农田作物PWM变量脉冲方法研究与应用

张宝玉

摘要：本文提出了一种脉冲宽度调制（PWM）的替代算法，用于脉冲激活电磁阀通过农业喷雾器喷嘴施用化学品。改进的EMDEK拖拉机安装式喷雾系统的单个喷嘴上装有电磁阀，通过电子脉动激活电磁阀，以改变农用化学品的使用率，根据地理信息系统（GIS）数据和全球定位系统（GPS）系统，改变不同地点的产量。与基于脉冲宽度调制的系统相比，这种替代算法的一个潜在优势是使用开启和关闭时间较慢的低成本工业电磁阀，而不是通常在PWM系统中使用的更昂贵的高速阀。

关键词：农田作物；PWM波；脉冲方法

近年来喷雾技术最显著的进步体现在变量喷雾器的创新和发展。新的喷雾器一种是配备了传感器引导系统，以检测树冠的存在，能识别树木结构、大小和郁闭度，然后做出相应的调整，实时进行准确喷施。事实证明，新喷雾器的使用可以提高喷施效率以及减少非目标喷施的损失。另一种新喷雾器技术是使用了超声波传感器来测量冠层和检测植物之间的空间，然后实时操纵喷嘴来激活进行喷洒。这种方法可以显著减少非目标喷洒损失。然而这些传感器具有较低的测量分辨率，其精度取决于前进速度和环境参数。由于发散角大，这些傳感器不能进行连续的三维测量，只能用于点探测。脉冲宽度调制（PMW）电磁阀通常用于工业，使间歇流量控制在喷嘴，同时保持相应的工作压力。PWM？阀是由每秒的脉冲数（开/关）和时间间隔来调节的，它们保持开启状态，称为占空比。占空比从0（阀门关闭，没有流向喷嘴）到100%？（阀门完全开启，连续流向喷嘴）不等。脉冲宽度调制（PMW）阀门可以连接到农业喷雾器上的单个喷嘴上，通过操作频率和占空比的选择取决于喷嘴的大小和工作条件。喷洒的水滴间歇性喷射，促使颗粒实时到达树叶，从而减少耗水量和非目标损失。这个函数使得在不改变喷嘴或前进速度的情况下降低校准的应用率成为可能，考虑到很多时候农民没有新的喷嘴或者不想改变喷嘴。尽管PWM控制的喷嘴，无论是在定速喷雾器还是激光引导的变速喷雾器中都取得了令人满意的结果，但仍然需要在不同的植物生长条件下进行额外的现场试验，以比较定速喷雾器和变速喷雾器中使用的脉冲宽度调制（PMW）技术，从而确保所选择的脉冲宽度调制（PMW）？系统是有效、可靠和经济的。

脉冲宽度调制（PWM）技术是一种方法，已被以前的研究人员用来提供控制水平的个别喷嘴。电子脉冲发送到喷嘴安装电磁阀激活阀间歇在10赫兹，和宽度的“上”信号是不同的控制流量。如果阀门的响应时间比脉冲周期小，3毫秒比100毫秒的高速阀门，电子脉冲宽度是一个很好的指标阀门功能和流量通过阀门。这种高速阀实际上可以工作在流量的0%～100%。Burkert6013的响应较慢，开启和关闭时间分别为20毫秒和30毫秒，如果阀门处于10赫兹脉冲状态，这是脉冲周期的重要组成部分。开关延迟引起的误差大部分被抵消，PWM性能的损失在流量的有限范围内。？

综上，本文提出了一种用于农药变速应用的电磁阀激活的脉宽调制（PWM）替代算法。该算法适用于开启和关闭时间明显较慢的成本较低、性能较低的工业电磁阀，特别是Burkert6013电磁阀，而不适用于响应时间较快、成本较高的高速电磁阀。该算法利用了较慢的开启和关闭时间，首先使流量从全流量的100%减小到60%，减小了2.5%，省略60%～0%脉冲可使流量减小3.75%，超过传统的PWM限制范围可能的流量率在25%～75%。

1.校科技基金项目（JSFP2019 004）。

2.江苏省高等学校自然科学研究项目（20KJD510007）。

3.2020江苏省大学生创新创业训练计划项目（202013104011Y）。