生果种植业是我国农业开展的重要组成部分，果树病虫害防治作业也越来越被注重。当下我国施药水平整体偏低，首要表现在主动化技能落后、作业强度大、农药糟蹋严峻等问题。为了处理这一现象，进步果树施药喷雾功率和农药附着率，文中规划了新式喷雾组织及其操控体系，该组织可以针对不同果树尺度来调理喷雾间隔。作业人员可以远间隔操作手持式操控器即可调理喷雾参数（包含每侧喷雾头的开闭、喷雾组织弹性长度、轴流风机送风转速等），这在很大程度上降低了劳动强度，进步了施药作用。
1 体系作业原理
本体系结合了机械和电子技能，由机械部分和操控部分构成。施药喷雾进程中喷雾头与冠层的间隔要求适中，而果园内的果树形状尺度各异，因而应用了电动推杆作为履行元件装置于机械体系中；为了添加喷雾头的射程、进步雾化作用，选用风送式喷雾，将多个喷雾头置于由轴流风机驱动的转叶电扇外表；为了调理风机转速，选用了变频调速器来习惯不同冠层密度的果树；为了添加作业功率，机械部分选用两边对称的办法，可以一起对两行果树施行作业；为了操作牢靠便利，体系中一切的参数值（喷雾头的开闭、组织弹性长度、轴流风机送风转速、喷雾时刻等）都由手持遥控器通过上位机与下位机之间的无线通讯来设定。
针对上述作业工况和技能要求，规划了施药组织运动简图如图1所示。整个组织固定于拖车尾部底盘上，由机动车牵引该喷雾组织在田间作业，而果树坐落每侧喷雾架之中。
在图1中，组织左右两边空间上彻底对称，每侧各有3个移动副和1个滚动副。单侧装置有4个轴流风机和雾化盘，装置方位别离坐落5、6、7、8处，每个雾化盘上设置有若干个喷雾头，机车跋涉时翻开喷雾头和轴流风机即可完成立体喷雾。针对不同树高，可以通过调理移动副1合作移动副3来坚持喷雾头与树冠的间隔；而调理移动副2则可以在宽度方向调理喷雾架跨度。滚动副4可以完成每侧组织绕其内侧竖直轴滚动，当体系中止作业时通过滚动副4收起喷雾架，来减小机器的空间尺度。移动副通过仿形电动履行器来完成。履行器实为一步进电机驱动的丝杆螺母组织，电机旋转运动转变为推杆的轴向运动。操控步进电机的正回转和作业步数即可调理履行器的弹性量。
2 操控体系硬件规划
依据喷雾作业要求，电控体系需求具有以下功用：驱动电动履行器内步进电机的正回转，而且推杆可以依照设定值履行弹性；驱动液流电磁阀的通断；通过操作变频器调理轴流风机的送风速度；可以设定喷雾时刻；可以选用无线通讯办法通过手柄按键长途作业，包含与变频器的通讯。剖析上述操控方针，拟定操控办法，并规划有用的人机界面，得出如图2所示的操控体系硬件结构图。
2．1微处理器
考虑到操控方针较多、操控精度、和经济性等要素，微处理器选用新华龙公司C8051F340与具有64个I／O端口的C8051F020单片机别离作为上位机（手持操控器）和下位机（驱动履行元件）操控芯片。C8051F340用于驱动液晶显现屏、扫描按键以及与下位机收发数据来履行相关操作。C8051F020首要使命是在接纳到上位机数据后驱动电磁阀、步进电机、变频器等履行元件，一起检测电动履行器的行程开关是否抵达零位。
C8051F340器材运用SILICon Labs的专利CIP-51微操控器内核。该内核具有规范8052的一切外设部件，包含4个16位计数器／时器、两个具有扩展波特率装备的全双工UART、一个增强型SPI端口、4352字节的内部RAM、128字节特别功用寄存器地址空间和40个I／O引脚。C8051F0 20器材是彻底集成的混合信号体系级MCU芯片，具有64个数字I／O引脚；高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核；64 k字节可在体系编程的FLASH存储器；硬件完成的SPI、SMBus／I2C和两个UART串行接口；片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器等。
