噴灑小車由行走部分 控制裝置 傳感器 電源 模塊 噴灑裝置 水肥儲(chǔ)存罐等組成 行走部分執(zhí)行小車 的行走和轉(zhuǎn)向動(dòng)作 控制裝置主要由 STC12C5A60S2型單 片機(jī)構(gòu)成 傳感器模塊選用紅外傳感器感知障礙物和作 物 并將信號(hào)處理后發(fā)送給單片機(jī) 噴灑裝置由水泵 噴 頭和水管組成 實(shí)現(xiàn)水肥的霧化和噴灑功能 2 水肥儲(chǔ)存 罐存儲(chǔ)預(yù)先配置好的溶水肥料 2 1 行走部分設(shè)計(jì)和布置 行走部分包括驅(qū)動(dòng)輪 萬向輪 電機(jī) 車架板 車架板 為整個(gè)小車所有部件的安裝面板 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪布置在小車 后部和車架板的下方 并各連接一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 實(shí)現(xiàn)行走 和轉(zhuǎn)向功能 驅(qū)動(dòng)電機(jī)芯片選用L298N 通過單片機(jī)的I O 輸入對(duì)其控制電平進(jìn)行設(shè)定 為電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)和停止 的驅(qū)動(dòng) 萬向輪布置在小車前端的中間位置 起支撐作用 基金項(xiàng)目 江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目 202012806040Y 作者簡(jiǎn)介 崔勇 1982 男 江蘇泰州人 碩士 副教授 研究方 向?yàn)檗r(nóng)業(yè)設(shè)施裝備與車輛 設(shè)施農(nóng)業(yè)自走式水肥噴灑小車的設(shè)計(jì) 崔 勇 伍銅言 劉 堯 史文龍 王豪杰 江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院 江蘇 泰州 225300 摘 要 水肥同步供應(yīng)和控制是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的技術(shù)方向之一 噴灌是水肥一體化實(shí)現(xiàn)的一種灌溉形式 課題小組設(shè)計(jì)了設(shè) 施農(nóng)業(yè)自走式水肥噴灑小車 采用噴灌方式施肥 以 STC12C5A60S2 單片機(jī)為核心控制單元 利用紅外傳感器感知障礙 物和作物植株 控制模塊根據(jù)傳感器信號(hào)分析處理并發(fā)出指令 實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)行走 并對(duì)作物植株進(jìn)行準(zhǔn)確的水肥噴灑 作業(yè) 小車的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用可有效提高設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率 減少農(nóng)業(yè)從業(yè)人員工作量 具有示范意義 關(guān)鍵詞 自走式 自動(dòng) 水肥一體化 噴灌 設(shè)施農(nóng)業(yè) 中圖分類號(hào) S49 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號(hào) 1672 3872 2021 15 0047 02 Design of Self Propelled Water and Fertilizer Spraying Car for Facility Agriculture Cui Yong Wu Tongyan Liu Yao Shi Wenlong Wang Haojie Jiangsu Agri animal Husbandry Vocational College Jiangsu Taizhou 225300 Abstract The synchronous supply and control of water and fertilizer is one of the technical directions of modern agriculture Sprinkler irrigation is an irrigation form to realize the integration of water and fertilizer Our task group designed a self pro pelled water and fertilizer spraying car for facility agriculture which applied fertilizer by sprinkler irrigation Taking STC12C5A60S2 microcontroller as the core control unit infrared sensor was used to sense obstacles and crop plants Accord ing to the sensor signal analysis and processing the control module sends out instructions to realize the function of automatic walking of the car and accurate spraying of water and Fertilizer on crop plants The further development and application of the car can effectively improve the production efficiency of facility agriculture and reduce the