Введение 4
Глава 1. Обзор существующих систем автоматического точечного опрыскивания 5
1.1. Система селективного точечного опрыскивания WeedSeeker 5
1.2. Система обнаружения дикорастущих растений WEEDit 6
1.3. Датчик H-Sensor Agricon 8
1.4. Датчик WEEDit Ag 8
Глава 2. Выбор пути реализации устройства наличия сорных растений 10
2.1. Спектральный коэффициент яркости 10
2.2. Спектральная отражательная способность различных природных образований 11
2.3. Датчик цвета TSC230 22
2.4. Оптический датчик MAX44008 23
2.5. Альтернативный способ реализации устройства наличия сорных растений 25
2.6. Природные образования в ИК-спектре 27
Глава 3. Разработка прототипа оптического датчика наличия сорных растений 30
3.1. Построение и описание прототипа на основе ФДЛ64 30
3.2. Принцип работы и использования подсветки в устройстве 35
3.3. Тестирование прототипа оптического датчика наличия сорных растений 35
3.4. Калибровка по мощности, нормирование выходных сигналов 42
3.5. Тестирование откалиброванного по мощности прототипа устройства 46
Заключение 49
Список использованной литературы 50
Приложение 1. Код программы для опроса датчиков MAX44008 и TSC230 52
Приложение 2. Код программы для опроса фотодиодной линейки ФДЛ64
Человек все больше и больше стремится к автоматизации и упрощению повседневных процессов, а также профессионально ориентированных процессов производства.
Данная тема была выбрана с целью автоматизации процессов обработки сельскохозяйственных угодий. В настоящее время используется сплошной метод опрыскивания сорных растений, происходит излишний расход вещества для обработки.
Цель.
Разработать оптический датчик наличия сорных растений для их дальнейшего опрыскивания.
Разрабатываемое устройство необходимо для экономии распыляемого вещества и для уменьшения негативного влияния гербицидных средств на почву, т.е. распыление вещества происходит выборочным методом, непосредственно, точечно на участок с некультивируемым растением. Такой, автоматизированный способ обработки, с использованием оптических датчиков, в текущий момент, не имеет широкой практики применения, что придает значимый вес исследованиям в этой области и подчеркивает актуальность выбранной темы.
Задачи:
1. провести анализ литературы, заложив теоретический фундамент для темы исследования;
2. провести обзор аналогичных устройств на мировом рынке;
3. выбрать метод определения наличия зеленого растения в поле зрения устройства;
4. подобрать элементную базу для устройства;
5. разработать алгоритм работы и управляющую программу к устройству;
6. изготовить печатные платы, собрать устройство и провести тестовые испытания.
В результате проведенной исследовательской работы, удалось достичь некоторых положительных результатов:
1. был проведен анализ литературы и теории в выбранной области исследования;
2. сделан обзор аналогичных устройств на мировом рынке;
3. теория, касающаяся различных природных образований, была сгруппирована по
группам, а результат представлен в виде таблиц и графиков;
4. сделаны фотографии природных образований в ИК-спектре;
5. рассмотрены методы обнаружения зеленых растений, выбран путь реализации
прототипа устройства определения сорных растений;
6. подобрана элементная база для прототипа;
7. разработан алгоритм работы и управляющая программа;
8. изготовлены печатные платы, собран и откалиброван прототип устройства;
9. проведена проверка работы прототипа оптического датчика наличия сорных растений.
С помощью собранного прототипа удалось зафиксировать изменение отражательного фона в момент присутствия растения в кадре. Данное изменение возможно фиксировать при практически любых погодных условиях и времени суток: днём в облачную погоду, вечером, ночью с использованием мощной сфокусированной подсветки, а днем в ясную погоду, как с использованием подсветки, так и без неё.
Опираясь на теорию, изложенную в основной части настоящего документа, можно определить, что находится перед датчиком - почва или растение. Определить наличие растения в кадре - дело грамотно продуманной системы и цены вопроса.
Использование автоматизированного способа обработки сорных растений, позволит сократить количество распыляемого гербицида. Экономия зависит от плотности некультивируемых растений на опрыскиваемой площади. Как показывает практика и анализ подобных устройств, можно добиться экономии веществ до 90% [9]. Следствием этого будет являться благодатная и плодородная почва с меньшей степенью загрязнения гербицидными веществами.
С развитием технологий, с использованием подобных автоматизированных систем упрощаются разного рода процессы. Устройства становятся все сложнее и сложнее, в то время как их эксплуатация становится проще и интуитивно понятнее. За всем этим стоят изобретатели, ученые, разработчики, мечтатели. Благодаря им у нас есть точка опоры и есть к чему стремиться!
