基于姿态实时监测的多路精准排肥播种控制系统研究

针对现有精准排肥播种控制系统缺少对机具姿态进行监测判别的现状，在现有精准排肥播种控制系统架构基础上，增加了机具作业姿态实时监测模块，使系统可以根据机具的实时前进速度和作业姿态自动控制排肥量和播种量，减少人员对系统的操作。该系统主要由车载控制终端、PID控制器、多路集成比例阀、光电转速测试码盘、机具姿态解析模块、机具位置与速度解析模块、液压马达等组成，其中机具姿态解析模块采用MPU6050芯片实时测量下拉杆与机架的俯仰角，应用STM32F103MCU芯片实时获取MPU6050芯片的输出数据，并反馈到车载控制终端，封装后的机具姿态解析模块安装在拖拉机三点悬挂的下拉杆中部，对下拉杆与水平面的夹角数据进行实时记录和反馈，判别机具的作业姿态是否处于工作状态。将该控制系统安装在小麦基肥精准分层施肥播种机上，在北京市昌平区小汤山国家精准农业研究示范基地，对该控制系统进行静态标定和动态试验，以检测可靠性和稳定性。静态标定试验结果显示，马达转速与系统的排肥排种量存在一元线性关系，此时浅层肥料、深层肥料和种子的单圈排量分别为16.97、29.31、11.2g；姿态标定结果表明，设置临界角为5.3°时，系统的机具姿态提示信息正确，能够满足姿态监测的要求；动态试验表明，机具工作状态下，浅层肥料、深层肥料和种子排量变异系数分别为3.5%、3.8%和3%，3路的排量偏差都控制在5%以内，机具抬升状态下，排肥排种轴处于静止状态，说明该系统的运行过程总体比较稳定，能够满足小麦基肥分层施肥播种机具的精量排肥排种的作业要求，同时能够减少人为操作流程。

Design of Multipath Precision Fertilizer and Sowing Control System Based on Attitude Real Time Monitoring