workload of agricultural workers which has demonstration significance Keywords self propelled automatic integration of water and fertilizer sprinkler irrigation facility agriculture 47 Agricultural machinery and Agronomy 農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝 2021 年8月上 2 2 控制裝置和傳感器的選用和設(shè)計(jì) 控制裝置核心模塊為STC12C5A60S2型單片機(jī) 內(nèi)部 集成 MAX810 專用復(fù)位電路 2 路 PWM 8 路高速 10 位 A D轉(zhuǎn)換 工作電壓為3 5 V 5 5 V 3 STC12C5A60S2型單 片機(jī)通過 PWM 信號(hào)調(diào)節(jié)左右驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)小 車驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng) 通過控制驅(qū)動(dòng)輪的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)小車的 避障和轉(zhuǎn)向 通過控制繼電器的通斷來實(shí)現(xiàn)水泵電源的 通斷 如圖1所示 圖1 STC12C5A60S2型單片機(jī) 傳感器采用TCRT5000型紅外線光感傳感器 布置在 車架盤上方 分別檢測(cè)左右障礙物 前方障礙物 左右作 物植株 如圖2所示 圖2 TCRT5000接線圖 2 3 電源模塊的選用 電源模塊選用12 V鋰電池 匹配5 V電源轉(zhuǎn)換器 驅(qū) 動(dòng)電機(jī)模塊和水泵電機(jī)由電池直接提供12 V電源 單片 機(jī)由電源轉(zhuǎn)換器提供5 V電源 2 4 噴灑裝置的設(shè)計(jì)和布置 根據(jù)設(shè)施園林大棚的布置特點(diǎn) 小車行駛的道路會(huì) 有單側(cè)種植作物和左右兩側(cè)均種植作物兩種情況 因此 噴灑裝置布置左右兩套噴灑系統(tǒng) 當(dāng)左側(cè)傳感器檢測(cè)到 植株時(shí) 控制器接收傳感器信號(hào) 發(fā)出噴灑指令 控制左 側(cè)水泵噴灑指令 當(dāng)右側(cè)傳感器檢測(cè)到植株時(shí) 執(zhí)行右側(cè) 水泵噴灑指令 當(dāng)左右兩側(cè)均檢測(cè)到植株時(shí) 則左右兩側(cè) 同時(shí)噴灑水肥 噴灑裝置的水管采用耐腐蝕的 PVC管 噴頭選用扇 形噴頭 水泵和噴頭通過支架固定在車架板的上方 水管 連接后端的水肥儲(chǔ)存罐 考慮到水肥混合液中存在少量的懸浮物 為避免噴 灑裝置的堵塞 水肥儲(chǔ)存罐的加液口以及水泵的進(jìn)液口 出液口 均布置濾網(wǎng)進(jìn)行過濾 4 2 5 程序設(shè)計(jì) 設(shè)施農(nóng)業(yè)自走式噴灑小車需實(shí)現(xiàn)小車自行行走 水 肥自動(dòng)噴灑和轉(zhuǎn)向避障等動(dòng)作 因此 程序的設(shè)計(jì)需包含 以下三個(gè)方面 1 小車行走避障程序 傳感器檢測(cè)左右障礙物與小 車的距離 自動(dòng)修正小車的方向 確保小車直線行駛 2 自動(dòng)檢測(cè)噴灑程序 傳感器檢測(cè)小車左右方向是 否有作物植株 當(dāng)檢測(cè)存在植株的信號(hào)傳遞給單片機(jī)時(shí) 控制左右水泵運(yùn)轉(zhuǎn) 噴頭執(zhí)行噴灑動(dòng)作 3 小車轉(zhuǎn)向避障程序 傳感器檢測(cè)前方是否有障礙 物 如有障礙物 控制小車左轉(zhuǎn) 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向避障功能 程序流程圖如圖3所示 圖3 程序流程圖 3 小車的運(yùn)行測(cè)試 如圖4所示 布置設(shè)施大棚環(huán)境 設(shè)置兩排綠植 小車 開始運(yùn)行后 直行進(jìn)入田壟 小車檢測(cè)左右障礙物 自動(dòng)進(jìn) 行方向修正 維持直線行走 當(dāng)檢測(cè)到第一排作物植株后 噴灑水肥 小車?yán)^續(xù)前進(jìn) 如車前的傳感器檢測(cè)到障礙物 左轉(zhuǎn)90 然后直線行駛 再次檢測(cè)到障礙物后 左轉(zhuǎn)90 然后繼續(xù)前行 當(dāng)檢測(cè)到第二排作物植株時(shí) 執(zhí)行水肥噴 灑動(dòng)作 最后 駛出田壟 完成兩排作物植株的自動(dòng)水肥 噴灑任務(wù) 圖4 農(nóng)業(yè)自走式噴灑小車運(yùn)行測(cè)試 參考文獻(xiàn) 1 狄嬌 輕簡(jiǎn)式水肥一體化灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究 D 南 京 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 2015 2 王昊凡 智能農(nóng)藥噴灑系統(tǒng) J 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品 2017 2 16 17 3 成宇軒 尤國(guó)強(qiáng) 楊佩 智能聲控小車的設(shè)計(jì)與制作 J 電腦知 識(shí)與技術(shù) 2019 15 27 176 178 4 黃鶴飛 王娜 王海艷 等 全地形節(jié)能噴灑車的設(shè)計(jì) J 南方 農(nóng)機(jī) 2019 50 13 19 20 48