農田作物PWM變量脈沖方法研究與應用

張寶玉

摘要：本文提出了一種脈沖寬度調制（PWM）的替代算法，用于脈沖激活電磁閥通過農業噴霧器噴嘴施用化學品。改進的EMDEK拖拉機安裝式噴霧系統的單個噴嘴上裝有電磁閥，通過電子脈動激活電磁閥，以改變農用化學品的使用率，根據地理信息系統（GIS）數據和全球定位系統（GPS）系統，改變不同地點的產量。與基于脈沖寬度調制的系統相比，這種替代算法的一個潛在優勢是使用開啟和關閉時間較慢的低成本工業電磁閥，而不是通常在PWM系統中使用的更昂貴的高速閥。

關鍵詞：農田作物；PWM波；脈沖方法

近年來噴霧技術最顯著的進步體現在變量噴霧器的創新和發展。新的噴霧器一種是配備了傳感器引導系統，以檢測樹冠的存在，能識別樹木結構、大小和郁閉度，然后做出相應的調整，實時進行準確噴施。事實證明，新噴霧器的使用可以提高噴施效率以及減少非目標噴施的損失。另一種新噴霧器技術是使用了超聲波傳感器來測量冠層和檢測植物之間的空間，然后實時操縱噴嘴來激活進行噴灑。這種方法可以顯著減少非目標噴灑損失。然而這些傳感器具有較低的測量分辨率，其精度取決于前進速度和環境參數。由于發散角大，這些傳感器不能進行連續的三維測量，只能用于點探測。脈沖寬度調制（PMW）電磁閥通常用于工業，使間歇流量控制在噴嘴，同時保持相應的工作壓力。PWM？閥是由每秒的脈沖數（開/關）和時間間隔來調節的，它們保持開啟狀態，稱為占空比。占空比從0（閥門關閉，沒有流向噴嘴）到100%？（閥門完全開啟，連續流向噴嘴）不等。脈沖寬度調制（PMW）閥門可以連接到農業噴霧器上的單個噴嘴上，通過操作頻率和占空比的選擇取決于噴嘴的大小和工作條件。噴灑的水滴間歇性噴射，促使顆粒實時到達樹葉，從而減少耗水量和非目標損失。這個函數使得在不改變噴嘴或前進速度的情況下降低校準的應用率成為可能，考慮到很多時候農民沒有新的噴嘴或者不想改變噴嘴。盡管PWM控制的噴嘴，無論是在定速噴霧器還是激光引導的變速噴霧器中都取得了令人滿意的結果，但仍然需要在不同的植物生長條件下進行額外的現場試驗，以比較定速噴霧器和變速噴霧器中使用的脈沖寬度調制（PMW）技術，從而確保所選擇的脈沖寬度調制（PMW）？系統是有效、可靠和經濟的。

脈沖寬度調制（PWM）技術是一種方法，已被以前的研究人員用來提供控制水平的個別噴嘴。電子脈沖發送到噴嘴安裝電磁閥激活閥間歇在10赫茲，和寬度的“上”信號是不同的控制流量。如果閥門的響應時間比脈沖周期小，3毫秒比100毫秒的高速閥門，電子脈沖寬度是一個很好的指標閥門功能和流量通過閥門。這種高速閥實際上可以工作在流量的0%～100%。Burkert6013的響應較慢，開啟和關閉時間分別為20毫秒和30毫秒，如果閥門處于10赫茲脈沖狀態，這是脈沖周期的重要組成部分。開關延遲引起的誤差大部分被抵消，PWM性能的損失在流量的有限范圍內。？

綜上，本文提出了一種用于農藥變速應用的電磁閥激活的脈寬調制（PWM）替代算法。該算法適用于開啟和關閉時間明顯較慢的成本較低、性能較低的工業電磁閥，特別是Burkert6013電磁閥，而不適用于響應時間較快、成本較高的高速電磁閥。該算法利用了較慢的開啟和關閉時間，首先使流量從全流量的100%減小到60%，減小了2.5%，省略60%～0%脈沖可使流量減小3.75%，超過傳統的PWM限制范圍可能的流量率在25%～75%。

1.校科技基金項目（JSFP2019 004）。

2.江蘇省高等學校自然科學研究項目（20KJD510007）。

3.2020江蘇省大學生創新創業訓練計劃項目（202013104011Y）。