2．2 人机界面规划
人机界面作为作业人员与操控体系的对话途径，显得尤为重要。本规划将液晶显现屏与按键装置于手持的操控盒内，操作便利灵敏，参数可以恣意设定。液晶显现主菜单和手动作业菜单内容如图3、图4所示。界面选用菜单按键式，层层进入，从而设定操控方针的相关参数。开机上电后，显现如图3所示的主菜单，内容有手动作业、主动作业和中止作业。用户挑选手动作业按键承认后，即可进入如图4所示菜单，显现有仿形架弹性量、风机启停与转速、喷雾头开关等；若对这些参数进行设定，只需挑选相应菜单按承认键进入下一层菜单然后通过按键输入设定参数值即可。
3 体系的软件完成
3．1 变频器通讯
喷雾体系中的送风办法是运用由变频器操控的轴流风机，每个电机的功率为370 W。左右两边彻底对称的结构都装有4个电机，每侧电机由一个变频器驱动。为了满足要求，本文选用型号为VFD022M21A的台达三相变频器，功率为2．2 kW。该变频器具有高功用、超低噪音和迷你型特色，体积很小，两个便利装置于操控箱内，外形漂亮。
变频器内置RS-485串联通讯界面，通过RS-485通讯办法与单片机交流数据。该变频器运用MODBUS通讯协议的RTU形式来进行数据传输。在变频器面板上P92中输入“03”，将变频器设置为Modbus RTU形式，数据格式为《8，N，2》，指的是该字符结构包含8个数据位，1个开端位和2个中止位，共11个字符框，如图5所示。
喷雾风送强度的调理进程便是通过向变频器寄存器接连写入多个数据，来对其有用操控，例如向右侧喷雾头的变频器（地址为01H）接连写入多个数据的指令码为10H，其指令信息如表1所示。
3．2 电动履行器驱动程序规划
操控电动履行器实质上便是操控其内部的步进电机的作业，操控方针便是要依据作业人员的需求使得步进电机的正回转及其滚动的步数。
下位机接纳到上位机发送的数据后，则判别要履行的使命品种。如果是电机作业使命，持续剖析接纳到的数据，提取电机正回转及其滚动步数信息。若要求电机电机反方向滚动就要通过单片机操控引脚凹凸电平设定为反向滚动。取得步数数据后施行变频率的别离驱动电机加快、匀速、减速作业。例如要求推杆向前伸长量为L，计算出电机作业步数为N，加快步数为N0，减速步数为N1，匀速步数为（N-N0-N1）步。履行器驱动子程序流程图如图6所示。
3．3 上位机软件规划
体系软件程序模块首要有液晶显现模块、矩阵按键扫描模块数据收发模块、数据存储模块等。开机后，C8051F340先进行体系初始化操作，设定体系的作业条件，包含单片机引脚端口、体系时钟、中止进口和串行接口等。进入主程序后，设置串口中止寄存器和定时器中止寄存器，翻开中止开关；关于液晶显现屏，首先要输入清屏指令，然后默许显现主菜单；此刻需求进入数据存储模块，履行读前次存入FLASH中的数据，然后通过485通讯办法发送至C8051F020；扫描矩阵按键，判别需求进入的菜单序号，显现子菜单。进入每一层菜单后持续扫描按键来进行在此页面下的显现改变，包含开关显现、风机转速显现和电动履行器伸出量显现等。程序流程图如图7所示。
4 实验成果
文中首要规划了针对果树不同形状施行主动喷雾的操作操控体系，该体系可以使得施药作业人员便利有用地长途操控喷雾参数，并选用了装有液晶显现屏和按键的面板式手持操控器，人机界面较为调和，如图8、图9所示。
5 定论
通过在实验室内对通讯模块、电机驱动模块、按键扫描模块的模仿调试后，操控体系在软件上可以有用操控了变频器、电动推杆以及电磁阀等履行元件。针对现场调试中存在变频器对通讯搅扰的问题，采取了添加电源滤波器、远离搅扰源等手法，使得操控器可以牢靠地作业。实验标明，本施药体系大大进步了作业功率，减小了作业强度。
