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基于ZigBee的山地果园管道喷雾多节点药液压力控制系统研制与试验

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我国南方果园多为山地，坡度比较大，而且由于没有良好的规划，植株间距较小，大型喷雾机械很难进入果园进行施药，因此本团队于 2011 年研制出一种管道恒压喷药系统（简称单节点系统），该系统以水泵出药口的压力作为闭环反馈的输入，能够保证出药口压力的恒定，基本能够保证正常的喷药需求。但是药液在管道中流动会有损失，水泵出药口处的压力跟节点处的压力不同，同时，地形不同，也会对节点压力有很大的影响，因此节点处的压力受到地形的限制，有时候不能保证和水泵出药口的压力接近一致，进而达不到喷药的效果。因此，制作一套监测节点处的压力值，并把节点处压力值反馈给控制系统，能有效提高节点处压力的控制系统具有理论研究意义及使用价值。因此，本文从减小节点压力与水泵出药口节点压力方差的角度出发，研制一套多节点压力控制系统并进行了田间喷雾试验。　　本文采用ZigBee无线通信技术，以12V锂电池进行供电，搭建了一套多节点药液压力控制系统，该系统可以实现实时监测各个节点出药口的压力，农户可以根据果园面积安装不同数量的ZigBee无线节点，同时，该套系统采用闭环反馈，以各个节点监测到的平均压力作为闭环反馈的反馈值，既能保证管道压力稳定在设定工作压力，也能保证各个节点出药口的压力恒定且尽可能保证节点平均压力接近设定工作压力。使得喷雾效果达到最优的效果。本论文的研究内容与成果归纳如下。　　1）多节点药液控制系统总体设计：该系统由喷雾装置和电控系统两大部分组成，喷雾装置包括变频器、变频电机、水泵、主管道、支管道、喷雾节点；变频器控制变频电机、变频电机带动水泵、主管道药液从水泵出药口出药，分别达到支管道，最后在各个支管道接出几个出药口进行打药。　　2）电控系统包括主控制系统和ZigBee无线压力发送节点（简称节点），系统之间采用 ZigBee 无线通信协议进行数据传输；主控制系统起中心协调作用，并将读取到的各个节点的数据进行分析处理，作为系统的反馈参数，使得支管道的压力稳定在设定工作压力误差范围内。　　3）ZigBee 无线压力发送节点设计：在果园支管道等间距安装若干个节点，对喷雾节点的压力进行监测，试验结果表明，在无线传输模式下，节点均能做出 100%的正确响应。　　4）田间试验研究：试验结果表明，对于单节点系统，开启的喷枪数量越多，压力衰减率越大，节点压力方差越大。对于多节点系统，开启的喷枪数量对喷雾节点的压力影响不是很大，不论开启的喷枪数量为多少，节点压力方差接近于 0。改变设定工作压力，平地和上坡条件下，单节点系统的节点压力方差会逐渐增大，下坡条件下，单节点系统的节点压力方差会逐渐减小，多节点系统可以改善这种影响。　　5）地形对节点压力产生很大的影响，且上坡地形对于节点的压力影响更大。　　所设计的多节点药液压力控制系统能够同时监测到多个节点的数据，也能同时对多个节点数据进行处理，田间喷雾试验所测得的压力数据符合实际果园的需求，所进行的试验研究为进一步提高果园管道恒压喷雾和优化其网管分布等技术参数提供参考。但所设计的多节点药液压力控制系统仍存在不足之处，如压力节点的防水防晒问题有待解决，期望今后能根据不足之处，改进多节点药液压力控制系统的节点设计。

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